人因工程学第2章人的因素

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§2－1体力劳动时的能量消耗一、能量的产生ATP+H2OADP++Pi29.3KJ/mol1.产能定义：2.产能途径：1）ATP—CP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（人体活动能量最大的和最主要的产能源）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的过程。CP+ADPATP氧化磷酸化磷酸肌酸激酶（CPK）ATP酶3）乳酸系列②产生的有限，由①补充，Cp有限当不够时，再通过③补充，这时出现假疲劳（产生乳酸）。当②产生的ATP=ATP1时①③停止，持续时间长出现真正疲。ATPATP1T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目ATP—CP系列乳酸系列需氧系列能量产生方式无氧代谢无氧代谢有氧代谢能源物质CP糖元糖元、脂肪、蛋白质供能速度很快快缓慢供能数量很少少大量对人体疲劳影响容易疲劳容易疲劳不易疲劳适用场合短暂剧烈活动短时（1-2min）强度大的活动长时间的耐力活动二、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2－3min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AB氧稳定状态A≠B氧上限氧需氧需氧上限氧上限状态作业休息休息时间ABBA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作业的氧消耗动态变化规律0213467895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：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＝MSt2）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。安静代谢率：用R表示R=1.2B安静代谢量＝RSt＝1.2BStRMR＝(能量代谢率－安静代谢率)/基础代谢率＝(M－1.2B)/B由上式得：M＝B（RMR＋1.2）总能耗＝B（RMR＋1.2）×体表面积×活动时间＝（RMR＋1.2）×基础代谢量练习：3.相对代谢率（RelativeMetabolicRate,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.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2-8M＝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RMR2）绝对指标：劳动强度指数I，能耗量，氧耗、心率等I=T×M×S×W×10工作日内净作业时间（min）工作日总工时（min）T（%）=×100=∑[各单项劳动占用时间(min)]工作日总工时（min）×10010：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/min•m2）S：性别系数，男性为1，女性为1.3W：体力劳动方式系数（搬=1，扛=0.40，推/拉=0.05）3.等级划分（1）I≤15一级劳动强度轻（2）I=15~20二级劳动强度中（3）I=20~25三级劳动强度重（4）I25四级劳动强度极重1）以RMR指标分级见表参阅表8-82）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为1.75KJ/(m2·min)，能量代谢率为599KJ/(m2·h)；若能量代谢率降到231KJ/(m2·h)时，试评价二者的劳动强度。解：RMR=(M-1.2B)/B=(599-1.2×105)/105=4.5RMR=(M-1.2B)/B=(231-1.2×105)/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§2－2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（DynamicStereotype）。二、心血管系统•心率1）作业时心率安静时心率+402）脉压脉压最大值的一半3）收缩压心率4）血糖浓度正常血糖浓度的一半•血压•呼吸判断能否继续作业的标志•血糖100mg/100ml50mg/100ml§2－3作业能力及其影响因素一、作业能力1.概念：指完成某作业，作业者所表现的生理、心理、技能的综合性素质。2.表达方式3.变化规律生产成果（产量、质量）=ƒ（作业能力，作业动机）劳动生产率时间终末激发①入门期（Inductionperiod）①②稳定期（steadyperiod）②③疲劳期（Fatigueperiod）③午休作业能力均值4.意义1）合理安排休息，不要在没进入疲劳期就安排休息；2）据作业能力变化规律作业速率变以延缓疲劳例如：入门期稳定期疲劳期Vtη安排工作V：V工作能力时，会加速作业者的疲劳，甚至影响身体健康。V工作能力时，达不到兴奋点，工作效率低，易出错。终末激发（TerminalTotivation）：快完成任务时，主观上为了赶任务或超额完成任务所激发的一种现象。终末激发所能维持的时间很短。二、影响作业能力的主要因素1.生理因素：年龄、性别、身才、健康状况等；2.环境因素：空气、噪声、照明、温度、湿度等；3.工作条件和性质：1）设备、工具2）劳动强度3）生产过程4.锻炼与熟练效应§2－4合理安排作业休息制度一、作业休息制度两个基本假设(德国学者E.A.米勒)：实验：RMR≤2.0电话接线员、描图员6h轻劳动、极轻劳动RMR≤3.6车工铣工80min中等强度劳动RMR≤5.0伐木工土建工20min重劳动循环劳动呼吸匹配（摄O2量=氧需）O2t↓大平衡中、小t↑为了保证人体健康和保证产品质量应合理安排作业休息制度例:德国二战实验证明：作业时间成等差级数增加时，恢复劳动所需的休息时间成等比级数增加。1）作业者可以连续工作480分钟，中间不休息的最大能量消耗界限是4kcal/min（16.75KJ/min），又称耐力水平；2）作业者体内的标准能量储备为24kcal（100.47KJ）。二、制度作业时间Tw＝T劳/T＝T劳/(T劳＋T休)＝1/(1＋Tr)设：作业时单位时间的能量消耗量为M；制度劳动时间为T，其中T劳为实际劳动时间，T休为休息时间.则：T＝T劳＋T休休息率：Tr＝T休/T劳实际劳动率：Tw＝T劳/T实际劳动时间是100.47kJ能量贮备的耗尽时间，所以：T劳＝100.47/（M－16.75）由于总的能量消耗满足平均能量消耗量不超过16.75kJ/min,所以：T劳×M＝（T劳＋T休）×16.75T休＝T劳×M/16.75－T劳＝[（M/16.75）－1]×T劳Tr＝T休/T劳＝(M/16.75)－1实际劳动率还受作业条件和操作时的心理因素的影响。在高温、强热辐射、噪声等恶劣生产环境下作业,还应适当增加休息时间;对神经紧张或单调的作业，为防止精神疲劳，也要适当增加休息时间。117.21100.4783.7266.9850.2333.4916.75480012345678910111213分kJ/分能量消耗水平与作业持续时间的关系练习已知某作业能量消耗量为31.75kJ/min，求作业与休息时间及实际劳动率。解：T劳＝100.47/（M－16.75）＝100.47/（31.75－16.75）＝6.7minTw＝T劳/（T劳＋T休）＝6.7/（6.7+6.0）＝52.75%从事该强度的作业，连续作业6.7min后，应安排6min工间休息时间，实际劳动率为52.75%。T休＝[（M/16.75）－1]×T劳＝[（31.75/16.75）－1]×6.7＝6.0min练习0.811.31.05VVRQ22OCO作业时的呼吸商为测定某作业的劳动强度等级，测得作业者在作业时的耗O2量为1.30L/min，CO2的产生量为1.05L/min，安静时的耗O2量为0.24L/min，CO2的产生量为0.19L/min。求该项作业的相对代谢率。0.790.240.19VV22OCO安静时的呼吸商查表,氧热价为20.15KJ/L34.504.2024.0)04.2024.015.2030.1(2.1)(2.12.1RRMRRMBRMRMR3.524.0)24.030.1(2.1基础耗氧量安静时耗氧量作业时耗氧量RMR查表,氧热价位20.04KJ/L解:或：练习某作业日作业制度时间为480min,要求净作业时间为450min.现测得作业者在作业时耗O2量为1.29L/min,CO2的排出量为1.045L/min;安静时的耗O2量为0.245L/min,CO2的排出量为0.194L/min.问：1）作业时增加的能量消耗率2）该作业的劳动时间安排是否合理。呼吸商与氧热价对照表解：作业时：RQ＝1.045/1.291＝0.81查表20.15KJ/lM＝1.291×20.15＝25.99KJ/min安静时：RQ＝0.194/0.245＝0.79查表20.04KJ/lR＝0.245×20.04＝4.91KJ/minM’＝25.99－4.91＝21.08KJ/minTr＝M/16.75－1＝0.55Tr＝T休/T劳＝T休/（T－T休）T休＝Tr×T/（1+Tr）≈170min170min30min不合适练习作业者平均体表面积为1.6521m2，基础代谢率为2.5KJ/(m2·min)，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，