第四章人的作业特征

《第四章人的作业特征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章人的作业特征（170页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、飞行器人-机-环境工程,王奕首Tel: 13478903087航空航天学院,第4章 人的作业特征,概述4.1 人的体力作业负荷4.1.1 体力作业负荷及其测定 4.1.2 人体作业时的能量代谢 4.1.3 体力劳动强度分级 4.1.4 作业能力的动态分析 4.1.5 作业疲劳及其测定 4.1.6 作业时人体的调节与适应,概述,人,机,环境,作业能力定义：完成某种作业所具备生理、心理特征，综合体现的个体所蕴藏的内部潜力作业生理、心理特征可从操作者单位时间内完成的操作的质量和数量间接地反映现代人机系统的信息量和复杂性呈爆炸性增长,作业,操作者,监视者,决策者,概述,人-机-环境系统的功能是通过人的

2、作业输入来实现人的作业特征取决于体力作业和脑力作业的比例分配正确地预防体力、脑力作业疲劳是保障人作业能力的基础,4.1.1 体力作业负荷及其测定,4.1.1.1 体力作业定义 人体单位时间内承受的体力工作量的大小,人体的工作能力是有一定限度的,工作量,作业效率,工作限度,4.1.1.2 体力作业负荷测定 运用生理和生化指标的变化来测定人体作业负荷水平,生理变化测定,生化变化测定,主观感觉测定,体力负荷,肺通气量,心率,血压,氧债,吸氧量,糖原(血糖),乳酸,体力负荷,生化指标,尿蛋白,乳酸或尿蛋白,血糖,自认劳累分级量表,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,1

3、9,20,重,有点重,非常重,非常非常重,有点轻,肌电,安静,中等强度,较大强度,人体摄入物质（糖，脂肪，蛋白质）氧化分解，释放热量主要能源（70） 储存 人体的主要组成部分 生物氧化 能量CO2,H2O 热能（50） (化学能）三磷酸腺苷（ATP）维持体温，散发出体外 放出能量 供合成代谢和生理活动,4.1.2 人体作业时的能量代谢,能量代谢定义：体内能量的产生、转移和消耗,4.1.2.1 人体能量的产生机理 由于骨骼肌约占人体重的40%， 故体力劳动的能量消耗较大。骨骼肌活动的能量来自细胞中的贮能元三磷酸腺苷(ATP)。肌肉活动时，肌细胞中的三磷酸腺苷与水结合，生成二磷酸腺苷(ADP)和磷

4、酸根(Pi)，同时释放出29.3kJ的能量， 即 ATPH2OADPPi29.3 kJ/mol,ATP产能途径：ATP-CP系列；需氧系列；乳酸系列,1. ATPCP系列 在要求能量释放速度很快的情况下，肌细胞中的ATP由磷酸肌酸(CP)与二磷酸腺苷合成予以补充： 即 CPADP Cr(肌酸)ATP 该过程简称为ATPP系列。 特点：ATPCP系列提供能量的速度极快，不需要O2，不产生乳酸CP在人体内的贮量有限；该途径的产能过程只能维持肌肉大强度活动几秒钟.,2. 需氧系列 在中等劳动强度下，ATP以中等速度分解，又通过糖和脂肪的氧化磷酸化合成得到补充， 即 葡萄糖或脂肪氧 ATP 特点：在合

5、成的开始阶段，以糖的氧化磷酸化为主；在作业持续到结束阶段，以脂肪的氧化磷酸化为主；ATP生成总量大(输出功率15J/(kg.s)，但速度慢；不产生乳酸；长时间耐力活动的物质基础,氧化磷酸化,3. 乳酸系列 在大强度劳动时，能量需求速度较快，相应ATP的分解也必须加快，但受到供氧能力的限制。此时，则靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量，故称为乳酸系列： 葡萄糖(糖原) ATP乳酸 特点： 乳酸逐渐扩散到血液，部分排出体外，其余在肝,肾内部又合成为糖原；在食物营养充足条件下，经休息，可较快合成为糖原； 产能方式不经济(需大量葡萄糖)；乳酸属致疲劳物质；乳酸系列转换不能持续较长时间。,糖酵解,糖酸解时

6、1g分子葡萄糖能合成2g分子ATP， 但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快32倍， 所以是高速提供能量的重要途径。,三种产能过程如图4-1所示，其产能特性如表4-1。,图4-1 肌肉活动时能量的来源示意图,肌肉转换化学能做功的效率约为40%；若包括恢复所需能量，总效率约为10%-30%)，其余的能量以热的形式释放。,表4 - 1 三种产能过程的一般特性,4.1.2.2 作业时人体的耗氧动态 作业时人体所需要的氧量的决定因素：劳动强度作业时间循环系统的机能呼吸器官的功能氧债定义： 当需氧量超过最大摄氧量时，人体能量的供应依赖于能源物质的无氧糖酵解，造成体内的氧亏负，这种状态称为氧债。 氧债与劳动负

7、荷的关系，如图4-2所示。,作业本身性质,作业者本身性质,最大摄氧量正常成年人：3L/min常锻炼者：4L/min老年人：1-2L/min,最大氧债能力：10L体内产生乳酸7g/min作为代价透支1L氧,图4 - 2 作业中的氧债与劳动负荷关系图(a) 需氧量小于最大摄氧量； (b) 需氧量大于最大摄氧量,作业持续时间长理论上：A=B,作业时间短(最多10min，达到氧债衰竭状态)：B=A+C,4.1.2.3 能量代谢和能量代谢率 能量代谢定义：人体能量产生和消耗称为能量代谢。人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量的总和。在不对外做功的条件下，体内所产生的

8、能量等于由身体散发出的热量，从而使体温维持在相对恒定的水平上。 能量代谢形式：基础代谢安静代谢活动代谢,代谢产生的能量=体外做功能量+体内消耗转换为热量的能量,1. 基础代谢基础条件：清醒静卧空腹(食后10 h以上)室温在20 左右 人体在基础条件下的能量代谢称为基础代谢。单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率，用BR表示。它反映单位时间内人体维持最基本的生命活动所消耗的最低限度的能量，通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示(kJ/(hm2)。 我国正常人基础代谢率平均值见表4 - 2。,表4 - 2 我国正常人基础代谢率平均值（kJ/hm2）,是否能得到一定的规律？,2. 安静代谢 安静

9、代谢是作业或劳动开始之前，仅为了保持身体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。安静代谢量包括基础代谢量和为维持体味平衡及某种姿势所增加的代谢量。 安静代谢率用RR表示。,测定方式：作业前或作业后的呼气分析法；安静代谢=常温下基础代谢量的120%,3. 活动代谢活动代谢亦称劳动代谢、作业代谢或工作代谢。它是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。体力劳动是使能量代谢量亢进的最主要的原因。因为在实际活动中所测得的能量代谢率(用AR表示)，不仅包括活动代谢率，也包括基础代谢率与安静代谢率，所以活动代谢率(用MR表示)应为 MRARRR （4 - 1）,4. 相对能量代谢率 体力劳动强度不同，所消耗

10、的能量不同。由于劳动者性别、 年龄、 体力与体质存在差异， 即使从事同等强度的体力劳动，消耗的能量亦不同。为了消除劳动者个体之间差异因素，常用活动代谢率与基础代谢率之比即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。相对能量代谢率RMR为,（4 - 2）,表4 4 相对能量代谢RMR的推算值,表4 - 3为不同活动类型的RMR的实测值。,除利用实测方法之外， 还可用简易方法近似计算人在体力劳动中的能量消耗， 其计算公式为 ARRRMR1.2BRRMRBR （1.2RMR）BR (4 - 3),(4 - 4),5. 影响能量代谢的因素 影响人体作业时能量代谢的因素很多，如作业类型、作业方法、作业姿势、作业

11、速度等。 由表4 - 3和表4 - 4可看出， 不同类型的作业对能量代谢的影响。 图4 - 3给出了不同作业的能量消耗值， 其范围从1.616.2kCal/min。,图4 - 3 各种作业类型相对应的能耗(kCal/min),作业方法不同， 能量消耗也不同。 S.R德塔(S.R.Datta)等人对搬运重物的七种方式进行了研究， 测得相应的氧耗量， 如图4 - 4所示。 各种不同姿势的相对氧耗量， 如图4 - 5所示。,图4 - 4 用不同方式搬运重物时氧耗量比较图 (a) 单肩双包(100%)； (b) 头顶(103%)； (C) 双肩背(109%) (d) 前额挂背(115%)； (e) 斜

12、挎(123%)； (f) 挑担(129%)； (g) 双手提(144%),图4 - 5 不同姿势的氧耗量比较图 (a) 仰卧(100%)； (b) 坐姿(103%105%)； (C) 立姿(108%0）（d） 跪姿(130%140%)； (e) 弯腰(150%0),4.1.2.4 能量代谢的测定,测定方法,直接法：,间接法：,通过测定人体消耗的氧量， 再乘以氧热价求出能量代谢率,通过热量计测定在绝热室内流过人体周围 的冷却水升温情况， 换算成能量代谢率,供能物质,糖,蛋白质,脂肪,体外燃烧与体内氧化产生的热量相等1g糖产生的热量约等于17.4kJ；1g脂肪产生的热量约等于40kJ,体外燃烧大于

13、体内氧化产生的热量1g蛋白质燃烧产生的热量约等于23.4kJ=体内氧化热量17.9+尿素形式,表4 - 5 三种营养物质氧化时的数据,物质能量表征,氧热价,呼吸商,每消耗1L氧所产生的热量,机体在同一时间产生的CO2量与消耗的O2量比值,一般混合物的呼吸商常在0.80左右对于蛋白质中的氮以尿素排泄，则涉及到非蛋白质的呼吸商,C6 H12 O6 + 6 O2 = 6 CO2+6 H2O,食物热价,每克营养物质氧化释放的能量,表4 - 6 非蛋白呼吸商和氧热价的关系,实际应用中， 经常采用省略尿氮测定的简便方法， 即根据受试者在同一时间内吸入的O2量和CO2产生量求出呼吸商(混合呼吸商)， 而不考

14、虑蛋白质代谢部分， 实践证明， 采用简便方法得到的结果不会有显著误差。,既然通过作业时消耗的O2量和产生的CO2量可以换算能量消耗， 相对代谢率也可以通过测定作业者在作业时、 安静时消耗的O2量和产生的CO2的比值， 计算作业者在安静时和作业时各自的O2消耗量， 然后乘以每消耗1L O2所产生的热量(氧热价)， 分别折算成作业时和安静时的能量消耗。,同理若将作业者的基础代谢量换算成O2消耗量或直接测定出基础代谢时O2消耗量， 则相对代谢率计算式又可写成,RMR=,作业时的O2消耗量安静时的O2消耗量,基础代谢时的O2消耗量,(4 - 5),4.1.3 劳动强度分级,劳动强度：作业者在生产过程中

15、体力消耗及紧张程度,以能量消耗或相对代谢率作为指标制定劳动强度,分类,脑力劳动：,体力劳动：,脑力劳动的能量消耗一般不超过基础代谢的10%,体力劳动的能量消耗是基础代谢的1025 倍,基于能量消耗的劳动强度分级方法,典型代表：日本能率协会的划分标准，5个等级,分类,相对指标：,绝对指标：,以相对代谢量RMR(国外应用比较普遍),8h的能量消耗量和劳动强度指数,4.1.3.1 国外的劳动强度分级 国外常用的克里斯坦森(Christensen)标准，是以能耗量和氧耗量作为分级标准来划分不同劳动强度的， 见表4-9。该标准所依据的为欧美人的平均值，即体重70kg、体表面积1.84 m2。所分等级为轻、中等、强、 极强、过强共五级。表4-10来源于国际劳工局1983年资料。,