人因工程学 第2章人的因素.

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1、第2章 人的因素 体力劳动时的能量消耗 人体作业过程的调节与适应 作业能力及其影响因素 合理安排作业休息制度 作业疲劳及其测定 21 体力劳动时的能量消耗 一、能量的产生 ATP+H2OADP + +Pi29.3KJ/mol 1. 产能定义： 2. 产能途径： 1）ATPCP系列 Cr + ATP 特征：提供能量速度极快，持续时间极短，不需氧参与，产生 ATP的数量很少,适于短暂（10秒以下）剧烈活动。 2）需氧系列（人体活动动能量最大的和最主要的产产能源） 特征：提供能量速度中，持续时间长，需氧参与，产生ATP的数 量几乎不受限制，适于中等强度作业的供能。 葡萄糖（脂肪）+ 氧 补充ATP的

2、过程。 CP + ADP ATP 氧化磷酸化 磷酸肌酸激酶 （CPK） ATP酶 3）乳酸系列 产生的有限，由补充，Cp有限当不 够时 ，再通过补充， 这时 出现假疲 劳（产生乳酸） 。当产生的 ATP=ATP1时停止，持续时间长 出 现真正疲。 ATP ATP1 T 例：跑步 特征：提供能量速度比较快，持续时间短，提供能量大，无需氧 参与，产生 ATP的数量有限，仅能维持剧烈活动几十秒。 葡萄糖（糖元）ATP + 乳酸 磷酸果糖激酶 肌肉活动时能量的来源如图 3. 三种产能过程的特性比较 项项目ATPCP系列乳酸系列需氧系列 能量产产生方式无氧代谢谢无氧代谢谢有氧代谢谢 能源物质质CP糖元糖

3、元、脂肪、蛋 白质质 供能速度很快快缓缓慢 供能数量很少少大量 对对人体疲劳劳影 响 容易疲劳劳容易疲劳劳不易疲劳劳 适用场场合短暂剧暂剧 烈活动动短时时（1-2min ）强度大的活 动动 长时间长时间 的耐力 活动动 二、作业时的氧消耗 1）氧需：人体作业时，单位时间所需要的氧量叫氧需。 1. 基本概念 3）氧债：氧需与供氧量之间的差别叫氧债。 2）氧上限：血液在单位时间内所供应的最大氧量叫氧上限。 2.氧消耗的动态变化规律 1）动态作业 动态作业时，人体的耗氧量是变化的，在开始的23min内，呼 吸和循环系统的功能还不能满足氧需，肌肉所需的能量是在缺氧条 件下产生的。此后呼吸和循环系统的功

4、能逐渐加强，氧需逐渐得到 满足，进入稳定状态，进入稳定状态的作业可维持较长时间。作业 停止后，机体的耗氧量并不能马上降到安静状态的耗氧水平，还将 继续消耗较多的氧以补偿氧债。 氧需能否得到满足,主要取决于循环系统的功能,其次取决于呼吸系统的功能。 A 氧 债 B 补 偿 氧 债 氧消耗的动态变化规律 时间 状态 作 业 休 息 休 息 A B 氧 稳 定 状 态 AB 氧上限 氧需 氧需 A 时间 氧 氧需 氧需氧上限 2）静态作业 所有的肌肉运动都会导致疲劳，但程度取决于很多事情：如舒适程 度、年龄和经验。静态的肌肉运动，其疲劳的恢复时间是动态运动的10 倍。 概念 肌肉等长收缩来保持一定姿

5、势或本位的作业。 特点 能耗水平不高，但易引起人的疲劳。 静态作业氧消耗的动态变化规律 静 态态 作 业业 的 氧 消 耗 动动 态变态变 化规规 律 0 2 1 3 4 6 7 8 95 恢复 安静作业 消耗 需要 氧需要 和消耗 时 间 任何作业均含有静态作业成分。静态作业所占的比重与作业者的姿势、 熟练程度有关；越熟练，不必要的静态作业就越少。 可通过改进工具，改进操作方法，来减少不必要的静态作业。 三、人体的能量代谢 1. 定义 能量代谢就是人体有关能量的产生、转移和消耗。 2. 种类 1）基础代谢量：人在基础条件下，维持人最基本生理活动，所需 消耗的能量。 按机体所处的状态分为三种：

6、 基础代谢率：单位时间内，单位体表面积所消耗的基础代谢量。 用B表示，单位：KJ/(m2.h) 体表面积 S(m2) 0.0061身高(cm)0.0128 体重(kg)0.1529 基础代谢量=基础代谢率人体表面积持续时间BSt 我国正常人基础代谢率的平均值如表所示 基 础 代 谢 量 安 静 代 谢 量 能 量 代 谢 量 维 持 体 位 所 应 增 加 的 代 谢 量 作 业 所 增 加 的 代 谢 量 三种代谢量的关系 3）能量代谢量：人体进行作业或运动时所需消耗的总能量。 能量代谢率：用M表示 能量代谢量MS t 2）安静代谢量：机体保持某部位的平衡及某种姿势所需消耗的能量。 安静代谢

7、率： 用R表示 R=1.2B 安静代谢量RS t1.2BS t RMR (能量代谢率安静代谢率)/ 基础代谢率(M1.2B)/B 由上式得： MB（RMR1.2） 总能耗 B（RMR1.2）体表面积活动时间 （RMR1.2）基础代谢量 练习： 3. 相对代谢率（Relative Metabolic Rate, RMR） 劳动强度不同，所消耗的能量不同，由于劳动者的体质差异，即 使同样的劳动强度，不同劳动者的能量代谢也不同，为了消除个体差 异，常用相对代谢率来衡量劳动强度。用RMR表示。 相对代谢率和能量代谢率是评价劳动强度指标。 RMR (作业时的氧耗量安静时的氧耗量)/ 基础代谢氧耗量 4.

8、能量代谢率的测定 2）间接法：通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价。 1）直接法 P33 图2-8 M单位时间内氧气的消耗量（L/min）氧热价（KJ/L） 氧热价：物质氧化时，每消耗1L氧所产生的热量称为物质的氧热价。 而氧热价通过呼吸商查表可得。 呼吸商：肌体在同一时间内所产生的CO2量与消耗O2量的比值(CO2 / O2)。 练习 四、劳动强度等级的划分 1. 劳动强度 是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度。 2. 指标（体力劳动） 1）相对指标：相对代谢率 RMR 2）绝对指标：劳动强度指数 I ，能耗量，氧耗、心率等 I = TMSW10 工作日内净作业时间（min） 工作日总工

9、时（min） T（%）= 100 = 各单项劳动占用时间(min) 工作日总工时（min） 100 10：计算常数 T ：劳动时间率（ %） M：8小时工作日的平均能量代谢率（KJ/minm2） S：性别系数，男性为1，女性为1.3 W：体力劳动方式系数（搬=1，扛=0.40，推/拉=0.05） 3. 等级划分 （1） I15 一级劳动强度 轻 （2） I=1520 二级劳动强度 中 （3） I=2025 三级劳动强度 重 （4） I25 四级劳动强度 极重 1）以RMR指标分级 见表 参阅表8-8 2）以I指标分级 3）能耗量指标分级 见表 4）氧耗、心率等指标分级 见表 例 题 基础代谢率

10、为1.75 KJ/(m2min)，能量代谢率为599 KJ/(m2h)；若能 量代谢率降到231 KJ/(m2h)时，试评价二者的劳动强度。 解：RMR = (M-1.2B)/B=(599-1.2105)/105 = 4.5 RMR = (M-1.2B)/B=(231-1.2105)/105 = 1 根据劳动强度划分标准:前者属于重劳动;后者属于轻劳动 22 人体作业过程的调节与适应 一、神经系统 习惯定型：若长期在同一环境中从事同一项作业活动，通过复合条件 反射逐渐形成该项作业操作的自觉习惯的逻辑平衡潜意识，称习惯定 型，又称动力定型（Dynamic Stereotype）。 二、心血管系统

11、 心率 1）作业时心率 安静时心率+40 2）脉压 脉压最大值的一半 3）收缩压 心率 4）血糖浓度 工作能力时，会加速作业者的疲劳，甚至影响身体健康。 V30min 不合适 练 习 作业者平均体表面积为1.6521 m2，基础代谢率为2.5KJ/(m2min) ，作业相对代谢率为5时，实际劳动率为多少？当相对代谢率提高到7 时，劳动持续时间比原来缩短百分之多少？（保留两位小数） 解：1) RMR5时 RMR（M1.2B）/B M（RMR1.2）BS25.61 KJ/min T劳100.47/（M16.75）11.34min T休T劳（M/16.751）5.998min TwT劳/TT劳/(T

12、劳T休) 11.34/(11.34+5.998)65.41% 2) RMR7时 M（RMR1.2）BS33.87 KJ/min T劳100.47/（M16.75）5.87min 比原来缩短百分率（11.345.87）/11.3410048.24% 练 习 8h 工作制中，作业开始前和作业结束前各用0.5h 进行准备和整理工 作地，中午还有1h的午饭时间。作业时的能量消耗为26KJ/min，安静时 的能量消耗为6KJ/min，试分析该工作班 ,至少还应安排几次休息？ 以每次作业17min计算的休息次数为 至少还应 安排21次休息。 （min） （min） 解: 练 习 解： 能量消耗量= 4.7

13、+ 5.6 +18 = 28.3（KJ/min） 所以 若基础代谢量为4.7KJ/min，维持体位增加的代谢量为5.6KJ/min, 作业时增加的代谢量为18KJ/min。试求 RMR值。 能量消耗量=基础代谢量(1.2+RMR) 25 作业疲劳及其测定 4. 技术性疲劳：指脑力劳动与体力劳动并重，且神经相当紧张的作业。 一、作业疲劳的概念 二、分类 1. 个别器官疲劳：发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业。 2. 全身性疲劳：主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致。 3. 智力疲劳：主要是长时间从事紧张的脑力劳动所致。 作业者在作业过 程中，产生作业机能衰退，作业能力明显下降，并伴 有疲倦感

14、的现象，称作业疲劳。 主观上讲 客观上讲 根据活动时间长短和活动强度的高低，可分为短时间剧烈活动后产生 的疲劳和长时间中等强度作业后产生的疲劳。 25 作业疲劳及其测定 三、疲劳的产生与积累 四、疲劳产生的机理 1. 物质累积理论 2. 力源消耗理论 3. 中枢系统变化理论 4. 生化变化理论 5. 局部血流阻断理论 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 疲劳积累过程的“容器”模型 2）生理、心理测试法 2.疲劳的测定方法 1）生化法 作业前后反射角变化： 510 o 轻度疲劳 1015 o 中度疲劳 1530 o 重度疲劳 一盏灯闪变 分不清为止 融合度 一盏灯闪变 分清为止 闪变度 均值频闪融合阈限 膝腱反射机能检查法 两点刺激敏感阈限检查法 频闪融合阈限检查法 查表对照 s s 一般以频闪融合阈限的日间变化率和周间变化率指标表示： 五、疲劳的测定 u 身体的生理状况发生特殊变化 1. 疲劳的表达途径 u 进行特定作业时作业能力下降 u 疲倦的自我体验 2.疲劳的测定方法 连续色名呼叫检查法 反应时间检查法 脑电肌电检查法 心率血压检查法 3）工作绩效测定 其中法最好, 因为可以在工作的同时测量，数据客观，又不对 被测者有伤害。 遥控心率仪 4）他觉