动力单元由肌肉骨骼

工效学(ergonomics)

也称人类工效学,以人为中心，研究人、机器设备和环境之间的相互关系，旨在实现人在生产劳动及其他活动中的健康、安全、舒适，同时提高工作效率。

一、合理用力为了完成生产或其他工作任务，劳动者在劳动过程中常常需要克服外界的重力、阻力等。从事任何工作都需要保持一定的姿势或体位，作业人员还要克服人体各部位所产生的重力。根据生物力学基本原理，合理运用体力，可以减少能量消耗，减轻疲劳程度，降低慢性肌肉骨骼损伤的发病率，提高工作效率。

(一)动力单元

人的力量是由肌肉骨骼系统(包括骨连接)产生和传递的。人体运动系统主要由肌肉、骨骼和关节组成，其中肌肉是主动部分，骨骼是被动部分，起支撑或杠杆的作用，在神经系统支配下，通过肌肉收缩，牵动骨骼以关节为支点产生位置变化，完成运动过程。动力单元(kinetic

element)

：包括关节在内的某些解剖结构结合在一起可以完成以关节为轴的运动。动力单元由肌肉、骨骼、神经、血管等组成。

一个动力单元可以完成简单的动作，两个以上的动力单元组合在一起称为动力链(kineticchain)，可以在较大范围内完成复杂的动作。生产劳动中多数操作是通过动力链来完成的，但是一个动力链包括的动力单元越多，出现障碍的机会也就越多。在组织生产劳动时，尽可能选用较简单的动力链。

(二)重心

搬运重物或手持工具时需要克服物体的重力，重力以一定的力矩作用于人体，其中力臂是物体重心至人体支点(关节)的垂直距离。

在物体重量固定的情况下，人体承受的负荷与物体重心到支点的垂直距离成反比。生产劳动中尽可能使物体的重心靠近人体，可以使力矩变小，减轻劳动负荷，减少用力。

除了整体重心以外，人体各个部分，又称体段(segment)，也有各自的质量和重心，如头、手、前臂、上臂、躯干等，每一部分力矩的大小取决于该体段的空间位置与相应的关节(支点)之间的垂直距离。距离越大，力矩越大，机体的能量消耗也随之增加。生产或工作中人体同时承受姿势负荷和外加负荷。采取常见的站姿或坐姿作业时，既要注意避免人体整体重心的偏移，又要使人体各部分的重心尽量靠近脊柱及其延长线。

(三）姿势

人在劳动时需要保持一定的姿势(posture)。劳动时最常见的姿势是站姿和坐姿两种，其他还有跪姿、卧姿等。站立状态下人体运动比较灵活，便于用力，适合从事体力劳动，特别是较重的体力劳动或活动范围较大的作业。采取坐姿时身体比较稳定，宜于从事精细作业。坐姿时下肢不需要支撑身体，处于比较放松的状态，可以用足或膝进行某些操作，如机动车驾驶。随着科学技术的发展和生产方式的变化，坐姿作业的人员越来越多。

无论是站姿还是坐姿，都存在一些不利于健康的因素，如站姿下肢负重大，血液回流差。坐姿状态下腹肌松弛，脊柱“S”型生理弯曲的下部由前凸变为后凸，使身体相应部位受力发生改变，长时间作业可以引起损伤。不管采取何种姿势，人体都要承受由于保持某种姿势所产生的负荷，称作姿势负荷(postureload)。姿势负荷来自于相应的体段所产生的力矩，大小取决于该体段的质量及质心与相应支点的垂直距离。

为了方便操作和减少姿势负荷及外加负荷的影响，在采用作业姿势时需注意：①尽可能使操作者的身体保持自然的状态；②避免头部、躯干、四肢长时间处于倾斜状态或强迫体位；③使操作者不必改变姿势即可清楚地观察到需要观察的区域；④操作者的手和前臂避免长时间位于高出肘部的地方；⑤如果操作者的手和脚需要长时间处于正常高度以上时，应提供合适的支撑物。

长时间保持任何一种姿势，都会使某些特定肌肉处于持续静态收缩状态，容易引起疲劳。在可能的情况下，应该让操作者在劳动过程中适当变换姿势。（四）对称用力生产中用力要对称，这样可以保持身体的平衡与稳定，减少肌肉静态收缩，减轻姿势负荷，降低能量消耗。（五）其他方式从事不同的作业，要根据作业特点和工效学基本原理，采取合理用力方式。有些作业中可以利用人体整体或某一部分的重力，以节省体力。使用工具打击物体时，可以运用关节在尽可能大的距离上运动，利用冲击力，提高作业效率。二、人体测量及应用

机器、工具、仪表等设计时需要特别重视人体的尺寸参数。这样，才能使设计出的机器设备适合于人的特点，便于操作和使用，既能充分发挥机器的性能，同时还可以减少对人体健康的影响。机器越复杂、越先进，这方面的要求越高。在这种情况下，人体测量技术得到了快速发展并形成专门学科。

人体测量是一项复杂的工作，测量对象要有代表性，测定的样本大，同时还要保证测量数据的准确性。最常见的人体测量是对一个国家或地区的人体尺寸进行测量，如我国经过大量工作所制定的《中国成年人人体尺寸》标准GBl0000—88。有时根据实际需还要对某些特定人群进行测量，获得相关人群的人体尺寸资料，如对土兵进行人体测量以确定某些武器设计参数或军服的尺寸，对小学生进行人体测量以便进行小学生背包和桌椅的设计等。人体测量需要测定人体各个部分的参数，最基本的测量项目有119项。如有特殊需要，则适当增加测量参数，比如为了设计航空供氧面罩，仅在口鼻周围就设20多个测点。（一）人体测量类型1.静态测量：是被测者在静止状态下进行的测量，又叫静态人体尺寸测量（staticmeasurementofdimensions）。2.动态测量：是被测者在规定的运动状态下进行的测量，又称动态人体尺寸测量(dynamicmeasurementofdimensions)。这种方法测量的是人体或某一部分空间运动尺寸，即活动范围，又称功能人体尺寸测量(functionalmeasurementofdimensions)。仅有静态人体尺寸是不够的，许多生产劳动是在运动过程中完成的，各种操作的准确性、可靠程度、做功效率以及对人体的影响等均与人体或某些体段的动态尺寸有密切关系。动态测量数据在生产场所的设计、布局以及机器设备的制造等方面都有重要应用价值，如机器安放的密度、操作台的高低、机动车或飞机驾驶使用的各种操纵杆和控制键的安放位置，等等，设计尺寸都要符合使用者的动态尺寸。在进行动态测量时，除了活动范围以外，还要测量适宜的范围。在可能的情况下，各种操作均应安排在适宜范围内，这样可以省时、省力，同时还可以减少肌肉紧张和能量消耗。

(二)人体测量数据的应用人体测量数据用途十分广泛，如工作场所的设计和机器设备的制造，人体尺寸都是重要数据。除了在工业生产中的应用以外，还广泛应用于农业、林业、交通运输、航空航天等各种行业。在民用或军用的许多方面，人体尺寸也都是不可缺少的参数，如：在建筑行业中各种空间的高度和大小的设计，纺织行业中各种服装尺寸的确定，军用携行具的设计，等等。在法医学和民族起源等研究中，人体尺寸也具有十分重要的作用。人体尺寸的测量结果对于每项内容通常给出不同百分位数的值。在实际工作中，需要根据设计要求和使用对象确定对这些数据的使用，并非简单地使用第50百分位数(P50)的值。

例如车间入口的高度如果按照身高的第50百分位数的值设计，则有一半的人难以在正常直立状态通过。

1.适合于90％的人使用

最常见的设计是使产品适合于90％的人。所谓90％的人不是指从低到高或由高到低90％的人群，而是要求适合第5百分位数至第95百分位数的人。比如机器或中央控制室内的控制柜的设计，这种情况通常有若干个需要用手操纵的控制器。按照上述要求进行设计的时候，如果是站姿操作，控制器安放的最低位置应当使第95百分位数(较高的人群)的人不需弯腰就可以用手抓握，这样较低的人自然也不用弯腰即可操作；对于较高部位的控制器，安放位置应使第5百分位数(较低的人群)的人在正常情况下伸手即可抓握到，对于高于第5百分位数的人来说，操作更加容易。2.单限值设计

有些设计只需要一个人体尺寸的百分位数值作为上限值或下限值，称单限值设计。单限值设计有时需要取上限值，如门的高度，只要符合高身材的人的需要，低身材的人使用不会发生什么问题。在另外一些情况下，如工作场所为了防止肢体伸入危险区所采用的防护网的网孔直径，只要考虑身材小的人体尺寸即可，所以又称小尺寸设计。3.一般设计

有一类设计不是采用上限值或下限值，通常以第50百分位数的值作为设计依据，如门的把手高度，墙壁上电灯开关高度，一般是按照这种方式设计，这种情况多见于要求不高且适合于多数人使用的设计。

(三)注意事项

1.影响因素

人体尺寸受年龄、性别、种族等多种因素的影响，使用人体测量数据进行设计的时候，需考虑各种影响因素。如纺织机器的设计要考虑纺织工人多为女性这一特点，应使用女性人体测量尺寸，否则就会造成使用过程中操作不便，引起工人不必要的肌肉紧张或损伤。

不同种族的人体尺寸差别较大。2.修正量使用使用人体尺寸进行设计时，还要适当增加修正量以满足实际需要，如着衣修正量，坐姿时坐高、眼高、肩高、肘高要比测量值增加6mm；三、机器设备和工具

生产劳动过程中，人和机器(包括设备和工具)组成一个统一的整体，共同完成生产任务，称作人机系统(manmachinesystem)。在人机系统中，人和机器具有不同的特征，研究人机之间的合理分工是工效学的重要内容。人具有知识，可以进行思维、综合分析、判断以及创造等。机器在物理力、耐力、速度以及准确性等方面的特点比较突出，同时还不受生理和心理的影响。人与机器的合理分工应该是：笨重、快速、单调、重复、操作复杂、精密以及危险的工作适合于机器承担，指令、监控、维修、设计、故障处理以及创造性的工作和应付突发事件等，应由人来完成。在人机系统中，人机之间信息是通过人和机器之间的界面(interface)传递的。人机界面主要包括显示器和控制器，机器的信息通过显示器向人传递，人的信息(包括指令)通过控制器向机器传递。按照工效学的要求，显示器和控制器的设计和选用应当适合于人的解剖、生理和心理特点。

(一)显示器

人机系统中，用来向人表达机械性能和状态的部分称为显示器(display)。显示器是机器信息的输出装置，包括各种仪表、指示灯、信号发生器等。按照人体接收信息的器官不同，分为视觉显示器、听觉显示器、触觉显示器、动觉显示器等，其中使用最为广泛的是视觉显示器，其次是听觉显示器。1.视觉显示器(Visual山splay)

视觉显示器要求：容易判读；在保证精度要求的情况下，尽可能使显示方式简单明了；一个显示器传递的信息不宜过多；对于数字显示器，要符合阅读习惯。此外，还应具有可见度高、阐明能力强等特点并确保使用安全。

2.听觉显示器(au山tory山splay)

听觉显示器是靠声音传递信息的装置，常见的有铃、哨、汽笛、喇叭等，在生产劳动中常用于指示或报警。采用听觉显示器需选用人耳敏感的频率范围。需要传输很远的信号，使用低频声音。紧急报警采用间断的声音信号或改变频率和强度，信号持续时间应适当。

(二)控制器控制器(control)是操作者用以改变机械运动状态的装置或部件，常见的有开关、按钮、旋钮、驾驶盘、操纵杆和闸把等。控制器通常是通过人体四肢的活动来操纵，据此分为手控制器、脚控制器、膝控制器等，其中手控制器应用最为广泛。此外，随着科学技术的发展，声(包括语言)控制器等更先进的控制装置也得到了广泛使用。

1.手控制器

(1)按钮：按钮装置简单，使用方便、快速，是最常用的手控制器。同一个区域如果有多个功能不同的按钮，需要用颜色、形状或指示灯加以区别。

(2)旋钮：适用于工作状态较多或连续变化的过程控制。旋钮的直径、高度和旋转阻力等需根据其功能和手的尺寸特点进行设计。

(3)搬动开关：是需要一定力量强度的控制装置，通常只具有开和关的功能并设有明显标志。

(4)轮盘：用于力度较大或角度较大的旋转，如驾驶盘和气体或液体输送管道的开关轮盘等。边缘宜设计成波纹状，便于抓握和用力。

2.脚控制器

外形变化不大，多为长方形，大小与脚掌相适应，表面有齿纹以便用力和防止滑脱。脚控制器多用于精度要求不高或需要用力较大的场合。在有些情况下，操作人员需要同时操纵多个控制器时(如汽车驾驶员)，为了减轻上肢负担和节约时间，也采用脚控制器。

(三)工具生产劳动中经常需要使用各种工具，如钳子、锤子、刀、钻、斧等。工具的设计和选择需注意外形、尺寸、重量等符合人体尺寸和人的解剖及生理特点。例如，工具的把柄应符合手的尺寸并有合适的波纹以增加抓握的牢度。图1—16所示。这样既便于操作，又可以减少人体相应部位的静态紧张。此外，工具还需具有外形美观、坚实耐用、使用安全等优点。四、作业环境工作环境中能够对人的身心健康和工作效率产生影响的因素可以概括为社会环境因素和自然环境因素。

社会因素，包括社会分工、劳动报酬、职位升迁、人际关系等，这些因素涉及范围广。自然环境中的因素，工效学主要是根据本学科的特点，研究各种物理性和化学性因素对健康、安全、舒适和效率的影响，以及如何创造良好的作业环境。

（一)气温气温升高或降低不但对人体健康产生影响，还可以影响作业能力和工作效率。例如，在高温或低温环境中，可以使反应速度减慢、准确性降低，导致作业能力下降和差错事故发生。（二)噪声噪声使人的注意力难以集中，严重时可以出现烦躁、反应迟钝等。有调查发现电话接线员，噪声对工作质量和效率的影响更加明显，将环境噪声从40dB(A)提高到50dB(A)，错误率增加将近50％。噪声还可以掩盖作业场所(如矿井)的危险信号或机器发出的警报，由于作业人员不能及时察觉，导致严重的工伤事故发生。根据这种情况，科学工作者针对不同的场所提出不同的噪声限值。

(三)照明人的信息有80％是通过视觉获得的。生产劳动过程中，合适的照明条件可以增加周围物体的识别度，有利于获得信息的准确性和提高速度。照度太低，影响物体的分辨。照度过高，一方面容易引起眼睛疲劳，甚至造成视觉损伤；另一方面可以使人的兴奋性异常增高，很快转为抑制，降低劳动效率。要根据作业特点，采用适宜的或合理的照明条件，例如一般作业，照度可以低一点；精细作业，照度要求高一些；阅读的照度以300—500Lux为宜。（四）蔚色

颜色是物体的一种属性，也称色彩。适当的颜色可以帮助作业人员提高人对信号或标志的辨别速度，进行正确的观察和识别，减少操作错误。颜色对人的心理可以产生一定影响，使人产生某种感情或引起情绪变化，例如，红、橙、黄等颜色给人以温暖的感觉，称为暖色；蓝、绿、紫等颜色给人以寒冷的感觉，称为冷色；其他一些颜色称为中间色。暖色可以使人兴奋，例如红色可以提高人的反应性，但也容易引起精神紧张和不安，长时间在这种环境作业的效率并不高。冷色使人感到镇静，甚至会产生压抑感。颜色结合颜色的明度，还可以给人以轻、重和远、近等感觉，如明度高的颜色(浅色)显得轻，明度低的颜色(深色)感觉重。明度高的暖色使物体轮廓给人以扩大的感觉，使物体显得接近；明度低的冷色则给人以物体轮廓缩小和远离的感觉。在机器设计和作业环境的颜色处理时，充分利用这些特点，可以创造良好的工作环境，使人感到心情愉快，既有利于作业人员的身心健康，也可以提高作业效率。五、劳动组织合理地组织生产劳动和各项工作，可以减轻劳动者的生理及心理负荷，提高作业能力。

(一)减少负重及用力负重是造成肌肉骨骼损伤的重要原因之一。在可能的情况下应尽量减少作业过程中负重量，以减轻机体负担。

(二)改善人机界面除了显示器和控制器以外，工作台的高低、工件的放置位置等，要有利于作业人员的操作和使用，有条件的使用高度可调节的工作台，不同性别或不同高矮的人使用时可以根据自身的情况，将其调节到合适位置。

(三）人员的选择与培训为了更好地完成生产