安全人機工程第三章

第三章

安全人機系統(tǒng)中人的作業(yè)特性主要內(nèi)容第一節(jié)作業(yè)過程中人體的能量代謝第二節(jié)勞動強度及其分級第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防2一、能量代謝在物質(zhì)代謝過程的同時發(fā)生著能量釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程，稱為能量代謝。能量代謝過程是根據(jù)物質(zhì)不滅和能量守恒法則進行的。物質(zhì)代謝產(chǎn)生的能量有各種不同的形式，它們之間可以互相轉(zhuǎn)移。第一節(jié)作業(yè)過程中人體的能量代謝31、勞動時的能量來源糖是主要的來源。脂肪起著儲存和供應能量的作用。能量供給途徑：ATP——CP系列需氧系列乳酸系列一、能量代謝4

人體攝入的物質(zhì)（糖、脂肪、蛋白質(zhì)）在體內(nèi)氧化分解，同時釋放能量。能量中約有一半是熱能，用以維持體溫并不斷地向體外散發(fā)；另一部分以化學能的形式貯存于三磷酸腺苷（ATP）內(nèi)，ATP分解時放出能量，供應合成代謝和各種生理活動所需的能量。機體活動的大部分能量來源于三磷酸腺苷。

ATP生成后，除直接為各種生理活動提供能量外，還可以把它的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸，生成磷酸肌酸（CP)。CP是機體內(nèi)的貯存庫，多含于肌細胞內(nèi)，其貯存量是ATP的5倍。每當細胞內(nèi)ATP消耗時，即由CP生成新的ATP加以補充，使ATP在細胞內(nèi)的量保持恒定。5一、能量代謝ATP－CP系列肌肉所需的能量是由肌細胞里的三磷酸腺苷（ATP）迅速分解而直接提供的。但是肌肉中ATP的貯存量很少，由磷酸肌酸（CP）分解及時補充，故名ATP——CP系列。表示如下：6一、能量代謝氧需系列

前已述及，肌肉中CP甚少，只能供肌肉活動幾秒至1分鐘，因此需從糖類和脂肪的氧化分解來提供ATP，即需要氧的參與才能進行，所以叫需氧系列。這發(fā)生在中等強度以上的勞動過程。乳酸系列在大強度勞動時，ATP的分解非常迅速，需氧系列受到供氧供氧能力的限制，不能滿足肌肉活動的需要。這時，要依靠無氧糖酵產(chǎn)生乳酸來提供能量。雖然1克分子葡萄糖在乳酸系列中只產(chǎn)生2個分子ATP，但其速度比需氧系列快32倍，所以可迅速提供較多的ATP。這個系列活動不能持久。7一、能量代謝2、能量代謝量——分為基礎代謝、安靜代謝和勞動代謝?；A代謝：維持生命所必需消耗的基礎情況下的能量代謝量。（每平方米體表面積、每小時產(chǎn)熱量來計算。）見書上表安靜代謝：人僅為保持身體平衡及安靜姿勢所消耗的能量。一般在工作前或后進行測定。安靜代謝率一般取為基礎代謝率的1.2倍。勞動代謝：人在工作或運動時的能量代謝量。作業(yè)時的能量消耗量是全身各器官系統(tǒng)活動能耗量的總和。一般而言，體力勞動的能耗量可高出基礎代謝的10-25倍，它與體力勞動強度直接相關(guān)。8RMR=勞動時總能耗量-安靜時能耗量基礎代謝量3.1.1能量代謝3、能量代謝率為了消除個人之間的差別，采用勞動代謝量和基礎代謝量之比來表示某種體力勞動的強度，這一指標稱為能量代謝率（RMR）9表3-2實測的RMR值10能量代謝的測定能量代謝和氣體代謝之間存在特定的量的聯(lián)系。測氣體代謝量就可算出能量代謝量。測定方法可分為直接測熱法和間接測熱法。直接測熱法笨重不便，已為間接測熱法所代替。間接法是通過對氧耗量和CO2產(chǎn)生量的測定，計算出產(chǎn)生的熱量。間接測定法又分為開放式測定和閉合式測定兩種方法。這里僅介紹開放式測定法。11能量代謝的測定開放式測定法儀器設備：儲氣袋、氣量計和氣體分析器。方法：受試者通過面罩吸入空氣，呼氣時將呼出的氣體收集在貯氣袋里，并用氣體流量計測量呼出的氣量。然后從氣袋中采取呼出的氣樣，測定其中的氧和二氧化碳的濃度（體積百分比）。根據(jù)吸入氣體和呼出氣中氧和CO2含量之差及呼氣總量，就可以計算出單位時間內(nèi)的氧耗量和二氧化碳排出量。12能量代謝的測定最新測定方法我國新開發(fā)的肺通氣量儀附有新型流量計，可以累計測定時氣量，完全不用道格拉斯袋采取氣樣。德制造的EDS型心肺能量代謝儀和ER-40型電腦功率車是實驗室測定的最新設備。13

二、作業(yè)時的氧消耗1、需氧與氧債作業(yè)時人體所需要的氧量取決于勞動強度。氧需：勞動一分鐘所需要的氧量。成年人安靜時的需氧量為0.2～0.3L/min。勞動時隨著勞動強度的增加，需氧量也隨之增多（最大需氧量可達安靜休息時的30倍），供氧能否滿足人體活動的需要取決于人體的循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)。人體在每分鐘內(nèi)能供應的最大氧量稱為最大攝氧量（也稱氧上限），成年人的最大攝氧量一般不超過3L，經(jīng)常鍛煉的人可達4L以上。14氧上限：血液在一分鐘內(nèi)能供給的最大氧量氧債：氧需和實際供氧量之間的差額。一般情況下，攝氧量與耗氧量大致相等。在勞動過程中，隨著勞動強度的增強，存在攝氧量滿足不了需氧量增加的情況，需氧量大于攝氧量時，肌肉在缺氧的狀態(tài)下從事活動，形成氧缺乏，這種供氧與需氧之間的差，稱為氧債。2．氧債及其償還氧債及其償還與勞動強度之間存在密切的關(guān)系。（1）攝氧量與需氧量可以達到平衡如圖3-1(a)（2）攝氧量小于需氧量如圖3-2（b）151617第二節(jié)勞動強度及其分級一、勞動強度二、勞動強度的分級18第二節(jié)勞動強度及其分級一、勞動強度

勞動強度反映了勞動的繁重、緊張或密集程度，是勞動者體力消耗、生理和心理緊張程度的綜合反映。勞動強度也反映了作業(yè)過程中勞動者在單位時間內(nèi)作功與機體代謝能力之比。勞動強度的大小可以用耗氧量、能耗量、能量代謝率等參數(shù)加以衡量。

勞動強度：作業(yè)中人在單位時間內(nèi)做功和機體代謝能力之比19一、勞動強度靜力作業(yè)對于腦力勞動、計算機操作人員、儀器監(jiān)控者等所從事的作業(yè)都可歸納為靜力作業(yè)，或叫靜態(tài)作業(yè)（Staticwork）。這種作業(yè)主要是依靠肌肉的等長收縮來維持一定的體位，即身體和四肢關(guān)節(jié)保持不動時所進行的作業(yè)。體力勞動中也包含靜力作業(yè)，如坐位或立位觀察儀表、支持重物、把握工具、壓緊加工物件等。動力作業(yè)動力作業(yè)是靠肌肉的等張收縮來完成作業(yè)動作的，即經(jīng)常說的體力勞動。201.

體力勞動強度分級

在《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準GBZ1-2002》(HygienicstandardsfortheDesignofIndustrialEnterprises)之附錄B(規(guī)范性附錄)中規(guī)定了我國的體力勞動強度分級方法。

1.

體力勞動強度分級

體力勞動強度分級采用體力勞動強度指數(shù)（Ⅰ）為分級指標，將體力勞動強度分為四級。21日本勞動研究所分級標準分為五級：極輕勞動、輕勞動、中等勞動、重勞動、極重勞動22第二節(jié)勞動強度及其分級2.勞動強度指數(shù)Ⅰ的計算

勞動強度指數(shù)I計算公式：

Ⅰ=M·10

（式3-2）式中：Ⅰ——體力勞動強度指數(shù)

M——8小時工作日平均能量代謝率(kcal/min·m2)，用下式計算：

（式3-3）

式中：Ayi—同類活動能量代謝率，kcal/(min.m2）；

Ati—同類活動時間，min)；

Ta—工作日總時間（min)。23

按表3-4的分級標準，8小時工作日內(nèi)平均散熱量(能量消耗)為:

Ⅰ級:110kcal/h·per

Ⅱ級:170kcal/h·per

Ⅲ級:220kcal/h·per

Ⅳ級:300kcal/h·per

注:1kcal=4.18KJ24第二節(jié)勞動強度及其分級3.能量代謝率測定方法

(1)工時記錄表

每天選擇受測工種工人1～2名自上班至下班跟隨記錄其從事各項活動和休息的起止時間，連續(xù)(或間斷)測定3天，取3天的平均值。如遇生產(chǎn)不正?；虬l(fā)生事故時，不作為正式記錄。工時記錄表的格式見表3-5。表3-5勞動工時記錄

25（2）平均能量代謝率(M值)

根據(jù)表3-5將各種操作歸類(近似的活動歸為一類)，休息為一類。再計算出各項活動與休息在一個工作日內(nèi)累計占用時間。然后分別測定各項活動和休息時的能量代謝率，再乘以相應的工作日累計占用時間，最后計算工作日總能量消耗值。263.能量代謝率測定方法27（3）某工種勞動強度指數(shù)Ⅰ計算舉例

平均能量代謝率(M)可由表3-6的測定結(jié)果利用式3-3計算獲得，即

平均能量代謝率

(M)(Kcal/min·m2)924/480=1.925

代入式3-2:Ⅰ=M·10

Ⅰ=1.925×10=19.25(Ⅱ級)

按表3-2分級，該工種勞動強度為Ⅱ級。

28（4）各項勞動項目的能量代謝率

采用計算法，即用肺通氣量計，在操作者從事該項操作5分鐘后，給受試者戴上肺通氣量計的采氣口罩(務要嚴緊，保證不漏氣)，啟動開關(guān)采集操作時呼出氣，一般可采氣2～5分鐘，關(guān)閉采氣開關(guān)記錄肺通氣量，再根據(jù)計算公式計算能代謝率。每項操作要采測5～10個樣品(5個樣品最好在不同人身上完成，如受條件所限也可在同一人身上重復多次)取平均值(按表3-7所示記錄表要求操作)。

29（4）各勞動項目的能量代謝率(M)的測定

表3-7能量代謝測定記錄表

30根據(jù)例表3-7計算出的Ye值，按表3-8歸納，計算各單項操作(包括休息)平均能量代謝率(kcal/min·m2)，再將其納入表3-6中參加進一步計算。

表3-8單項操作平均能量代謝率統(tǒng)計率

31第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防一、疲勞及其產(chǎn)生機理二、疲勞的主要特征三、疲勞的分類四、引起疲勞的原因五、預防疲勞的措施32第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防一、疲勞及其產(chǎn)生機理疲勞是指在長時間連續(xù)或過度活動后引起的機體不適和工作績效下降的現(xiàn)象。無論是從事體力勞動，還是腦力勞動，都會產(chǎn)生疲勞。長時間或高強度的體力活動，使得體內(nèi)儲存的能量和潛能耗盡，導致身體內(nèi)部生物化學環(huán)境失調(diào)，使得確?；顒拥母鱾€系統(tǒng)工作失調(diào)，從而產(chǎn)生了疲勞。長時間的腦力活動，致使大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)從興奮轉(zhuǎn)為抑制狀態(tài)，導致思維活動遲緩，注意力不集中，動作反應遲鈍，從而出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。333.3.1作業(yè)疲勞二、疲勞的主要特征個別器官疲勞：計算機操作人員的肩肘痛、眼疲勞全身性疲勞:關(guān)節(jié)酸痛、困乏思睡、操作遲鈍、錯誤增多智力疲勞:頭昏腦脹、全身乏力、肌肉松弛、嗜睡或失眠技術(shù)性疲勞:體力和腦力并用的勞動，頭昏腦脹、腰腿疼痛心理性疲勞:單調(diào)的作業(yè)內(nèi)容引起的，如監(jiān)視儀表的工人34第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防疲勞是人們在日常生產(chǎn)及生活中常常體驗到的一種生理和心理現(xiàn)象，其主要特征可以表現(xiàn)在以下幾個方面：1．休息的欲望2．心理功能下降疲勞時人的各項心理功能下降，例如反應速度、注意力集中程度、判斷力程度都有相應的減弱，同時還會出現(xiàn)思維放緩、健忘、遲鈍等。3．生理功能下降4．作業(yè)姿勢異常在作業(yè)姿勢中，立姿最容易疲勞，其次是坐姿，臥姿最不容易疲勞。作業(yè)疲勞的姿勢特征主要有：（1）頭部前傾；（2）上身前屈；（3）脊柱彎曲；（4）低頭行走；（5）拖著腳步行走；（6）雙肩下垂；（7）姿勢變換次數(shù)增加，無法保持一定姿勢；（8）站立困難；（9）靠在椅背上坐著；（10）雙手托腮；（11）仰面而坐；（12）關(guān)節(jié)部位僵直或松弛。355．工作質(zhì)量下降疲勞會導致工作質(zhì)量和速度下降，差錯率增加，進而可能導致事故的發(fā)生，甚至造成人身傷亡與財產(chǎn)的損失?？傊?，疲勞會導致工作能力下降。許多事故就是在疲勞的情況下發(fā)生的。363.3.1作業(yè)疲勞三、疲勞的分類按疲勞的原因：生理性疲勞：新陳代謝平衡遭到破壞所致心理性疲勞：受大腦邊緣之感情形成中樞的影響所產(chǎn)生按疲勞產(chǎn)生的部位：精神疲勞、肌肉疲勞、神經(jīng)疲勞按疲勞的程度：一般疲勞：產(chǎn)生在機體的任何體力和心理勞累之后過度疲勞：連續(xù)和過長的工作中形成的重度疲勞：接近于病態(tài)，有造成創(chuàng)傷的危險性按時間長短分：急性疲勞、亞急性疲勞、慢性疲勞按作業(yè)方式分：動態(tài)作業(yè)疲勞、靜態(tài)作業(yè)疲勞37第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防根據(jù)疲勞發(fā)生的功能特點，可以將疲勞分為生理性疲勞和心理性疲勞。1．生理性疲勞生理性疲勞是指人由于長期持續(xù)活動使人體生理功能失調(diào)而引起的疲勞。生理性疲勞又可以分為肌肉疲勞、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞、感官疲勞等幾種不同的類型。

(1)肌肉疲勞:是指由于人體肌肉組織持久重復地收縮，能量減弱，從而使工作能力下降的現(xiàn)象。（2)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞:也被稱為腦力疲勞，是指人在活動中由于用腦過度，使大腦神經(jīng)活動處于抑制狀態(tài)的一種現(xiàn)象，是一種不愿意再作任何活動和懶惰的感覺，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞意味著肌體迫切需要休息。（3）感官疲勞:是指人的感覺器官由于長時間活動而導致機能暫時下降的現(xiàn)象。382．心理性疲勞心理性疲勞是指在活動過程中過度使用心理能力而使其他功能降低的現(xiàn)象，或者長期單調(diào)地進行重復簡單作業(yè)而產(chǎn)生的厭倦心理。39疲勞的規(guī)律青年作業(yè)人員作業(yè)中產(chǎn)生的疲勞比老年人小得多，且易恢復疲勞可以恢復疲勞有一定的積累效應人對疲勞也有一定的適應能力在生理周期中，發(fā)生疲勞的自我感受較重，相反在高潮期較輕環(huán)境因素直接影響疲勞的產(chǎn)生、加重和減輕。工作單調(diào)可以導致疲勞，尤其是現(xiàn)代作業(yè)線依附于流水作業(yè)。40第三節(jié)作業(yè)疲勞及其預防四、引起疲勞的原因人的生理、心理因素及管理方面的因素，都可能是造成疲勞的原因。具體而言，主要包括以下幾個方面的原因：①工作單調(diào)，簡單重復，如起重作業(yè)；②超過生理負荷的激烈動作和持久的體力或腦力勞動,如長時間不間斷的工作；③作業(yè)環(huán)境不良，如作業(yè)現(xiàn)場存在噪聲、粉塵、以及其他有毒有害物質(zhì)，作業(yè)場地骯臟雜亂，作業(yè)現(xiàn)場光線陰暗等等；④不良的精神因素，多由于家庭變化或社會諸多不良因素而導致；⑤肌體狀況不良以及長期勞逸安排不當，多由于個人因素或由于企業(yè)工作制度安排不合理而導致；⑥機器本身在設計制造時，沒有按人機工程學原理設計。41【案例】疲勞導致事故

某廠40噸沖床正在沖制零部件。由于任務比較緊張，沖床操作工王某已連續(xù)7天，每天從早晨上班一直干到晚上7時半下班。第7天時，她的體力已明顯下降，頭腦昏昏沉沉，手腳的協(xié)調(diào)性也比平時差了。但是，為了完成任務王某還是繼續(xù)上機操作。到了下午2時，她的操作節(jié)奏突然發(fā)生紊亂，安放工件的手還未離開，竟下意識地踏下了開關(guān)。沖頭迅速落下，將她的右手中指、無名指、小指壓在工件與沖床臺面之間，造成三指斷裂。工傷事故的發(fā)生是與疲勞密切相關(guān)的，因此管理者必須重視因疲勞而引起的傷害問題，采取積極、有效的消除疲勞的措施。42五、預防疲勞的措施

1．合理安排休息時間

(1)工間暫歇工間暫歇是指工作過程中短暫休息，例如操作中的暫時停頓。（2）工間休息在工作效率開始下降或在明顯下降之前，及時安排工間休息，則不僅大腦皮層細胞的生理機能得到恢復，而且體內(nèi)蓄積的氧債也會及時得到補償，因而有利于保持一定的工作效率。休息次數(shù)太少，對某些體力或心理負荷較大的作業(yè)來說，難以消除疲勞；而休息次數(shù)太多，會影響作業(yè)者對工作環(huán)境的適應性與中斷對工作的興趣，也會影響工作效率和造成工作中的分心。因此，工間休息必須根據(jù)作業(yè)的性質(zhì)和條件而定。一般重體力勞動可以采取安靜休息，也就是靜臥或靜坐。對局部體力勞動為主的作業(yè)，則應加強其對稱部位相應地活動，從而使原活動旺盛的區(qū)域受到抑制，處于休息狀態(tài)。作業(yè)較為緊張而費力的，可多做些放松性活動。一般輕、重體力勞動和腦力勞動，最好采取積極的休息方式，例如打羽毛球、做工間操等，這樣的效果相對較好。43（3）工余時間的休息工作后生理上或多或少會有一些疲勞，因此注意工余時間的休息同樣重要。要根據(jù)自身的具體情況適當合理地安排休息、學習和家務活動，而且應該適當?shù)匕才盼膴屎腕w育活動，例如郊游、攝影、培養(yǎng)盆栽等。當然，安靜和充足的睡眠更是非常必要的。44五、預防疲勞的措施

2．合理安排作業(yè)休息制度，適當調(diào)整輪班工作制度對于違反人體生物規(guī)律的輪班工作制度所帶來的疲勞，必須對輪班工作制度做出合理的調(diào)整，以更加符合人生理需要的要求，盡量減少兩者之間的沖突。

最好的方法，是將所采取的輪班工作制度徹底地消除，采取新的工作時間制度如彈性工作制度。

對于必須24小時不間斷工作的行業(yè)企業(yè)（例如鐵路，航空等）可以考慮采用以下幾種方法對輪班制度作適當?shù)恼{(diào)整。45（1）調(diào)整輪班工作制度的周期如將“三班三運轉(zhuǎn)制”（早、中、晚各班連續(xù)工作一周后輪班，每周休息一天）調(diào)整為“四班三運轉(zhuǎn)制”（二天白班，二天中班，二天夜班，二天空班）或“四六工作制”（每天四班倒，每班工作6小時，在工作時間輪班吃飯），好的輪班制對人體生物鐘的干擾進一步降低，有利于提高工作效率。（2）對輪班工作員工的休息給予充分的照顧例如對于上中班和夜班的員工，設置休息宿舍。盡量創(chuàng)造安靜和舒適的環(huán)境，使倒班工作的人員能夠得到及時良好的休息。關(guān)心輪班制員工的膳食營養(yǎng)問題，盡量保證輪班工作人員尤其是中、晚班工作人員能夠及時地吃飯，吃得合理而且有營養(yǎng)。使輪班工作人員的體能消耗得到及時的補充。46五、預防疲勞的措