作业姿势与动作设计

上肢失调 ➢上肢系统及其姿势 人体的上肢系统主要包括：肩、大 臂、小臂、腕、手和 骨、肌肉、腱、 韧带、神经。 ➢失调的生物力学危险因素 重复和持续的施力 不舒服的姿势 很大强度的施力
图 上肢骨的分布图
➢骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配 合完成特定的作业。
4、简化
① 使用最低级次的工作。 ② 减少每一动作的复杂性。 ③ 使用最简单的动素组合来完成动作。 ④ 缩短动作距离。 ⑤ 使手柄、操纵杆、脚踏板的按钮都在手脚可及之处。
6.3作业姿势的设计要点 作业动作的类型
动作 有意识动作：受大脑皮层基本运动区指挥，目的性强； 分类 下意识动作：不受基本运动区指挥，只受本能和习惯指使；
2、合并
① 把必须突然改变方向的各种小动作，结合成一个连续的曲线动作。 ② 合并各种工具，使它称为多用途的工具。 ③ 合并可能的作业。 ④ 合并可能同时进行的动作。
3、重排
① 使工作平均分配于两手，两手的同时动作最好呈对称性。 ② 作业组作业时，应把工作平均分配给各成员。 ③ 将取消、合并之后的工序，重新排成清晰的直线顺序。
动作重构的原则
1、取消
① 取消所有可能取消的作业、步骤和动作（包括身体、足、手臂或眼的动 作）。
② 取消工作中的不规律性，使动作称为自发性，并将各种物品固定放置在 操作者前面临近处。
③ 取消不方便或不正常的动作。 ④ 取消必须使用肌力才能维持的姿势。 ⑤ 取消必须使用肌力的工作，而以运输工具取代之。 ⑥ 取消危险的工作。 ⑦ 取消所有不必要的闲置时间。
➢发病部位主要以腰背部、肩颈、手臂为主 ➢常见症状：下背痛、颈肩疾患、腰椎间盘突出、腕隧道症候群、腱鞘炎
MSDs的危害及研究意义
➢严重影响工作，威胁劳动者健康，生产率下降 ➢在职业性疾病的发生中居第二位 ➢经济发达国家政府和卫生研究机构的普遍关注 ➢世界卫生组织(WHO)鼓励国内、国际间的研究工作 ➢研究和预防MSDs，提高生活质量和工作效率，具有重大的社会意义
静态力量和疲劳
➢当工作负荷为最大肌力的8－10％时，可以长时 间工作，但以最大肌力工作时，只能持续很短的 时间； ➢施力大小和工作可以持续时间的关系为：
t k (F f )n
t是最长工作时间，F是相对肌力大小(％)，f是工人可以 长时间工作时的临界肌力（％）。k，n是常数
➢间断静态工作的最长工作时间t：
t
(F
k
f
)np
其中p指的是静态施力时间占总工作时间的比例。
图 施力大小与持续时间的关系
肌肉骨骼失调分类 颈部失调 上肢失调 腰背失调 下肢失调
颈部失调 颈部的主要功能是支持和运动头部，起作用的是颈肩部软组织 失调的症状：颈椎肌肉损伤、颈肩部疼痛、沉重及功能受限等
➢工作中的姿势 每天低头工作的区域，特别是办公室的文职人员 劳动密集型企业的工人，如缝纫工、电子厂流水线作业员 ➢操作的重复性 颈椎周期性地完成某一个动作，如左右扭转、抬头低头等 肩膀或胳膊的重复运动施加给颈椎的力量
主要的原则：
① 双手动作应同时而对称。 ② 人体的工作应以尽量应用最低级而能得到满意的结果为妥。 ③ 尽可能利用物体的动能，曲线运动较方向突变的直线运动为佳，弹道式运动较
受控制的运动为佳，动作尽可能使之有轻松的节奏。 ④ 工具、物料应置于固定场所即操作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。 ⑤ 零件、物料应尽可能利用其重量坠送至操作者前面近处。
3、设计工具和设备的原则
•应尽量使用钻模、夹具或脚操纵的装置，将手从所有的夹持工件的工作中解放 出来，做其他更重要的工作；
•尽可能使两种或多种工具组合为一种； •应用手指操作时，必须按各手指的自然能力分配负荷； •工具中各种手柄的设计，应尽量增大与手的接触面，便于施加较大的力； •机器设备上的各种杠杆、手轮和摇把等的位置，应保证操作者尽量不改变或极 少改变身体位置（粗大费力的操作除外），并应最大限度地利用机械力。
肌肉骨骼失调
MSDs （Musculoskeletal Disorders）是一类常见的职业性疾病。 工作中的不良体位和姿势、不正确工作方法、长期反复动作、不良的 物理环境，造成慢性累积性疲劳和损伤。
MSDs的定义——人体肌肉骨骼组织的疾病，包括肌肉、神经、腱、
韧带、关节、软骨、血管以及椎间盘等的伤害和失调，这些伤害往往
2. 立姿作业与坐姿作业的分析 立姿操作
•须经常改变体位的操作，因为站着比频繁的起坐动作消耗能量少； •常用的控制器分布在较大的区域，需要手足有较大幅度活动者； •在没有容膝空间的机器旁工作； •需要用力较大的作业，在站立时易于用力； •单调的作业易引起心理性疲劳，立位时可以适当走动，有助于维持工 作能力。
分类 第一 类
第二 类
第三 类
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14
15 16 17 18
名称
代号
伸手
RE
抓握
G
移物
TL
装配
A
使用
U
拆卸
Байду номын сангаасDA
放开
RL
检查
I
寻找
SH
选择
ST
计划
PN
对准
P
预置
PP
发现
F
拿住
H
休息
R
不可避免的延迟 UD
可以避免的延迟 AD
说明
接近或离开目的物的动作 握取目的物的动作 保持目的物从一处移到另一位置的动作 使两个以上目的物相结合的动作 借器具或设备改变目的物的动作 将一物分解为两个以上目的物的动作 放下目的物的动作 将目的物与规定标准进行比较的动作
MSDs的生理物理原理
肌肉、骨骼及相关组织的结构和工作原理 肌肉、肌肉纤维、骨骼三个部分共同作用人体活动 人体肌肉施力 分为静态施力和动态施力 推—拉力量极限 工人不受伤害情况下的最大力量支出 静态力量和疲劳
肌肉施力——扭力的三种不同姿势 ➢身体直力，双手扭转。扭转长的把手时，男子的扭力为381±127牛顿； 女子的扭力为200±78牛顿； ➢身体屈曲，双手扭转。男子的扭力为544±244牛顿；女子的扭力为 267±138牛顿； ➢弯腰操作。男子的扭力为943±335牛顿；女子的扭力为416±196牛 顿
2、布置工作地点的原则
•应给以固定的工作地点，提供全部工具和材料； •工具和材料应放在固定地点，以减少寻找所造成的人力和时间的消费； •工具、物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围内，并尽可能靠近操作者， 但应避免放在操作者的正前方，使操作者手的移动距离越小和移动次数越少越好； •应利用重力进给、料箱和容器传送物料，并尽可能送到靠近使用的地方； •工具和材料应按最佳动作顺序排列布置； •应尽量利用下滑运动传送物料，以避免操作者用手处理； •应提供充足的照明。提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台 与座椅的高度应使操作者可以变换操作姿势，可以坐、立交替。 •工作地点的环境色应与工作对象的颜色有一定的对比，以减少眼睛的疲劳。
人体不同姿势的施力 肌力； 作业姿势，见图7-4，表7-2，7-3。
人体不同姿势的能耗 不同姿势的相对氧耗量，见图7-5。 不同作业姿势的绝对能耗，从1.6-16.2kcal/min见图 7-6。 人体肌肉活动度增加，人体能耗相应增大，见图7-7。
6.2作业姿势的设计原则
作业姿势的选择
1. 确定作业姿势的因素 工作空间的大小与照明条件； 体力负荷的大小及用力方向； 工作场所各物体（仪器、工具、加工物件等）的安放位置； 工作台面的高度，有无合适的容膝空间； 操作时起、坐的频率； 应尽量避免一些不良体位，如静止不动；长期或反复弯腰，弯度超 过15°；弯腰并伴有躯干扭曲或半坐位；经常或反复让一侧下肢承担体 重；长期的两手前伸。
人机工程学
航空学院 栾义春 2011年10月28日
篇章总汇
总论 第1章 人机工程学概论
应用篇 第5章 人机系统 第6章 工作研究（肌肉骨骼失 调及预防） 第7章 作业空间设计 第8章 人与环境的界面设计
基础篇 第2章 人体生理特征 第3章 人体测量与数据应用 第4章 人的心理认知特征
扩展篇 第9章 人因安全 第10章 可用性 第11章 脑力负荷
动作经济与效率法则
动作经济原则又称动作经济与效率法则，是一种为保证动作经济 而又有效的经验性法则。 吉尔布雷斯提出，巴恩斯改进，三大类，22条。 以人的生理、心理特点为基础，以减轻人在操作过程中的疲劳为 目的而建立的。
1、利用人体的原则
•双手应同时开始，并同时完成动作； •除休息时间外，双手不应同时闲着； •双臂的动作应对称，方向应相反，并同时进行； •双手和身体的动作应利用最低等级，以减少不必要的体力消耗； •应当利用力矩协助操作，当一旦必须用力克服力矩时，则应将其降至最低限度； •在动作过程中，使用流畅而连续的曲线运动，这比用方向突然发生急剧变化的直 线运动为佳； •抛物线运动比受约束或受控制的运动更快、更容易、更精确； •动作既要从容、自然、有节奏和有规律，又要避免单调，以免产生“餍足”的心 理状态； •作业时眼睛的活动应处于舒适的视觉范围内，避免经常改变视距。
6.1 作业姿势与人体机能 6.2 作业姿势的设计原则 6.3 作业姿势的设计要点 6.4 作业姿势设计辅助手段
6.1作业姿势与人体机能
作业姿势与人体机能的关系
（1）与视觉的关系 最容易看见东西的眼睛高度和离眼睛的距离。
（2）与循环的关系 在远离心脏部位的身体上部或下部的地方，由于重力的缘故，血液流 动变得恶化。因而必须尽可能避免手的操作点过高的姿势或妨碍血液 循环的姿势。
（3）与手、上下肢、上半身等运动关系 考虑作业点的位置即作业姿势时，运动肢体的中心点高度和运动部分 的可动范围是很重要的。
（4）与身体重心的关系，见图7-1。
人的肢体活动范围
在设计中，为了保证系统的高效率，一般要求各种操纵器都处在人 体躯干不活动时手足所能及的范围之内；见图7-2。
为了保证操作者的舒适和不易疲劳，必须保证人的操作活动处于人 体各部位活动舒适姿势的调节范围内。见表7-1（与表3-5相同），图 7-3。
是长期累积而导致的，而并不是由滑倒、跌倒、坠落以及类似的一些
事故所造成的。
——美国职业安全与卫生管理局（OSHA）
类似的一些研究说法
Cumulative Trauma Disorders（CTDs）累积性损伤
Work-related Disorders
职业性损伤
表现为软组织、肌腱的损伤；关节肿痛、肌肉酸痛
为确定目的物的位置而进行的动作 为选地目的物的动作 为考虑作业方法而延迟的动作 为便于使用目的物而校正位置的动作 调整对象物使之与某一轴线或方向相适合 寻找到目的物时的动作状态
保持目的物的状态 不含有用动作而以休息为目的的动作 不含有用动作而作业者本身所不能控制的延迟 不含有用动作而作业者本身可以控制的延迟
立姿作业注意点：脚下有垫子；经常改变体位；避免不自然的体位； 立姿缺点：不易进行精确而细致的工作；不易转换操纵；维持体重， 更容易疲劳；全身负担重，易引起下肢静脉曲张。
坐姿操作 •持续时间较长； •精确而细致； •手足并用。 •坐姿缺点：不易改变体位；施力受到限制；工作范围有局限性； 易引起脊柱弯曲等职业损伤。
动作分析方法 ➢ 目视动作分析 ➢ 动素分析 ➢ 摄影动作分析
动素分析
➢ 将作业动作细分为各种微观的基本动作要素，即18个动素，然后加以记录、 分析和改进。
➢ 选择符合条件的作业人员，对其作业过程进行连续观测，记录左右手和身体 其他部分的动作，对记录结果进行汇总和分析，最后提出改进意见。
➢ 一般借助动素图进行记录，以动作经济原则为依据进行分析和改进。
肌肉骨骼失调的原因 ➢受力：必要条件 挤压使软组织、肌肉或关节的运动无法保持在舒适的状态 ➢重复：更多的肌肉施力 肌肉收缩得更快、更频繁，引起组织的紧张 ➢姿势：重要原因 作业姿势决定关节的位置 避免超负荷、操作关节不平衡、静态施力 ➢休息：疲劳会增加软组织损伤的可能性 充分的休息可以使肌肉恢复自然状态
⑥ 应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作 台与座椅式样及高度应使操作者保持良好的姿势，坐立都感觉舒适。
⑦ 尽量解除手的工作，而以夹具或脚踏工具代替。 ⑧ 尽可能使两种或多种工具组合为一种。 ⑨ 用手指分别工作时，各指负荷应按其本能予以分配。手柄的设计，应尽量与
手的接触面大；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。 ⑩ 工具及物料尽可能事前定位。