2. 作业能力与产业疲劳.ppt

1、专题二：作业能力与产业疲劳,一、作业姿势与人体机能 二、作业姿势的设计原则 三、作业姿势的设计要点 四、作业姿势设计的辅助手段,主要内容,感觉和知觉,人的感觉和知觉是有区别的。,一、概述,1. 感觉,感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映。,定 义,分类,人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉,本体觉：平衡觉、运动觉,内部器官的舒适、疼痛、饥饿等,2. 知觉,3. 适应 在刺激不变的情况下，感觉会逐渐减少以至消失，这种现象称为“适应”。,4. 相互作用,在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的 影响而降低，由此使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。,5

2、. 对比,同一感受器官接受两种完全不同,但属同一类的刺激物的作用，而使感受发生变化的现象称为对比。,6. 余觉 刺激取消以后，感觉可以存在一极短时间，这种现象叫“余觉”。,三、知觉的基本特征,1、整体性,在知觉时，把有许多部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体， 这一特性称为知觉的整体性。,2、选择性,在知觉时，把某些对象从某背景中有限地区分出来，并予以清晰反映的特征，称为知觉选择性。,在知觉时， 用已获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征，称为知觉的理解性。,3. 理解性,返回,4、恒常性,知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性，称之为知觉的恒常性。

3、、大小恒常性 、形状恒常性 、明度恒常性 、颜色恒常性,5、错觉,错觉是对外界事物不正确的知觉。,感觉和知觉的关系和区别,客观事物是首先被感觉，然后才能进一步被知觉； 感觉的性质较多取决于刺激物的性质，而知觉受人的知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响。,作业姿势与人体机能,动作姿态是联系人机两方面的纽带，是人-机界面中最实质性的因素。只有对人的动作姿态特性有所了解，才能谈得上处理好系统中的人机关系。,一、 作业姿势与人体机能的关系,保持或反复做这样的姿势，是引起过早疲劳和降低能力的原因。,（2）同循环的关系,必须尽可能避免手的操作点过高的姿势或妨碍血液循环的姿势，如蹲下的姿势或把头低下的

4、前屈姿势。,(3）同手、上肢、下肢、上半身等的运动关系 不用手的作业几乎是没有的，但在手指作业的场合需要采取使手指自由运动的姿势。另外，在挥动铁锹或铲的时候，需要整个上肢的运动。同样地，在搬运工作中，下肢的运动成了中心。,对于作业点的位置即作业姿势的决定方面，考虑它们的中心点高度和运动部分的可动范围是极为重要的。,（4）同身体重心的关系,用两手持重物上举时，上半身自然地会向后倾，这是因为重物使人重心位置前移，人为防止身体的平衡遭到破坏而做出的适应。在推车或拉车的场合下，身体的倾斜程度与车子的重量成正比。,图1 立位工作姿势的条件,图中所示为考虑作业姿势时的中心,二、人的肢体活动范围,在有关的人

5、机工程学设计标准中，又规定了人体各部位舒适姿势的调节范围，见表7-1。该表中的身体部位及关节名称可参考相应的适宜图，见图7-3。,图2 肢体活动范围,图中并列的三个数字分别表示最小值、平均值和最大值。,图3 人体各部位活动范围示意图,三、人体的不同姿势的施力,肌力的大小因人而异，男性的力量比女性平均大30%35%。年龄是影响肌力的显著因素。 男性的力量在20岁之前是不断增长的； 20岁左右达到顶峰，这种最佳状态大约可以保持1015年，随后开始下降； 40岁时下降5%10%；,50岁下降15%，60岁下降20%； 65岁下降25%。腿部肌力下降比上肢更明显； 60岁的人手的力量下降16%，而胳膊

6、和腿的力量下降高达50%。 此外，人体所处的姿势是影响施力的重要因素，作业姿势设计时，必须考虑这一要素。,人体在不同姿势下的施力状态： a）为常见的操作姿势，其对应的施力数值见表2，施力时对应的移动距离见表3； b）为常见的活动姿态，其对应的施力大小见表4，施力时相应的移动距离已标在该图中。,操作姿态,活动姿态,图4 人在不同姿势下的施力状态,表 人体发力时所移动的距离 （）,表 人体在各种状态时的力量（）,四、人体不同姿势的能耗,图 不同姿势的相对氧耗量,作业方法和作业姿势不同时，人的能量消耗也不同。图中表示几种不同姿势的相对氧耗量。由图可知： 以仰卧式所需氧耗量为100%， 弯腰姿势氧耗量

7、达到150%160%，其氧耗量最大。,100%,103105,108110,130140,150160,图 各种作业姿态相对应的能耗（kcal/min）,不同的作业对象，其操作姿势是完全不同的，当然操作者的能耗也就不同，图中表示各种作业姿态相对应的能耗，可见人从坐姿操作到搬运重物： 其能耗范围为1.616.2 kcal/min,图姿势与肢体活动程度,不同的姿势，人体肌肉活动程度的差异很大。图中是使用肌电仪调查了不用椅子时各种坐姿的肢体活动程度的情况，表中各数值是以立正姿势为100计算。显然，活动度增加，人体能耗也相应增大。,作业姿势的设计原则,一、 作业姿势的选择,工作时体位正确可减少静态疲劳

8、，有利于身体健康和工作质量并提高劳动生产率。,1.确定作业姿势的因素：,2. 立姿作业与坐姿作业的分析,（1）立姿操作 在下列情况下应采用立位操作： 1）须经常改变体位的操作，因为站着比频繁起坐动作消耗能量少； 2）常用的控制器分布在较大的区域，需要手足有较大幅度活动者； 3）在没有容膝空间的机器旁工作，坐着还不如站立舒服; 4）需要用力较大的作业，在站立时易于用力； 5)单调的作业易引起心理疲劳，立位时可以适当走动，有助于维持工作能力。,立位作业时应注意以下几点,1)长期立位作业时，脚下应垫以柔软而有弹性的垫子，不要长时间站立在石头、水泥地或铁地板上； 2)不宜长久停留在原位，应经常改变体位

9、； 3)站立时应力求避免不自然的体位，以免肌肉做不必要的静力功。 立位工作的缺点是不易进行精确而细致的工作；不易转换操纵； 缺点：肌肉要做更多的功以维持体重，易引起疲劳； 站立时全身负担较重，尤其是下肢，长期站立后易以内器下肢静脉曲张。,（2）坐姿操作 在下列作用中宜采用坐姿操作：,1）持续时间较长的工作应尽可能采取坐姿操作，以免疲劳； 2）精确而细致的操作应采取坐姿，因在坐姿状态下，可完成较精确的操作； 3） 需要手足并用的作业。 缺点：作业过程中不易改变体位，施力受到限制，工作范围有局限性，长期久坐作业易引起脊柱弯曲等职业损伤。,二、 动作经济与效率法则,动作经济原则是吉尔雷斯首先提出的。

10、许多学者又在他研究的基础上，改进、发展了这些原则，其中最有成效的首推巴恩斯。他将动作经济原则归纳总结为三大类共22条。这些原则是以人的生理、心理特点为基础，以减轻人在操作过程中的疲劳为目的而建立的。这些原则不仅适用于工厂车间，而且适用于办公地点。,1.利用人体的原则,1）双手应同时开始，并同时完成动作。 2）除休息时间外，双手不应同时闲着。 3）双臂的动作应对称，方向相反，并同时进行。 4）双手和身体的动作应利用最低等级，以减少不必要的体力消耗。 5）应利用力矩协助操作。一旦必须用力克服力矩时，则应将其降低至最低限度。,6）在动作过程中，使用流畅而连续的曲线运动，比用方向突然发生急剧变化的直线

11、运动为佳。 7）抛物线运动比受约束或受控制的运动更快、更容易、更精确。 8）动作既要从容、自然、有节奏和有规律，又要避免单调，以免产生“餍足”的心理状态。 9）作业时眼睛的活动应该处于舒适的视觉范围内，避免经常改变视距,2.布置工作地点的原则,1）应给以固定的工作地点，提供全部工具和材料。 2）工具和材料应放在固定地点，以减少寻找所造成的人力和时间的浪费。 3）工具、物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围内，并尽可能靠近操作者，但应避免放在操作者的正前方。应使操作者手的移动距离越小和移动次数越少越好. 4）应利用重力进给、料箱和容器传送物料，并尽可能送到靠近使用的地方。,5）工具和材料应按最

12、佳动作顺序排列布置。 6）应尽量利用下滑运动传送物料，以避免操作者用手处理已完工的工作。 7）应提供充足的照明。提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台与座椅的高度应使操作者可以变换操作姿势，可以坐、立交替，舒适感较好。 8）工作地点的环境色应与工作对象颜色有一定的对比，以减少眼睛的疲劳。,3.设计工具和设备的原则,1）尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有的夹持工件的工作中解放出来，做其他更为重要的工作。 2）尽可能将两种或多种工具组合为一种。 3）应用手指操作时，必须按各手指的自然能力分配负荷。,4）工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，以便于施加较大的力。 5）

13、机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置，应保证操作者尽量不改变或极少改变身体位置（粗大费力的操作除外），并应最大限度地利用机械力。,三、动作重构原则,动作经济与效益法则,寻求省力,省时的操作方法,以提高作业效率,研究的目的,取消,1）取消所有可能取消的作业、步骤和动作（包括身体、足、手或眼的动作）。 2）取消工作中的不规律性，使动作成为自发性的，并将各种物品固定放置在操作者前面临近处。 3）取消以手为持物工具的动作。 4）取消不方便或不正常的动作。 5）取消必须使用肌力才能维持的姿势。 6）取消必须使用肌力的工作，而以运输工具取代之。 7）取消危险的工作。 8）取消所有不必要的闲置时间。,合

14、并,1）把必须突然改变方向的各种小动作，结合成一个连续的曲线动作。 2）合并各种工具，使它们成为多用途的工具。 3）合并可能的作业。 4）合并可能同时进行的动作。,重排,使工作平均分配于两手，两手的同时动作最好呈对称性。 作业组作业时，应把工作平均分配给各成员。 将取消、合并之后的工序，重新排成清晰的直线。 简化 使用最低级次的工作。 减少每一动作的复杂性。 使用最简单的动素组合来完成动作。 缩短动作距离。 使手柄、操作杆、脚踏板的按钮都在手脚可及之处。,动作经济原则是发掘问题的重要方法，设计时要牢记，以便在实践中能熟练运用以下几条原则： 第一:双手的动作应同时而对称。 第二:人体的动作应以尽

15、量应用最低级而能得到满意的结果为妥。 第三:尽可能利用物体的动能，曲线运动较方向突变的直线运动为佳，弹道式运动较受控制的运动为快，动作尽可能使之有轻松的节奏。 第四:工具、物料应置于固定处所及工作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。 第五:零件、物料应尽可能利用其重量坠至工作者前面近处。,第六:应有适当的照明，工作台和座椅式样及高度应使工作者保持良好的姿势，坐立都感觉舒适。 第七:尽量解除手的工作，而以夹具或脚踏工具代替。 第八:有可能时，应将两种或两种以上的工具合并为一种。 第九:用手指分别工作时，各指负荷应按其本能予以分配。手柄的设计，应尽可能与手的接触面大；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可

16、能使工作者少变动姿势。 第十:工具及物料尽可能事前定位。,作业姿势的设计要点,如：遇到危险时躲避、眨眼等应急动作，是肌体自身的一种自我保护和调节机制。有意识动作与下意识动作不是泾渭分明的，不断重复的有意识动作也可以最终变成下意识动作。通常把有意识动作分为如下几类：,一、作业动作的类型,1. 定位动作,实验表明:目标物体位于正前方600视角范围内的定位质量最高； 四肢伸出的动作比收回的动作质量高； 手臂由前方向两侧移动比相反的动作定位质量高,2.逐次动作,例如，人们在电话键盘上依次从1按到0的错误率比按一个无规律的号码的错误率要小，其原因在于前者的动作具有位置上的逻辑性。 有些设计师尝试把电话键

17、盘按人们熟知的钟面的数字位置排列，提高了逐次动作质量，这可以看成是利用习惯性的例子。,根据某一号码按电话键或按固定程式开走一辆汽车均属此类,这种逻辑性可以是位置的逻辑，也可以是人们熟知的某种习惯性。,3.重复动作,重复动作的最高频率因人而异，一个训练有素的拳击手1s内可以出拳57次，而一般人最高只达到3次。,4.连续动作,以上各种动作类型不是孤立存在的，经常以混合的形式存在，充分了解人体这些动作的特点和影响因素，可以因势利导，设计出符合人类动作行为特点的作业。,连续动作的控制与控制论有关，其质量平定较为复杂，我们可以简单化地以追踪灵敏度来衡量。,5 .调整动作,二、避免静态肌肉受力,例如，应避

18、免使操作者在控制机器时长时间地抓握物体。当静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应低于该肌肉最大肌力的15%。在这一动态作业中，如果作业动作是简单的重复性动作，则肌肉施力的大小也不得超过该肌肉最大肌力的30%。,避免静态肌肉施力的几个设计要点如下：,2）避免长时间地抬手作业，抬手过高不仅引起疲劳，而且降低操作精度和影响人的技能的发挥，在图8（b）中，操作者的右手和右肩的肌肉静态受力容易疲劳，操作精度降低，工作效率受到影响。只有重新设计，使作业面降低到肘关节以下，才能提高作业效率，保证操作者的健康。,1）避免弯腰或其他不自然的身体姿势，见图8（a）。当身体和头向两侧弯曲造成多块肌肉静态受力时，其危害

19、性大于身体和头向前弯曲所造成的危害性。,图8 不良的作业姿势,3） 坐着工作比立着工作省力。工作椅的座面高度应调到使操作者能十分容易改变立和坐的姿势的高度，这就可以减少立起和坐下造成的疲劳，尤其对于需要频繁走动的工作。 4）双手同时操作时，手的运动方向应相反或对称运动，单手作业本身就背部肌肉静态施力。另外，双手做对称运动有利于神经控制。,5）作业位置（座台的台面或作业的空间）高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计。观察时所需要的距离越近，作业位置应越高，见图9。由图可见，作业位置的高度应保证工作者的姿势自然，身体稍微前倾，眼睛正好处在观察时要求的距离。图中还采用了手臂支撑，以免手臂肌肉静

20、态施力。,图9 适应视觉的姿势,作业位置与视距的关系：, 常用工具，如钳子、手柄、工具和其他零部件、材料等，都应按其使用的频率或操作频率安放在人的附近。最频繁的操作动作，应该在肘关节弯曲的情况下就可以完成。为了保证手的用力和发挥技能，操作时手最好距眼睛2530cm，肘关节呈直角，手臂自然放下。 当手不得不在较高位置作业时，应使用支撑物来托住肘关节、前臂或手。支撑物的表面应为毛布或其他较柔软而且不凉的材料。支撑物应可调，以适合不同体格的人。脚的支撑物不仅应能托住脚的重量，而且应允许脚做适当的移动。 利用重力作用。当一个重物被举起时，肌肉必须举起手和臂本身的重量。所以，应当尽量在水平方向上移动重物

21、，并考虑到利用重力作用。有时身体重量能够用于增加杠杆或脚踏器的力量。在有些工作中，如油漆和焊接，重力起着比较明显的作用。在顶棚上旋螺钉要比在地板上旋螺钉难得多，这也是重力的原因。,常用工具、零件、材料与操作者的位置关系,手在较高位置作业时，应增设支承物,当要从高到低改变物体的位置时，可以采用自由下落的方法。如是易碎物品，可采用软垫。也可以使用滑道，把物体的势能改变为动能，同时在垂直和水平两个方向上改变物体的位置，以代替人工搬移。见图。,图10 保持从高向低的方向装卸货物示意图,利用重力作用,三、避免弯腰提起重物,提起重物时必须保持直腰姿势。人们经过长期的劳动实践和科学研究总结了一套正确的提重方

22、法，既直腰弯膝。,图11 弯腰与直腰提起重物示意图,作业姿势设计的辅助手段,GB/T1477993标准规定了三种身高等级成年人坐姿模板的： 功能设计基本条件； 功能尺寸； 关节功能活动角度； 设计图和使用条件。（左图）,模板设计尺寸采用穿鞋裸体人体尺寸 分为： 大身材： （P95） 中身材： （P50） 小身材： （P5）,坐姿模板有以下缺点： 1）不能演示侧向外展和转动运动。 2）不考虑那些虽然可能，但对劳动姿势 来说超出了有生理意义的界限运动。 3）没有反映人体这一区域的生理作用。,一、1.坐姿人体模板,一、 设计用人体模板,借助于人体模板，很方便地得出在理想操作姿势下各种百分位的人体尺寸所必须占有的范围和调节范围，由此便很快确定或绘制出相应的人体姿势