第一節(jié)人體動作疲勞強度的適度考量【通用人機工程學】ppt課件

1、人機工程學概論主講：孫啟新.目 錄第一章 概論第一節(jié)人機工程學的構(gòu)成與開展第二節(jié)人機工程學的根本概念與研討范圍第三節(jié)人機工程學的學科特性與相關(guān)學科第二章 人體動作與行為要素第一節(jié)人體與物體尺度的行為關(guān)聯(lián)第二節(jié)人體與知覺心思的行為反映第三節(jié)人體與作業(yè)環(huán)境的行為需求第三章 人體動作空間與人性化設(shè)計第一節(jié)人體動作疲勞強度的適度考量第二節(jié)人體動作空間環(huán)境的規(guī)范考量第四章 人機工程學的設(shè)計運用第一節(jié)室內(nèi)空間設(shè)計第二節(jié)家具擺設(shè)設(shè)計第三節(jié)無妨礙設(shè)計.第三章 人體動作空間與人性化設(shè)計第一節(jié)人體動作疲勞強度的適度考量第二節(jié)人體動作空間環(huán)境的規(guī)范考量.一、肢體的出力范圍 肢體的力量來自肌肉收縮，肌肉收縮時所產(chǎn)生的

2、力稱為肌力。肌力的大小取決于生理要素的機能形狀、肌肉對骨骼發(fā)生作用的機械條件。下表為中等膂力的2030歲青年男女身體主要部位肌肉所產(chǎn)生的力。肢體所能發(fā)揚的力量范圍是確定機械設(shè)備支配系統(tǒng)的根底數(shù)據(jù)。 肢體發(fā)揚支配力的大小，除了取決于上述人體肌肉的生理特性外，還與用力的時間長短、采取的姿態(tài)、著力部位有關(guān)。表30反映了人體各部分的肌力情況。第一節(jié)人體動作疲勞強度的適度考量.一坐姿手臂支配力 以下圖為坐姿時手臂在不同方向的支配力中等膂力男子，右立者見圖87、表31。圖87 坐姿手臂支配力的測試方位和指向表31 中等膂力的男子右立者.二立姿手臂支配力立姿直臂時手臂支配力的一項實驗結(jié)果見圖88。.三握力

3、男子優(yōu)勢手的握力約為本身體重的47%58%，女子約為本身體重的40%48%。一切肌力均隨施力繼續(xù)時間加長而逐漸減小。例如某些肌力繼續(xù)到4分鐘時，就會衰減到14左右，肌力衰減到12所繼續(xù)時間，對多數(shù)人是根本一樣的圖89。.四坐姿時足的蹬力 足的蹬力大小與人體姿態(tài)、足的位置方向有關(guān)。假設(shè)坐姿有靠背支撐時可產(chǎn)生最大的蹬力。以下圖為不同體位的足蹬力。與垂線成70。角方向的蹬力最大，此時大腿略向上抬，大小腿夾角140。150。從俯視角度看，腿蹬方向偏離正前方15。以上時，蹬力大幅減小，操作靈敏度也會明顯降低圖90。普通坐姿時，右足最大瞬時用力可達2570N，左足可達2364N。右足蹬力大于左足；男性蹬力

4、大于女性。.二、靜態(tài)肌肉施力 人的肌肉施力分為動態(tài)和靜態(tài)兩種。靜態(tài)施力時，收縮的肌肉長時間壓迫血管，阻止血液進入肌肉，肌肉無法從血液中得到糖和氧的補充，同時肌肉的代謝廢物不能迅速排出，從而呵斥肌肉酸痛，引起肌肉疲勞，影響作業(yè)的繼續(xù)時間。長期受靜態(tài)施力的影響，就會引發(fā)永久性病癥，如關(guān)節(jié)炎、腱膜炎等，因此，當長時間的靜杰施力不可防止時，應(yīng)思索中間安排活動圖91。.一靜態(tài)肌肉施力舉例幾乎一切的勞動中都包括不同程度的靜態(tài)施力。(1)任務(wù)時的前彎腰或側(cè)彎腰。(2)任務(wù)時手臂程度抬起圖92。.(3)用手臂夾住物體。 (4 )只腳支撐體重，另一只腳控制機器。(5)長時間站立在一個位置上。(6)傳統(tǒng)鍵盤使手腕

5、長時間處在靜態(tài)施力形狀，而人機工程學鍵改善了施力情況。7)-些傳統(tǒng)把手中的靜態(tài)肌肉施力情況圖93。.二防止靜態(tài)施力 提高人體作業(yè)效率，一方面要合理運用肌力，降低肌肉的實踐負荷；另一方面要防止靜態(tài)肌肉施力。當靜態(tài)施力不可防止時，肌肉施力大小應(yīng)為最大肌力的150/0。對于簡單的反復性動作，可添加到30%。 (1)防止彎腰或其他不自然的身體姿態(tài)。 (2)防止長時間地抬手作業(yè)，同時抬手作業(yè)會降低操作精度。 (3)坐著任務(wù)比站著任務(wù)省力。 (4)對于頻繁走動性的任務(wù)，座椅的高度應(yīng)調(diào)到使操作者可非常容易地改動站立和坐的姿態(tài)的高度，這樣可減少站起和坐下呵斥的疲勞。 (5)作業(yè)面的高度應(yīng)按任務(wù)性質(zhì)耒設(shè)計，普通

6、察看需求的間隔越近，任務(wù)面應(yīng)越高。 (6)常用工具應(yīng)放在人的附近，最頻繁的動作，應(yīng)在肘關(guān)節(jié)彎曲時就可完成。 (7)當手不得不放在高位置任務(wù)時，應(yīng)運用支承物托住肘關(guān)節(jié)前臂，手的支撐物外表應(yīng)為毛布或其他較柔軟而不發(fā)涼的資料，且最好可調(diào)理以順應(yīng)更多的人圖94。.(8)支撐肢體。人的每一肢體都有分量，作業(yè)時，不但要支持物體，而且還要支持自重，故對舉手之類的作業(yè)，應(yīng)設(shè)計支撐物如近視距任務(wù)設(shè)計中應(yīng)有支撐物。 (9)頸支撐著頭，只需頭部是垂直向前稍有傾斜，頸部就不會感到疲勞。閱讀書寫時的頭向前平均傾斜25。，書寫時眼到紙面275mm，閱讀時325mm。當頭后仰15。時，頸部肌肉會感到酸痛，同時也帶來了另一個

7、問題來自光源和窗的眩光。在設(shè)計顯示屏幕時，可設(shè)計成略微傾斜，以減少人的頭部后仰。.三、動作的靈敏性與準確性一人體動作的靈敏性 靈敏性是指操作時的動作速度與頻率。人體生物力學特性決議了人體分量輕的部位較重的部位、短的部位較長的部位、肢體末端較主干動作靈敏。因此，在設(shè)計機器及支配安裝和任務(wù)方式時，應(yīng)充分思索這些特點。 1反響時和運動時 反響時指從刺激呈現(xiàn)到人開場作出外部反響的時間間隔，也稱為反響埋伏期。影響反響時的有人體客觀要素和外界刺激客觀要素。 (1)刺激的數(shù)目：數(shù)目越多反響越慢(表32)。.(2)刺激強度：隨著刺激強度加大，反響時逐漸縮短，但到達一定的刺激強度以后，反響時就根本穩(wěn)定不再縮短了

8、。 (3)刺激的對比度：對比越強反響時越短。 (4)刺激類型和受刺激的部位：觸聽視覺反響時短，味覺反響時長。觸覺中臉、手指反響時短，腳部反響時長表33。(5)人的主體要素：影響反響時的人的主體要素，有先天的個體差別、當時的身體情況和培訓呵斥的差別等。先天性的個體差別指素質(zhì)、性別、個性等方面，當時的身體情況指年齡、安康情況、疲勞情況、心情、生理節(jié)律等形狀，培訓對反響時的快慢影響更是明顯。.2動作速度 動作速度是指肢體在單位時間內(nèi)挪動的路程。動作方向、軌跡決議動作速度。肢體運動速度變化很大，可從每秒幾毫米到800mm。在普通情況下，手臂動作速度平均為50500mm/s。經(jīng)測定，動作速度有以下規(guī)律，

9、可供設(shè)計時參考： 人體軀干及肢體在程度面的運動比垂直面的運動速度快； 從上往下較從下往上運動速度快； 程度方向的前后運動較左右方向運動快，旋轉(zhuǎn)運動比直線運動靈敏； 順時針方向操作動作比逆時針方向操作要快，且符合動作習慣； 向身體方向的運動較分開身體方向運動要快，但后者準確性高； 普通人右手較左手快，同時右手向右較向左運動快； 動作速度與受力物的質(zhì)量成反比。.3動作頻率 每分鐘或每秒鐘動作反復的次數(shù)稱為動作頻率。它與操作方式及動作部位有關(guān)。測試數(shù)搪見表34。 表34手足最大動作頻率.二人體動作的準確性 動作的準確性可從動作方式、速度和力量三個方面調(diào)查。這三方面配合恰當，動作才干與客觀要求相符合，

10、才干準確。動作方向錯誤，動作量過大或過小，都將產(chǎn)生不準確的動作。.四、作業(yè)姿態(tài) 一作業(yè)姿態(tài)的類型 人在日常生活和消費中，普通有四大根本姿態(tài)，即立姿、端坐姿、靠椅坐姿和臥姿。 二確定作業(yè)姿態(tài)的普通原那么 不同的人體姿態(tài)所呵斥的肌肉負荷普通可由伴隨肌肉收縮所產(chǎn)生的生物電位的變化肌電圖來顯示。人機工程學學者曾選擇了人體的13種姿態(tài)，經(jīng)過肌電圖得出如下圖的結(jié)果。圖中以立姿的肌肉活動量為100%，按不同姿態(tài)所呵斥的相對于立姿的肌肉活動量的大小，依次由左向右陳列，從中反映了為維持不同姿態(tài)，人體有關(guān)部位的肌肉進展等長收縮的緊張程度表35。.姿態(tài)對心血管系統(tǒng)的影響如表36所示： 為保證操作者的身體安康，提高作

11、業(yè)率，在確定作業(yè)姿態(tài)時，普通應(yīng)遵照如下原那么： (1)操作者的作業(yè)姿態(tài)普通以坐姿為好，其次是坐一立姿。當任務(wù)過程非立姿不可時，才選擇立姿。(2)應(yīng)盡能夠地使操作者采取平衡姿態(tài)，防止因作生姿態(tài)不當而給肌肉、關(guān)節(jié)和心血管系統(tǒng)呵斥不用要的負擔。 (3)作業(yè)過程中，應(yīng)使操作者能自在地變換多種體位，盡能夠地使操作者身體處于溫馨形狀。當強迫堅持盼姿態(tài)無法防止時，應(yīng)設(shè)置適當?shù)闹挝铩?(4)確定作業(yè)姿態(tài)應(yīng)與肌力的運用以及作業(yè)動作相聯(lián)絡(luò)，三者應(yīng)相互協(xié)調(diào)。.三作業(yè)中常用的姿態(tài) 1.立姿 正確的立姿是身體各個部分，如頭、頸、胸、腹等均垂直于程度面，且身體堅持平衡和穩(wěn)定。此時，人體的分量主要由骨骼承當，肌肉和韌帶的

12、負荷最小，人體內(nèi)各系統(tǒng)如呼吸、消化、血液循環(huán)等活動的機械阻力最小。溫馨的立姿是身體自然直立或軀干稍向前傾15。左右。 以下情況宜采取立姿作業(yè)： (1)常用的控制界分布在較大區(qū)域，遠遠超出坐姿的最大可及范圍時。 (2)需求用較大肌力的作業(yè)，而坐姿不能夠到達時。 (3)在沒有容膝空間的機器旁作業(yè)，坐著反而不如站著溫馨時。 (4)需求頻繁地坐、立的作業(yè)，由于頻繁起坐所耗費的能量比立姿的耗能量還大。 .(5)單調(diào)的易引起心思性疲勞的作業(yè)。 繼續(xù)較長時間的立姿作業(yè)會引起下肢肌肉酸痛，下肢腫脹。因此，對干一些不得不采取立姿進展的作業(yè)，應(yīng)使操作者可以自在變換體位，防止長時間站立于一個位置；同時腳下應(yīng)鋪墊木板

13、、橡膠板或有彈性的墊子，也可穿有軟墊的鞋子；還應(yīng)安排操作者定時坐下來作適當休憩或安排做一些輕度的體育活動，以改善血液循環(huán)情況，減少肌肉疲勞。2坐姿 作業(yè)時正確的坐姿應(yīng)是身軀上部伸直稍向前傾1015 ，堅持眼睛到任務(wù)面的間隔在300mm以上，大腿放平，小腿自然垂直著地或稍向前伸展著地，使整個身體處于自然溫馨形狀。研討證明，當直腰坐身軀上部挺直坐時，脊柱的變形較大，肌肉的負荷也大。當放松坐身軀上部稍彎曲時，背部肌肉負荷小，有利于整個身體的平衡，覺得比較溫馨，但此時椎間盤的內(nèi)壓力會增大。由此可見，肌肉與椎間盤對坐姿的要求是矛盾的。假設(shè)在作業(yè)過程中，適當變換直腰坐與放松坐兩種坐姿，那么既可經(jīng)過改動椎間

14、盤的內(nèi)壓力，改善椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)情況，又可使肌肉得以放松。.以下情況應(yīng)采用坐姿作業(yè)： (1)繼續(xù)時間長的靜態(tài)作業(yè)。 (2)精細度高而又要求細致的作業(yè)。 (3)需求手足并用的作業(yè)。 (4)要求操作準確性高的作業(yè)。 由于坐姿心臟負擔的靜壓力較立姿有所降低，肌肉接受的體重負荷也較立姿小，故坐姿作業(yè)可以減輕勞動強度，提高作業(yè)效率，優(yōu)于立姿作業(yè)。但坐姿作業(yè)不易改動體位，施力受限制，任務(wù)范圍也受限制，且久坐易導致脊柱變形。. 3坐-立姿 坐一立姿是指在作業(yè)過程中既可以坐也可以站立，坐、立交替，但以坐姿為主。坐著可以解除站立所引起的下肢肌肉酸痛感，而站立叉可放松坐著引起的腰部肌肉緊張，所以坐、立交替可以消除

15、不同部位的肌肉負荷圖95。.五、疲勞研討 疲勞是一種人體的生理形狀。在作業(yè)過程中，作業(yè)者產(chǎn)生作業(yè)機能衰退、作業(yè)才干下降，有時還伴有疲倦感等客觀病癥的景象，就叫作業(yè)疲勞。過度的作業(yè)疲勞不僅導致作業(yè)才干下降、勞動質(zhì)量降低、大腦與動作愚鈍、反響才干降低，而且易添加事故發(fā)生率，甚至呵斥人身與財富損失。作業(yè)疲勞是一系列復雜景象的綜合體，既有人的生理和心思要素，又有消費設(shè)備的要素，還受環(huán)境和社會要素的影響。因此，對疲勞問題的討論也是人機工程設(shè)計的一個重要課題。.一疲勞的分類 1肌肉疲勞 肌肉疲勞又分為個別器官疲勞和全身性疲勞。前者常發(fā)生在僅需個別器官或肢體參與的緊張作業(yè)。如計算機操作人員的肩肘痛、眼疲勞，

16、打字人員的手指、腕疲勞等。后者主要是由全身參與較為繁重的膂力勞動所致，表現(xiàn)為全身肌肉、關(guān)節(jié)酸痛，困乏思睡，作業(yè)才干明顯下降，失誤增多，操作愚鈍等。 2精神疲勞刺激疲勞 精神疲勞包括智力疲勞、技術(shù)性疲勞和心思性疲勞。智力疲勞主要是指長期從事緊張的腦力勞動所引起的頭昏腦漲、全身乏力、嗜睡或失眠等，常與心思要素有聯(lián)絡(luò)。技術(shù)性疲勞常見于膂力腦力并用的蒡動和神經(jīng)相當緊張的作業(yè)，如駕駛飛機、汽車、遷延機，收發(fā)電報、支配半自動化消費設(shè)備等。單調(diào)的作業(yè)內(nèi)容很容易引起心思性疲勞，例如監(jiān)視儀表的人員，外表上坐在那里“悠閑自在，實踐上并不輕松。信號率越低越易產(chǎn)生疲勞，使警惕性下降。這時膂力并不疲勞，而是大腦皮層的一

17、個部位經(jīng)常興奮引起的抑制。.3生物疲勞周期性疲勞 根據(jù)疲勞周期的長短，可將周期分為年周期性疲勞和月、周、日周期性疲勞。這種疲勞的出現(xiàn)與社會、生理心思要素的影響有關(guān)。 二作業(yè)疲勞的調(diào)查與測定 1疲勞問卷調(diào)查 周身和部分疲勞可由個人自覺病癥的主訴得以確認。 2疲勞測定方法 (1)閃光交融值測定 受試者觀看一個頻率可調(diào)的閃爍光源，記錄任務(wù)前后受試者可分辨出閃爍的頻率數(shù)。詳細做法是先從低頻閃爍做起，這時視覺可見儀器內(nèi)光點不斷閃光，當增大頻率，視覺剛剛出現(xiàn)閃光消逝時的頻率值叫閃光交融閾。人體疲勞后閃光交融值降低，闡明視覺神經(jīng)出現(xiàn)鈍化。這一方法對在視覺顯示終端前面任務(wù)人員的疲勞測定最為適用。經(jīng)過測定得知，

18、全身性疲勞也會在視覺方面有所表現(xiàn)。.(2)心率及肺活量測定 心率和勞動強度是親密相關(guān)的。作業(yè)開場后，頭3040s內(nèi)迅速添加，以順應(yīng)供氧的要求，以后綏慢上升。普通經(jīng)45min到達與勞動強度順應(yīng)的穩(wěn)定程度。輕作業(yè)心率添加不多；重作業(yè)能上升到150200次min。作業(yè)停頓后，心率可在幾秒至十幾秒內(nèi)迅速減少，然后緩慢地降到原來程度。疲勞越重，氧債越多，心率恢復得越慢。 (3)觸覺兩點閾值測定 當皮膚外表上的兩個點同時遭到刺激時，假設(shè)兩點間間隔在50mm以上，任何人都能清楚地感遭到兩點的刺激。但是，當兩點間隔縮短到一定值以后正常情況下小臂約為20mm，只覺得是一個刺激點，其值稱為兩點閾值。作業(yè)疲勞越甚，

19、覺得越愚鈍，此值上升越多。.三引起疲勞的緣由 1超生理負荷 勞動強度越大，勞動時間越長，人的疲勞就越重。 2任務(wù)單調(diào) 對多數(shù)人來說，內(nèi)容單一、限制發(fā)明力的任務(wù)是乏味的。乏味的任務(wù)會使作業(yè)者產(chǎn)生不愉快和膩煩的心情。另外，還會使留意力不集中，留意力是最易疲勞的心思機能之一。 3環(huán)境不良 不良的環(huán)境條件如溫度、濕度、照明、振動和噪聲等是不順應(yīng)人的生理和心思需求的，它會添加作業(yè)人員的勞動強度和疲勞感。噪聲可加重疲勞，優(yōu)美的音樂可以舒張血管、松弛緊張的心情并減輕疲勞。. 4精神要素 精神要素指作業(yè)人員因劇烈的刺激、焦慮心情、煩惱、任務(wù)責任感以及人與人之間和家庭等要素導致的精神不振。 5身體情況不好 這是

20、指瘓病，如疼痛、營養(yǎng)不良、睡眠缺乏、個人體質(zhì)欠佳等。 6人機工程設(shè)計不合理 這是指勞動姿態(tài)與體位選擇不合理。消費設(shè)備與工具設(shè)計不合理，未能減輕勞動強度和釋放緊張心情；人機界面設(shè)計不合理，不符合人的覺得功能和心思特點；未按生物力學的原那么合理運用膂力；任務(wù)空間過小等。.四疲勞的某些規(guī)律 1疲勞可以恢復 青年人比老年人恢復得快，而且在作業(yè)過程中青年人較老年人產(chǎn)生的疲勞要小得多。 2疲勞累積效應(yīng) 前一日未完全恢復的疲勞會繼續(xù)到第二天。 3人對疲勞有順應(yīng)才干 人假設(shè)延續(xù)任務(wù)，反而不覺累了，這是膂力上的順應(yīng)性。 4生理周期的影響 在生理周期中，如生物節(jié)律低潮期、婦女月經(jīng)期，發(fā)生疲勞的自我感受較重。.五降

21、低作業(yè)疲勞的措施 這里僅從人機工程設(shè)計的角度思索降低作業(yè)疲勞的措施。 1提高作業(yè)的自動化程度 提高作業(yè)的自動化程度是現(xiàn)代科學技術(shù)開展的主要方向之一。自動化能改善勞動條件，降低勞動強度，縮短勞動時間，從而消除了笨重膂力勞動呵斥的重度疲勞，同時也提高了作業(yè)平安可靠性。統(tǒng)計資料闡明，笨重膂力勞動比重較大的工業(yè)部門，如采礦、冶金、建筑、鐵路等行業(yè)，由于勞動強度大，消費事故較機械、化工、紡織等行業(yè)均高出數(shù)倍至數(shù)十倍。由此呵見，提高作業(yè)自動化程度是減少作業(yè)人數(shù)、提高勞動消費率、減少人員疲勞、提高消費平安程度的有力措施。 2正確選擇作業(yè)姿態(tài)和體位 在作業(yè)中，除勞動負荷外，勞動姿態(tài)與體位也是引發(fā)人體疲勞的很重要的要素。勞動姿態(tài)不當，容易呵斥過度的疲勞和職業(yè)病，使任務(wù)效率大大降低。. 3合理設(shè)計作業(yè)中的用力方法 (1)合理安排施力方式與負荷 靜態(tài)施力很容易使作業(yè)者感到疲勞，因此應(yīng)盡量防止。假設(shè)靜態(tài)施力不可防止，那么應(yīng)對施力大小作出限制，肌肉施力應(yīng)低于其最大施力的15%。在動態(tài)作業(yè)中，假設(shè)作業(yè)動作是簡單的反復性動作，那么肌肉施力也不應(yīng)超越其最大肌肉力的30%。 (2)按生物力學原理用力 作業(yè)時，要把力用到完成某一動作的做功上去，防止浪費在身體本身或不合理的動作上。 (3)利用人體活動特點用力 (4)利用人體動作的經(jīng)濟原那么 所謂動作的經(jīng)濟原那么是指堅持動作自然、對稱和有節(jié)拍。動