第一节人体动作疲劳强度的适度考量【通用人机工程学】

(1)刺激的数目：数目越多反应越慢(表32)。
(2)刺激强度：随着刺激强度加大，反应时逐渐缩短，但到达一定的刺激强度以 后，反应时就基本稳定不再缩短了。
(3)刺激的对比度：对比越强反应时越短。 (4)刺激类型和受刺激的部位：触听视觉反应时短，味觉反应时长。触觉中脸、 手指反应时短，脚部反应时长（表33）。 (5)人的主体因素：影响反应时的人的主体因素，有先天的个体差异、当时的身 体状况和培训造成的差异等。先天性的个体差异指素质、性别、个性等方面，当
求
• 第三章 人体动作空间与人性 化设计
• 第一节人体动作疲劳强度的 适度考量
• 第二节人体动作空间环境的 标准考量
• 第四章 人机工程学的设计运 用
• 第一节室内空间设计 • 第二节家具陈设设计 • 第三节无障碍设计
第三章 人体动作空间与人性化设计
第一节人体动作疲劳强度的适度考量 第二节人体动作空间环境的标准考量
对干一些不得不采取立姿进行的作业，应使操作者可以自由变换体 位，避免长时间站立于一个位置；同时脚下应铺垫木板、橡胶板或 有弹性的垫子，也可穿有软垫的鞋子；还应安排操作者定时坐下来 作适当休息或安排做一些轻度的体育活动，以改善血液循环状况， 减少肌肉疲劳。 2．坐姿 作业时正确的坐姿应是身躯上部伸直稍向前倾10°～15 °，保持 眼睛到工作面的距离在300mm以上，大腿放平，小腿自然垂直着地 或稍向前伸展着地，使整个身体处于自然舒适状态。研究证明，当 直腰坐（身躯上部挺直坐）时，脊柱的变形较大，肌肉的负荷也大。 当放松坐（身躯上部稍弯曲）时，背部肌肉负荷小，有利于整个身 体的平衡，感觉比较舒适，但此时椎间盘的内压力会增大。由此可 见，肌肉与椎间盘对坐姿的要求是矛盾的。若在作业过程中，适当 变换直腰坐与放松坐两种坐姿，则既可通过改变椎间盘的内压力， 改善椎间盘的营养供应状况，又可使肌肉得以放松。
肢体发挥操纵力的大小，除了取决于上述人体肌肉的生理 特性外，还与用力的时间长短、采取的姿势、着力部位有关。 表30反映了人体各部分的肌力情况。
（一）坐姿手臂操纵力 下图为坐姿时手臂在不同方向的操纵力（中等体力男子，右 立者）（见图87、表31）。 图87 坐姿手臂操纵力的测试方位和指向 表31 中等体力的男子（右立者）
四、作业姿势 （一）作业姿势的类型 人在日常生活和生产中，一般有四大基本姿势，即立 姿、端坐姿、靠椅坐姿和卧姿。 （二）确定作业姿势的一般原则
不同的人体姿势所造成的肌肉负荷一般可由伴随肌
肉收缩所产生的生物电位的变化肌电图来显示。人机工 程学学者曾选择了人体的13种姿势，通过肌电图得出如 图所示的结果。图中பைடு நூலகம்立姿的肌肉活动量为100%，按 不同姿势所造成的相对于立姿的肌肉活动量的大小，依 次由左向右排列，从中反映了为维持不同姿势，人体有 关部位的肌肉进行等长收缩的紧张程度（表35）。
人机工程学概论
主讲：孙启新
目录
• 第一章 概论 • 第一节人机工程学的形成与发展 • 第二节人机工程学的基本概念与
研究范围 • 第三节人机工程学的学科特性与
相关学科
• 第二章 人体动作与行为因素 • 第一节人体与物体尺度的行为关
联 • 第二节人体与知觉心理的行为反
映 • 第三节人体与作业环境的行为需
下列情况宜采取立姿作业： (1)常用的控制界分布在较大区域，远远超出坐姿的最大可 及范围时。 (2)需要用较大肌力的作业，而坐姿不可能达到时。 (3)在没有容膝空间的机器旁作业，坐着反而不如站着舒适 时。 (4)需要频繁地坐、立的作业，因为频繁起坐所消耗的能量 比立姿的耗能量还大。
(5)单调的易引起心理性疲劳的作业。 持续较长时间的立姿作业会引起下肢肌肉酸痛，下肢肿胀。因此，
（一）静态肌肉施力举例 几乎所有的劳动中都包括不同程度的静态施力。 (1)工作时的前弯腰或侧弯腰。 (2)工作时手臂水平抬起（图92）。
(3)用手臂夹住物体。 (4 )只脚支撑体重，另一只 脚控制机器。
(5)长时间站立在一个位置上。 (6)传统键盘使手腕长时间处 在静态施力状态，而人机工 程学键改善了施力状况。
下列情况应采用坐姿作业： (1)持续时间长的静态作业。 (2)精密度高而又要求细致的作业。 (3)需要手足并用的作业。 (4)要求操作准确性高的作业。 由于坐姿心脏负担的静压力较立姿有所降低，肌肉承
受的体重负荷也较立姿小，故坐姿作业可以减轻劳动强 度，提高作业效率，优于立姿作业。但坐姿作业不易改 变体位，施力受限制，工作范围也受限制，且久坐易导 致脊柱变形。
三、动作的灵活性与准确性
（一）人体动作的灵活性 灵活性是指操作时的动作速度与频率。人体生物力学特性决
定了人体重量轻的部位较重的部位、短的部位较长的部位、肢 体末端较主干动作灵活。因此，在设计机器及操纵装置和工作 方式时，应充分考虑这些特点。 1．反应时和运动时 反应时指从刺激呈现到人开始作出外部反应的时间间隔，也称 为反应潜伏期。影响反应时的有人体主观因素和外界刺激客观 因素。
二、静态肌肉施力 人的肌肉施力分为动态和 静态两种。静态施力时， 收缩的肌肉长时间压迫血 管，阻止血液进入肌肉， 肌肉无法从血液中得到糖 和氧的补充，同时肌肉的 代谢废物不能迅速排出， 从而造成肌肉酸痛，引起 肌肉疲劳，影响作业的持 续时间。长期受静态施力 的影响，就会引发永久性 病症，如关节炎、腱膜炎 等，因此，当长时间的静 杰施力不可避免时，应考 虑中间安排活动（图91）。
(8)支撑肢体。人的每一肢体都 有重量，作业时，不但要支持 物体，而且还要支持自重，故 对举手之类的作业，应设计支 撑物（如近视距工作设计中应 有支撑物）。
(9)颈支撑着头，只要头部是 垂直向前稍有倾斜，颈部就不 会感到疲劳。阅读书写时的头 向前平均倾斜25。，书写时眼 到纸面275mm，阅读时325mm。 当头后仰15。时，颈部肌肉会 感到酸痛，同时也带来了另一 个问题——来自光源和窗的眩 光。在设计显示屏幕时，可设 计成稍微倾斜，以减少人的头 部后仰。
3．动作频率 每分钟或每秒钟动作重复的次数称为动作频率。它与操作方
式及动作部位有关。测试数搪见表34。 表34手足最大动作频率
（二）人体动作的准确性 动作的准确性可从动作形式、速度和力量三个方面 考察。这三方面配合恰当，动作才能与客观要求相符 合，才能准确。动作方向错误，动作量过大或过小， 都将产生不准确的动作。
时的身体状况指年龄、健康状况、疲劳状况、情绪、生理节律等状态，培训对反 应时的快慢影响更是明显。
2．动作速度 动作速度是指肢体在单位时间内移动的路程。动作方向、
轨迹决定动作速度。肢体运动速度变化很大，可从每秒几毫米 到800mm。在一般情况下，手臂动作速度平均为50～500mm/s。 经测定，动作速度有下列规律，可供设计时参考：
一般坐姿时，右 足最大瞬时用力 可达2570N，左 足可达2364N。 右足蹬力大于左 足；男性蹬力大 于女性。
（四）坐姿时足的蹬力 足的蹬力大小与人体姿势、足的位置方向有关。若坐姿有靠背支
撑时可产生最大的蹬力。下图为不同体位的足蹬力。与垂线成70。 角方向的蹬力最大，此时大腿略向上抬，大小腿夹角140。～150。。 从俯视角度看，腿蹬方向偏离正前方15。以上时，蹬力大幅减小， 操作灵敏度也会明显降低（图90）。
劳主要是指长期从事紧张的脑力劳动所引起的头昏脑涨、全身 乏力、嗜睡或失眠等，常与心理因素有联系。技术性疲劳常见 于体力脑力并用的蒡动和神经相当紧张的作业，如驾驶飞机、 汽车、拖拉机，收发电报、操纵半自动化生产设备等。单调的 作业内容很容易引起心理性疲劳，例如监视仪表的人员，表面 上坐在那里“悠闲”自在，实际上并不轻松。信号率越低越易 产生疲劳，使警觉性下降。这时体力并不疲劳，而是大脑皮层 的一个部位经常兴奋引起的抑制。
（二）立姿手臂操纵力 立姿直臂时手臂操纵力的一 项实验结果见图88。
（三）握力
男子优势手的握力约
为自身体重的47%— 58%，女子约为自身体 重的40%～48%。所有 肌力均随施力持续时间
加长而逐渐减小。例如 某些肌力持续到4分钟 时，就会衰减到1／4左 右，肌力衰减到1／2所 持续时间，对多数人是 基本相同的（图89）。
(5)作业面的高度应按工作性质耒设计，一般观察需要的距离越近， 工作面应越高。
(6)常用工具应放在人的附近，最频繁的动作，应在肘关节弯曲时 就可完成。
(7)当手不得不放在高位置工作时，应使用支承物托住肘关节前臂， 手的支撑物表面应为毛布或其他较柔软而不发凉的材料，且最好可 调节以适应更多的人（图94）。
(3)作业过程中，应使操作者能自由地变换多种体位，尽可能地使操作者身体 处于舒适状态。当强制保持盼姿势无法避免时，应设置适当的支撑物。
(4)确定作业姿势应与肌力的使用以及作业动作相联系，三者应相互协调。
（三）作业中常用的姿势 1.立姿 正确的立姿是身体各个部分，如头、颈、胸、腹等均垂直于
水平面，且身体保持平衡和稳定。此时，人体的重量主要由 骨骼承担，肌肉和韧带的负荷最小，人体内各系统如呼吸、 消化、血液循环等活动的机械阻力最小。舒适的立姿是身体 自然直立或躯干稍向前倾15。左右。
人体躯干及肢体在水平面的运动比垂直面的运动速度快； 从上往下较从下往上运动速度快； 水平方向的前后运动较左右方向运动快，旋转运动比直线运 动灵活； 顺时针方向操作动作比逆时针方向操作要快，且符合动作习 惯； 向身体方向的运动较离开身体方向运动要快，但后者准确性 高； 一般人右手较左手快，同时右手向右较向左运动快； 动作速度与受力物的质量成反比。
3．坐---立姿 坐一立姿是指在作业过程中既可以坐也可以站立，坐、立交
替，但以坐姿为主。坐着可以解除站立所引起的下肢肌肉酸痛 感，而站立叉可放松坐着引起的腰部肌肉紧张，所以坐、立交 替可以消除不同部位的肌肉负荷（图95）。
五、疲劳研究
疲劳是一种人体的生理状态。在作业过程中，作业 者产生作业机能衰退、作业能力下降，有时还伴有疲倦 感等主观症状的现象，就叫作业疲劳。过度的作业疲劳 不仅导致作业能力下降、劳动质量降低、大脑与动作迟 钝、反应能力降低，而且易增加事故发生率，甚至造成 人身与财产损失。作业疲劳是一系列复杂现象的综合体， 既有人的生理和心理因素，又有生产设备的因素，还受 环境和社会因素的影响。因此，对疲劳问题的探讨也是 人机工程设计的一个重要课题。