人因工程课件-第8章体力工作负荷

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1、第八章 体力工作负荷,第一节 人体活动力量与耐力,人体活动的最基本特征有三个：力量、耐力和能量代谢，三者联系密切。 本节将着重介绍人体活动的力量特征和耐力特征。,一、人体活动力量 人能够发挥出力的大小，决定于人体的姿势、着力部位以及力的作用方向。 施力部位可把人体力量分为手部力量、脚（含腿）部力量、背部力量和颈部力量。 人的操作是由手和脚来完成。因此，手部力量和脚部力量在所有各类力量中起着重要的作用。,第一节 人体活动力量与耐力,一、人体活动力量,（一）手部力量,（1）握力：握力的大小在很大程度上反映手的用力能力。握力大小因年龄、性别等因素的变化而有很大的差异。,第一节 人体活动力量与耐力,一

2、、人体活动力量,（2）手的操纵力。手的操纵力与人的作业姿势、用力方向等因素有关。 1）坐姿手操纵力（图8-1 ） 2）立姿手操纵力（图8-2） 3）卧姿手操纵力（图8-3） 4）常见手部操作动作及其力量极限（图8-4为常见手部操作动作及其力量极限推荐值）,第一节 人体活动力量与耐力,一、人体活动力量,（二）脚部力量,脚产生的力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。坐姿时： 右脚最大蹬力平均可达2568N,左脚为2362N； 脚蹬力最大时膝部展角：130150 或160 180 一般来说，右脚脚力大于左脚；男性脚力大于女性脚力。、 脚力控制器的操纵力最大不应超过264N。否则易疲劳。 右脚使用力的

3、大小、速度和准确性都优于左脚。 操作频繁的作业应考虑双脚交叉作业。,第一节 人体活动力量与耐力,二、人体活动的耐力,一般把人体能够在较长时间内保持特定工作水平的能力称为耐力。,研究表明，随着活动持续时间的增加，人体力量出现下降。人体力量与持续时间之间存在一种非线性的反比关系，如图8-5所示。,第一节 人体活动力量与耐力,第二节 体力工作负荷及其测定,体力工作负荷是指人体单位时间内承受的体力工作量的大小。工作量越大，人体承受的体力工作负荷强度越大。人体的工作能力是有一定限度的。 对操作者承受负荷的状况进行准确评定，既能保证工作量，又能防止操作者在最佳工作负荷水平外超负荷工作，是人机系统设计的一项

4、重要任务。,一、体力工作负荷的定义,第二节 体力工作负荷及其测定,二、 体力工作负荷的测定,体力工作负荷可以从生理变化、生化变化、主观感觉等三个方面进行测定。 （一）生理变化测定 生理变化测定主要通过吸氧量、肺通气量、心率、血压和肌电图等生理变量的变化来测定体力工作负荷。生理变化的测定也可以使用某些派生的吸氧量和心率指标，例如氧债指标等。,第二节 体力工作负荷及其测定,（二）生化变化测定 经常的测定项目：乳酸和糖原的含量，另外体力负荷对人体尿蛋白含量有明显的影响，即所谓的“运动性尿蛋白”现象。,二、 体力工作负荷的测定,（三）主观感觉测定 主观感觉测定是通过如图8-6所示的自认劳累分级量表进行

5、评价(P147)。经过多次修改，目前普遍使用的是15点（620点）量表，该量表的特征是要求操作者根据工作中的主观体验对承受的负荷程度进行评判。,第三节 体力工作时的能量消耗,体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。能量代谢按机体所处状态，可以分为三种：基础代谢量、安静代谢量、能量代谢量。,一、基础代谢量,基础代谢量，是人在绝对安静下(平卧状态)维持生命所必须消耗的能量。 基础代谢量=基础代谢率平均值(B)人体表面积(S) 持续时间(t) = BSt 我国人体表面积的公式为： 体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529,第三节 体力工作时的能量消耗,二、安

6、静代谢量,安静代谢量是指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。 安静代谢量=基础代谢量+为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量 通常以基础代谢量的20作为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量，因此，安静代谢量应为基础代谢量的120。安静代谢率记为R，R1.2B。 安静代谢量= RSt1.2BSt,第三节 体力工作时的能量消耗,三、能量代谢量,人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫能量代谢量。 能量代谢量=基础代谢量+维持体位增加的代谢量+作业时增加的代谢 =安静代谢量+作业时增加的代谢量 M为能量代谢率（kJ/ hm2 ） S为人体表面积（m2） t为测定时间（h） 能量代谢量=MS

7、t 能量代谢量是计算作业者一天的能量消耗和需要补给热量的依据，是评价作业负荷的重要指标。,第三节 体力工作时的能量消耗,四、相对代谢率RMR,为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这一相对指标衡量劳动强度。相对代谢率记为RMR。,见例8-1,第三节 体力工作时的能量消耗,五、相对代谢率资料,计算能量代谢量时，首先必须准备必要的相对代谢率资料，专家们已经积累了大量的系统的相对代谢率数据。可以对研究的某项目具体作业，观察分析作业者的动作、负荷和疲劳等方面的特征，然后与现有的资料加以对照比较，即可以判断确定该项作业的RMR值。 有关判定生产作业活动的资料见表8-5(P157) 日常作业活动的R

8、MR值参考资料见表8-6 (P158),第四节 作业时氧耗动态,能量产生和消耗可以从人体消耗的氧量上反应出来。作业时人体所需的氧量取决于劳动强度大小，劳强度越大，需要氧量也越多。因此，以体力为主的作业，可以利用人在作业中的耗氧量计算作业时耗能量。,一、氧债及其补偿,氧需：单位时间所需的氧量（氧需能否得到满足主要取决于循环系统和呼吸系统的功能） 。 氧上限：血液在单位时间内所能供应的最大氧量（成年人的氧上限一般不超过3L/min，有锻炼者可达到4L/min） 。 氧债：氧需和供氧量之差（如图）。,第四节 作业时氧耗动态,第四节 作业时氧耗动态,二、静态作业的氧需,静态作业：靠肌张力维持一定体位所

9、进行的作业。 能量消耗水平不高，但容易发生疲劳。 即使劳动强度很大，氧需也达不到氧上限，通常每分钟不超过1L。但在作业停止后数分钟内，氧耗不像动态作业那样迅速降低，而是先升高，然后再逐渐降低到安静水平。,第四节 作业时氧耗动态,三、氧耗量的测定与计算,相对代谢率(RMR)指标可以通过作业中氧耗量来计算，计算公式如下：（要注意，对恢复期还氧债部分的氧耗量不能忽略）,作业时的氧耗量直接作业过程中测得 基础代谢氧的消耗量可以通过由体重、身高计算的体表面积值查表求出（p160) 安静时氧的消耗量，一般以基础代谢氧消耗量的1.2倍来计算,第五节 劳动强度分级,劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张

10、程度。 劳动强度不同，单位时间人体所消耗的能量也不同。从劳动生理学方面来看，以能量代谢为标准进行分级是比较合适的。这种分级法可以把千差万别的作业，从能量代谢角度进行统一的定义。,目前，劳动强度分级的能量消耗指标主要有两种： 相对指标: 相对代谢率RMR 该指标在国外应用比较普遍，目 前在我国已开始使用 绝对指标: 8h的能量消耗量 劳动强度指数 耗氧、心率等指标,第五节 劳动强度分级,一、以相对代谢率指标分级 依作业时的相对代谢率指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准，它将劳动强度划分为5个等级。如表8-8所示(P161)。从该分级水平中可以看出： 作业的RMR越高，规定的作业

11、率应越低。 2.7: 适宜的作业; 4: 作业不能连续进行； 7: 作业应实行机械化,第五节 劳动强度分级,二、以能耗量指标分级 不同劳动强度的能耗量与相对代谢率指标对照资料见表8-9。该资料为日本劳动研究所发表。,第五节 劳动强度分级,我国于1984年颁布了体力劳动强度分级标准(GB 3869-83)，该标准以劳动强度指数分级，1997年重新确定标准（GB3869-1997）代替GB 3869-83，标准规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别，是劳动安全卫生和管理的依据。,三、以劳动强度指数分级,1定义 体力劳动强度指数 (I) 8h平均能量代谢率（M）； KJminm2 劳动时间率(T)

12、；% 体力劳动性别系数(S)；男性1，女性1.3 体力劳动方式系数(W)；搬1，扛0.40，推/拉0.05 10计算常数 I=TMSW10,（1）劳动时间率T计算方法,每天选择接受测定的工人23名，记录自上工开始至下工为止整个工作从事各种劳动与休息的时间。每个测定对象应连续记录3天，取平均值，求出劳动时间率(T)。 工作日内纯净劳动时间（min） T (%) 100 工作日总工时（min） 各单项劳动占用的时间（min） 100 工作日总工时（min）,单项劳动能量代谢率计算如下： 每分钟肺通气量3.07.3L时采用式： 1gM0.0945x 0.537 94 每分钟肺通气量8.030.9L时

13、采用式： lg(13.26)1.1648 -0.0125x 每分钟肺通气量7.38.0L时采用上面两式的平均值。 M为能量代谢率（kJminm2）；x为单位体表面积气体体积(Lminm2)。,第五节 劳动强度分级,（2） 平均能量代谢率M计算方法,第五节 劳动强度分级,2体力劳动强度分级 体力劳动强度分为四级，如表8-10所示。,第五节 劳动强度分级,四、以氧耗、心率等指标分级,根据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。典型代表是国际劳工局1983年的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级，见表8-11。,第五节

14、 劳动强度分级,五、最大能量消耗界限,人体的最佳工作负荷是指在正常情境中，人体工作8h不产生过度疲劳的最大工作负荷值。最大工作负荷值通常以能量消耗界限、心率界限以及最大摄氧量的百分数表示。 国外一般认为，能量消耗20.93kJ/min、心率(110115) beats /min、吸氧量为最大摄氧量的33%左右时的工作负荷为最佳负荷。 对于重强度劳动和极重(很重)强度劳动，只有增加工间休息时间即通过劳动时间率来调整工作日中的总能耗，使8h的能耗量不超过最佳能耗界限。为了补充体内的能量贮备，就必须在作业过程中，插入必要的休息时间。,第六节 体力疲劳及其消除,一、体力疲劳及其分类,体力疲劳是指劳动者

15、在劳动过程中，出现的劳动机能衰退，作业能力下降，有时伴有疲倦感等自觉症状的现象。 根据身体使用部位可分为：局部疲劳和全身疲劳 根据活动时间长短和活动强度的高低：短时间剧烈活动后产生的疲劳、长时间中等强度作业后产生的（后一种疲劳在人机系统中比较普遍）,第六节 体力疲劳及其消除,二、疲劳的产生与积累,体力疲劳是随工作过程的推进逐渐产生和发展的。按照疲劳的积累状况，工作过程一般分为四个阶段： （1）工作适应期。 （2）最佳工作期。 （3）疲劳期。 （4）疲劳过度积累期。,第六节 体力疲劳及其消除,二、疲劳的产生与积累,疲劳的积累过程可用“容器”模型来说明，图8-9为“容器”模型示意图。从图中可以看到

16、，操作者的疲劳受很多因素影响，最典型的是以下五个方面。,第六节 体力疲劳及其消除,疲劳产生的影响因素,（1）劳动强度与工作持续时间。劳动强度是决定疲劳出现时间以及疲劳积累程度的主要因素。 （2）作业环境条件。环境条件包括许多方面，如照明，噪声、振动、微气候、空气污染、色彩布置等。 （3）劳动制度和生产组织方式。不合理的劳动制度和生产组织方式不利于人体保持最佳工作能力。 （4）身体素质。不同的作业者身体素质不同 。 （5）营养、睡眠等。营养和睡眠是影响操作者疲劳状况的另一类因素，生活条件差，营养不良，长期睡眠不足的个体，其工作能力受到明显的影响，容易产生疲劳。 （6）其他作业者本身的因素，如熟练程度、操作技巧、对工作的适应性、年