人机工程学第5章 人的作业能力与疲劳
安全人机工程学概述及其研究方法
系统科学体系可划分为如下几个层次与内 涵： 系统学或一般系统论
系统理论中的各专门学科 系统方法论
系统方法论的运用
系统理论中的 各专门学科
主要包括
运筹学
控制论信息论
耗散结构论
协同学
超循环理论
任何一个有目的系统必然包含着控制，而控制要依赖于信息 的传输、交换与反馈，因此系统、信息、控制这三者相互渗 透、相互交叉、相互促进。
安全人机工程学
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目录
第1章 安全人机工程学概述及其研究
0 1 方法 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
第3章 人机系统中人的基本特性与热
0 3 感觉 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
第5章 人的自然倾向与人的可靠性概
05 论 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
05 人－环关系的研究；
机的特性研究； 02
06 机－环关系的研究；
研究内容
环境的特性研究； 03 人－机关系的研究； 04
07 人－机－环境系统 总体性能的
08
研究。
人－机－环境 系统工程研究 范畴的示意图
人－机－环境 系统工程研究
的 基本核心问题
控制论
三 个
模型论
理 论
优化论
方案决策
研制生产
02 安全科学要体现科学性、理论性
安全科学既要体现它的交叉性，又要体
03 现研究对象的全面性
01 安全科学的基础理论（例如事故致因理论、 灾变理论、灾害物理学、灾害化学等）
安全科学研究 的内容
02 安全科学的应用理论（例如安全人机学， 安全心理学、安全法学、安全经济学等）
人机工程学-减少作业疲劳课件
作业疲劳的定义与ห้องสมุดไป่ตู้害
作业疲劳是指长时间从事某种 作业导致的身体和心理疲劳
症状包括肌肉疲劳、反应迟钝、 注意力不集中等
危害包括工作效率下降、事故 风险增加、员工健康问题等
课件目的与意义
目的
提供减少作业疲劳的理论和实践 方法，帮助员工提高工作效率和 身心健康
意义
促进企业生产效率提升，降低事 故率，提高员工满意度和忠诚度
根据员工身高和坐姿习惯，提供可调节高度的办公桌和椅子，避免 长时间保持同一姿势造成的疲劳。
合适的屏幕高度和角度
调整电脑屏幕的高度和角度，使员工在观看屏幕时保持舒适的姿势， 减少颈部和眼睛的疲劳。
生产线设备布局优化
合理安排设备间距
根据作业需求和员工操作习惯，合理安排生产线设备的间 距，减少员工在操作过程中需要移动的距离，降低体力消 耗。
教育行业
改进教室桌椅设计，提供符合学生身体发育特点 的桌椅，减少学生因长时间保持不良坐姿而产生 的疲劳。
军事领域
在武器装备和作战服装设计中应用人机工程学原 理，提高士兵的作战效能和舒适度，减轻作战过 程中的疲劳感。
05 效果评估与持续改进
效果评估方法介绍
主观评估法
通过调查问卷、访谈等方式收集操作者对作业疲劳的主观感受， 了解疲劳程度和影响因素。
跨学科合作与综合
应用
人机工程学将与医学、心理学、 社会学等多学科进行更紧密的合 作，共同研究减少作业疲劳的综 合解决方案。
对个人和社会的意义
提高工作效率和生产力
通过减少作业疲劳，可以提高个人的工作效 率和生产力，进而促进整个社会的经济发展 。
改善工作条件和生活质量
优化工作环境和工具设备可以减少工作对身体的负 面影响，改善工作条件，提高生活质量。
《人机工程学》第5章人的作业能力与疲劳
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《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
3. 活动代谢 活动代谢亦称劳动代谢、 作业代谢或工作代谢。 它是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。 体 力劳动是使能量代谢量亢进的最主要的原因。 因为在 实际活动中所测得的能量代谢率(用AR表示)， 不仅包 括活动代谢率， 也包括基础代谢率与安静代谢率， 所 以活动代谢率(用MR表示)应为
三种产能过程可概括于图5 - 1中， 其一般特性列 于表5 - 1。
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《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
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•图5 - 1 肌肉活动时能量的来源示意图
《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
• 表5 - 1 三种产能过程的一般特性
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《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
在肝、 肾内部又合成为糖原。 在食物营养充足地合理
条件下， 经过休息， 可以较快的合成为糖原。
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《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
虽然糖酸解时1g分子葡萄糖只能合成2g分子ATP， 但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快32倍， 所以是 高速提供能量的重要途径。 乳酸系列需耗用大量葡萄 糖才能合成少量的ATP， 在体内糖原含量有限的条件 下， 这种产能方式不经济。 此外， 目前还认为乳酸是 一种致疲劳性物质， 所以乳酸系列提供能量的过程不 可能持续较长时间。
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《人机工程学》第5章人的作业能力 与疲劳
3. 乳酸系列
在大强度劳动时， 能量需求速度较快， 相应ATP 的分解也必须加快， 但受到供氧能力的限制。 此时，
则靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量， 故称为乳
酸系列：
安全人机工程学课件：人体作业疲劳
四、作业疲劳的积累 按照疲劳的积累状况，工作过程一般分为四个阶段：
工作适 应期
最佳工 作期
疲劳期
疲劳过度 积累期
四、作业疲劳的积累
工作适 应期
最佳工 作期
疲劳期
疲劳过度 积累期
工作开始时，由于神经调节系统的“一时性协调功能”尚未完全恢复 和建立，造成呼吸循环器官及四肢的调节迟缓，人体的工作能力没有 完全被激发出来，处于克服人体惰性的状态，这时不会产生疲劳。
四、作业疲劳的积累
工作适 应期
最佳工 作期
疲劳期
疲劳过度 积累期
疲劳产生后，应采取相应的措施减轻疲劳；否则由于疲劳的过度积累， 会导致人体暂时丧失工作能力，严重时容易引起作业者的身心损伤。
四、作业疲劳的积累
疲劳的积累过程可用“容器”模式来说明。操作者的疲劳受很多因素影响， 最典型的是以下五个方面。
四、作业疲劳的积累
工作适 应期
最佳工 作期
疲劳期
疲劳过度 积累期
人体逐渐适应工作条件，人体活动效率达到最佳状态并能持续较长时 间。只要工作强度不太高，这一阶段不会产生疲劳。
四、作业疲劳的积累
工作适 应期
最佳工 作期
疲劳期
疲劳过度 积累期
持续较长时间工作，伴随疲劳感增强，导致个体工作效率下降，出现 了工作兴奋性降低等待征。这一阶段中，疲劳将不断积累。进入这一 阶段的时间依据劳动强度和环境条件而有很大差别。
恢复
• 工作节奏：单调、重复、枯燥等
疲
• 环境条件：照明、气候、噪声、温度等
• 生理心理：工作强度、工作持续时间等
劳
• 身体素质：力量、耐力、健康状况等
• 营养、睡眠等
《安Hale Waihona Puke 人机工程》《安全人机工程》
第6章人的作业能力与疲劳 ppt课件
作业时人体所需的氧量取决于劳动强度大小，劳动强度
越大，需要氧量也越多。因此，以体力为主的作业，可
以利用人在作业中的耗氧量计算作业时耗能量（氧需能否得到满足主
要取决于循环系统和呼吸系统的功能） 。
氧上限：血液在单位时间内所能供应的最大氧量
（成年人的氧上限一般不超过3L/min，有锻炼者可达到
4L/min） 。
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（1）氧债及其补偿
氧债：氧需和供氧量之差（如图）。
氧
氧
需
需
小
超
于
过
氧
氧
上
上
限
限
b) a)
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（2）静态作业的氧需
静态作业的特征是能量消耗水平不高，但容易发生
疲劳。即使劳动强度很大，氧需也达不到氧上限，通
常每分钟不超过1L。但在作业停止后数分钟内，氧耗
不像动态作业那样迅速降低，而是先升高，然后再逐
和全身疲劳。根据活动时间长短和活动强度的高
低，可分为短时间剧烈活动后产生的疲劳和长时
间中等强度作业后产生的疲劳，后一种疲劳在人
机系统中比较普遍。 PPT课件
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二、疲劳的产生与积累
体力疲劳是随工作过程的推进逐渐产生和发 展的。按照疲劳的积累状况，工作过程一般分为 四个阶段：
（1）工作适应期。 （2）最佳工作期。 （3）疲劳期。 （4）疲劳过度积累期。
一般来说，右脚脚力大于左脚；男性脚力 大于女性脚力。脚力控制器的操纵力最大不应超 过264N。否则易疲劳。右脚使用力的大小、速度 和准确性都优于左脚。
操作频繁的作业应考虑双脚交叉作业。
PPT课件
8
PPT课件
9
人机工程学第5章 人的作业能力与疲劳
（d） 跪姿(130%～140%)； (e) 弯腰(150%～１６0％)
第5章 人的作业能力与疲劳
5.1.4 能量代谢的测定 能量代谢的测定方法有两种， 直接法和间接法。
直接法是通过热量计测定在绝热室内流过人体周围的 冷却水升温情况， 换算成能量代谢率； 间接法是通过 测定人体消耗的氧量， 再乘以氧热价求出能量代谢率。
第5章 人的作业能力与疲劳
第5章 人的作业能力与疲劳
5.1 人体作业时的能量代谢 5.2 作业时人体的调节与适应 5.3 体力劳动强度分级 5.4 作业能力的动态分析 5.5 作业疲劳及其测定 5.6 提高作业能力与降低疲劳的措施
第5章 人的作业能力与疲劳
5.1 人体作业时的能量代谢
5.1.1 人体能量的产生机理 由于骨骼肌约占人体重的40%， 故体力劳动的能
第5章 人的作业能力与疲劳
既然通过作业时消耗的O2量和产生的CO2量可以 换算能量消耗， 相对代谢率也可以通过测定作业者在 作业时、 安静时消耗的O2量和产生的CO2的比值， 计 算作业者在安静时和作业时各自的O2消耗量， 然后乘 以每消耗1L O2所产生的热量(氧热价)， 分别折算成作 业时和安静时的能量消耗。
各种不同姿势的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。
第5章 人的作业能力与疲劳
图5 - 4 (a) 单肩双包(100%)； (b) 头顶(103%)； (C) 双肩背(109%) (d) 前额挂背(115%)； (e) 斜挎(123%)； (f) 挑担(129%)； (g) 双手提(144%)
第5章 人的作业能力与疲劳
动强度和作业时间。 劳动强度越大， 持续时间越长， 需氧量也越多。
人机工程学第五章人的可靠性与安全生产
• ⑴ 人没有实现某一个必要的功能任务 • ⑵ 实现了某一不应该实现的任务 • ⑶ 对某一任务作出了不适当的决策 • ⑷ 对某一意外事故的反应迟钝 • ⑸ 没有察觉到某一危险情况
西安工程大学
人机工程学
第二节 人为失误与安全事故
• 二、事故的主要原因
西安工程大学
人机工程学
第三节 人体生理节律分析
• 三、PSI周期节律
• 德国医生佛里斯和奥地利心理学家瓦波达经过长期临床观察， 提出了体力(Physical)强弱周期为23天，情绪(Sensitive)好坏 周期为28天。 奥地利泰尔其尔教授在研究智商的基础上，发 现智力(intellectual)高低周期为33天。
• 其后，科学家经过研究进一步提出，每个人自出生之日起直 至生命终结，都存在着以23、28、33天为周期的体力、情绪 和智力的盛衰循环性变化规律。这一变化规律按照高潮期— 临界日—低潮期的顺序周而复始，人们把这三位科学家发现 的三个生物节奏总结为“人体生物三节律”，因为这三个节 律象钟表一样循环往复，又被人们称作“人体生物钟”，外 国人叫做“PSI周期”。
道路交通 石油化工
57%完全由人因引起，90%包含人因的贡 献
60%以上
Human
Error
in
Road
Accidents.Green M.,John W.Senders
日本，1991
核电 矿山
60%以上 85％
Hollnagel E.CREAM.2-3.Elsevier Science Ltd.1998
• ⑵ 等级Ⅰ状态
• 大脑活动水平低下，反应迟钝，易于发生人为失误或 差错，可靠度在0.9以下。
安全人机工程学-作业疲劳及测定课件
作业疲劳是作业研究的一个重要内容，因而也是
人机学及工效学的主要研究内容，本节主要讨论作业 疲劳的类型、疲劳的规律、疲劳产生的原因、疲劳的 动力理论、疲劳测定等内容。
一、作业疲劳
作业能力出现明显下降称为疲劳。作业疲劳是人
体生理的一种正常现象，可以起到提醒机体过度劳累
的预警作用。从正常作业状态
量。每个人都在不自觉地根据自己的需要层次和动机 的强弱水平对这个总能量系统进行合理的分配，分配 到工作、生活、学习、娱乐等不同的活动中。动机强， 需要层次高的活动分配的能量比例高，分配的能量值 多。不同的人，由于个体差异，分配也各不相同。而 同一个人在不同的时间、不同的地点、以及不同的环 境，由于动机需要的变化，也会对总能量作出不同的 分配。
3.疲劳产生的原因
（1）工作条件方面的原因
①劳动制度与劳动组织不合理。 如：工作时间过长，劳动强度过大，速度过快，工作单调等。 ②机器设备、工具条件差 当显示装置和控制装置不符合人的生理及心理特性时，特别容易导 致工作疲劳。 ③工作环境差 温湿度、通风、照明、噪声、振动、空气污染等。
（2）作业者自身因素方面
多是从事单调作业内容而引起的。有单调感的工人其工 作 效率在接近下班时反而有所上升。
2.疲劳现象的某些规律
（1）老年人较年轻人易疲劳，这是人体生理上的特点所引起的。
（2）疲劳可以恢复。①年轻人恢复得快；②体力上的疲劳比精 神上的恢复得快；③心理疲劳往往与心理状态同步存在，同 步消失；
（3）疲劳的积累效应。
例如：工人工作8小时后，普遍感到非常疲劳，这 时叫他继续加班，他会感到无法适应。而如果有人建 议下班后去踢一场球，许多人会满口答应，他们会照 样精力旺盛地活跃在球场上。这就是因为肢体储存的 其他能量发挥了作用，这个例子说明，劳动者的基本 能量并没有在工作中耗尽，之所以感到疲劳只是把分 配给工作部分的特定能量消耗尽了的缘故，下面是疲 劳动机理论的示意图：
人机工程学试题和答案
《人机工程学》试题和答案一、填空题1．人因工程学有两个主要目标：第一是为了提高活动和工作效率；第二是为了满足生活水平和生命价值。
2．人因工程学的研究方法有测量法、个体测试法、询问法、实验法三类。
3．人的神经组织主要是由和组成。
4．人对20 Hz～20000 Hz频率范围内的声音较为敏感。
频率越高，音调越低。
5．人耳由外耳、中耳和内耳三部分组成。
6．皮肤有三种感觉系统：一是触觉感受器；二是温度感受器；三是痛觉感受器。
7．平衡感觉器位于内耳的前庭器官——和中。
8．人体的运动系统是由、和三部分组成。
9．坐眼高是指到的距离。
10．高温对人的生理影响主要有体温调节、水盐代谢和循环系统。
11．人的身体与环境间热交换的方式有、、和4种。
12．能量代谢分为基础代谢量、安静代谢量和能量代谢量三种。
13．常规有效温度（ET）表示人在不同的、和的作用下产生的主观冷暖感受指标。
14．控制器按操纵的身体部位不同，可分为手控制器、脚控制器和膝控制器三类。
15．人机系统中，人的基本界限包括、、和。
16．视觉显示器的设计必须保证3项基本要求：①、②、③。
17．作业空间根据其大小及特点的不同，可分为、和三类。
18．控制器和显示器的布置应遵循的原则有、、和。
19．人体测量的基本姿势可分为：_立姿__、_坐姿__。
20．通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为__矢状面_。
21．在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中__正中矢状面_。
22．通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为___冠状面_。
23．与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为_水平面__。
24．通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为_眼耳平面_或_法兰克福。
25. 空气的_冷热程度__叫做气温。
26. 空气的_干湿程度__叫做湿度。
27. 我国法定温标采用摄氏温标__。
28. 生产环境的湿度常用__________表示。
29．高气湿是指_相对湿度高于70％___。
人因工程学-第二章 人的作业能力与疲劳-精选
第二章 人的作业能力和疲劳
疲劳的定义
在作业过程中，作业者产生操作机能 衰退、操作能力下降，或由于厌倦而不愿 意继续工作的状态。
第二章 人的作业能力和疲劳
疲劳的分类
根据疲劳发生的部位一般分为肌肉疲劳、精 神疲劳和生物疲劳三种类型。
肌肉疲劳：肌肉疲劳又分为个别器官疲劳和 全身性疲劳。
精神疲劳：精神疲劳包括智力疲劳、技术性 疲劳和心理性疲劳。
I3T7M
劳动强度级别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
劳动强度指数
＜15 ~20 ~25 ＞25
第二章 人的作业能力和疲劳
作业能力的动态分析
作业能力的动态变化规律 在入门期，劳动生产率逐渐提高，不良品率降低。当作
业能力达到最高水平时，即进入稳定期，一般可维持1h左右。 此阶段劳动生产率以及其他指标变动不大。稳定期之后，作业 者开始感到劳累，作业速度和准确性开始降低，不良品开始增 加，即转入疲劳期。午休后，又重复午前的三个阶段，但第一 二阶段的持续时间比午前短，疲劳期提前出现。有时在工作日 快结束时，也可能出现工作效率提高的现象，这与结束任务和 争取完成或超额完成任务的情绪激发有关，这种现象叫终末散 发，终末散发所能维持的时间很短。
第二章 人的作业能力和疲劳
作业劳动时人体的调节和适应
其他系统的调节与适应 呼吸频率 肺通气量 排尿量 汗腺 体温
第二章 人的作业能力和疲劳
劳动强度
能量代谢 根据机体及其所处状态，为便于分析研
究将能量代谢分为三个种属：维持生命所必 须的基础代谢量；安静时维持某一自然姿势 时的安静代谢量（含基础代谢量）和作业时 的能量代谢量（含安静代谢量）。
第二章 人的作业能力和疲劳
肌肉
肌肉施力的类型
静态肌肉施力：静态肌肉施力是依靠肌肉等长收 缩所产生的静态性力量，较长时间地维持身体的某 种姿势，致使肌肉相应地作较长时间的收缩。
人机工程学整理
第一章绪论B人机工程学科的定义、研究对象、研究任务、研究内容C人机工程学研究方法、应用及其发展趋势第二章人的形体参数A人体尺寸增长过程，一般男性20岁结束、女性18岁结束、正常体重=身高—100（kg）（差距在10%之外属于不正常）B人体测量的三个基准面（矢状面、冠状面、水平面）、心理修正量、统计处理（百分数）、第三章人的机能特征A 上下、左右视野均有1.5°左右，是人眼的最佳视区、30min效应、正常人的注意范围通常为7±2个组块B 神经系统及其主要作用、神经组织、神经元（神经细胞）、突触、脊髓、脑、下丘脑、小脑及主要机能、胼胝（pián zhī）体、大脑皮层、大脑核、运动中枢、感觉中枢、记忆的三种阶段（瞬时记忆、短时记忆、长时记忆）、感觉、感受性阈限（yù）、感觉的适应、感觉的相互作用、同时对比、继时对比现象、余觉、知觉及其四个特性、锥细胞与杆细胞、后像、暗适应和明适应及其区别、视角与视力、人体皮肤上分布着三种感受器（触觉、温度、痛觉感受器）、平衡觉、半规管、耳石器、运动觉、心理过程（认识过程，情感过程、意志过程）、个性心理、情感或情绪（激情、心情或心境、热情）、气质和性格、动机、注意及其种类和功能、C 信息在突触的传递过程、人的信息加工模型、遗忘的影响因素及其克服的方法、人的眼的结构、人耳的结构、眼球的运动规律、三种注意模型（选择注意模型、唤醒水平模型、意识层次模型）第四章人体力学A成人全身共有206块骨；在设计控制装置时，必须考虑人的操纵力的限度，一般应以第5百分位数为设计标准，以免造成操作困难；在立姿手臂水平向前自然伸直的情况下，男性的平均瞬时拉力可达689N，女性可达378N；在一般坐姿时，右腿最大蹬力平均可达2568N，左腿可达2362NB人的运动系统、三种类型的肌肉（骨骼肌、平滑肌、心肌）、肌肉收缩形式（等长、非等长）、肌力、关节、人体运动的骨杠杆形式（平衡、省力、速度）、肌肉施力的类型（静态、动态）C肌肉收缩机理（肌微丝滑动学说）、静态肌肉施力特征及其影响第五章人的作业能力与疲劳A骨骼肌约占人体重的40%；脑的重量仅为体重的2.5%左右，大脑即使处于高度紧张状态，能力消耗量的增高也不致超过基础代谢的10%，一般人的氧债约为10L，正常人安静时的心率为75次/min，最大心率=220-年龄、正常人安静时的动脉血压较为稳定，变化范围不大，心室收缩时动脉血压的最高值即收缩压为100~120mmHg，心室舒张时动脉血压的最低值即舒张压为60~80mmHg，人体正常条件下每昼夜排尿量为1.0~1.8L；作业者在夜班工作的生理机能水平，只有白班工作时的70%；在负荷一定的情况下，步行速度为60m/min时的O2需要量最少，此速度称为该步行作业的经济速率B ATP产能的三种途径、氧债、能量代谢（基础Basic 、安静Rest、活动Active）、能力代谢的测定方法、物质的卡价、氧热价、呼吸商、动力定型（或习惯定型）、心搏频率储备、血压、汗腺双重功能（调节体温和排泄代谢产物）、劳动强度、劳动时间率、能力（一般能力和特殊能力）、作业能力、作业疲劳及其分类、单调感、工间暂歇、C影响作业能力的主要因素；疲劳的发生机理、测定疲劳的方法以及降低疲劳的措施第六章人的自然倾向于可靠性A躲向左侧的人数大致为右侧的2倍，因为人体重心偏右，站立时身体略向左倾，而且右手右脚比较强劲（jìng）有力；面对头上落物，有41%的全然没有任何行动的表现，其中大多数是女性B习惯、视错觉及其产生原因、着急慌张及其原因、人为差错、日周节律、C PSI节律第十章作业环境A人的舒适温度在21±3℃；相对湿度为50%，坐在办公室从事脑力劳动舒适温度为18~24℃，站着从事轻体力劳动为16~23℃，从事极重体力劳动为14~18℃；脑力劳动对温度的反应敏感，当有效温度达到29.5℃时，脑力劳动的效率就开始降低，有效温度越高，持续作业的时间越短；正常人的听阈声压为2×10-5Pa，痛阈声压为20PaB微气候、气温、湿度、热辐射，空气流速、有效温度、舒适温度、允许温度、高温作业环境、热衰竭、低温环境条件、声压、听阈声压、痛阈声压、声压级、声强、响度、响度级、振动、辐射通量、照度、照明的三种方式（自然、人工、综合）、色彩视觉、色彩的三个基本特性（色调、饱和度、明度）、色光的混合规律、通风空气调节C改善微气候条件的措施；噪声的危害、评价和控制；振动的危害、评价和控制；照明对作业的影响、设计；色彩对人的影响以及作业环境的色彩调节；空气污染物对人体危害及评价例1城市里有的家庭买了大沙发，豪华气派，可是坐不多久腰部就难受酸疼了，不得不在腰后面垫上一个“腰靠”。
《人机工程学》第5章人的作业能力与疲劳
表5 - 3和表5 - 4为不同活动类型的RMR的实测值和 推算值。
除利用实测方法之外， 还可用简易方法近似计算 人在体力劳动中的能量消耗， 其计算公式为
AR＝RR＋MR＝1.2×BR＋RMR·BR
＝（1.2＋RMR）×BR
(5 - 3)
总能耗M∑＝（1.2＋RMR）×BR×体表面积(B)× 活动时间(t)(5 - 4)
•表5 - 4 相对能量代谢率RMR的推算值
• 图5 - 3 各种作业类型相对应的能耗(kCal/min)
作业方法不同， 能量消耗也不同。 S.R德塔 (S.R.Datta)等人对搬运重物的七种方式进行了研究， 测得相应的氧耗量， 如图5 - 4所示。
各种不同姿势的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。
《人机工程学》第5章人 的作业能力与疲劳
2020年5月30日星期六
5.1 人体作业时的能量代谢
5.1.1 人体能量的产生机理 由于骨骼肌约占人体重的40骼肌活动的能量来自细胞中的贮能元 ——三磷酸腺苷(ATP)。 肌肉活动时， 肌细胞中的三 磷酸腺苷与水结合， 生成二磷酸腺苷(ADP)和磷酸根 (Pi)， 同时释放出29.3kJ的能量， 即
MR＝AR－RR （5 - 1）
4. 相对能量代谢率 体力劳动强度不同， 所消耗的能量不同。 由于劳 动者性别、 年龄、 体力与体质存在差异， 即使从事同 等强度的体力劳动， 消耗的能量亦不同。 为了消除劳 动者个体之间差异因素， 常用活动代谢率与基础代谢 率之比即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。 相 对能量代谢率RMR为
1. 基础代谢 人体代谢的速率， 随人所处的条件不同而异。 生 理学将人清醒、 静卧、 空腹(食后10 h以上)、 室温在 20 ℃左右这一条件定为基础条件。 人体在基础条件下 的能量代谢称为基础代谢。 单位时间内的基础代谢量 称为基础代谢率， 用BR表示。 它反映单位时间内人 体维持最基本的生命活动所消耗的最低限度的能量， 通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示。
人机工程学--第五章PPT课件
李维立 曹祥哲 编著
2021
1
• 使用者在使用产品的过程中，离不开产品的操纵装置，也可称作产品操纵设置，使用 者通过对其控制，可完成对产品的使用。工业产品设计中的操纵装置的类型有很多种， 其设计也要遵照科学的设计原则，才能科学安全的实现人机操作的过程
• 产品操纵装置的类型及特点 • 1 产品操纵装置的类型 • （1）旋转式操纵器
按压式操纵器设计 按压式操纵器主要有两大类：按钮和按键。它们一般有多 种工作状态：接通和断开以及控制参数等功能。这种操纵 器因操作方便、灵活小巧、结构紧凑、效率高并成本低廉， 因而应用范围很广泛。
2021
8
按钮
按键 按键的用途极为广泛，如电脑键盘、打字机、传真机、电话机、家用电器等，都大 量使用了按键。它具有节省空间，便于操作，便于记忆等特点。按键的形状与尺寸应按 人手指的尺寸和指端弧度进行设计，方能操作舒适。
2021
11
2021
2
移动式操纵器 移动式操纵器包括操纵杆、手柄、拨动开关等，可用来把系统的一个工作状态转换到另一个 工作状态或紧急制动之用。具有操纵灵活、动作可靠的特点。
2021
3
• 按压式操纵器： • 按压式操纵器主要有各种按钮、按键、键盘、钢丝脱扣器等，具有占空间小，方便灵活的
特征 。一般只有两个工作位置，接通和断开，其特点是面积小，排列紧凑。
2021
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触摸控制操纵 1触控屏形式及特点 触控屏又称为触控面板，是可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了 屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装 置，可用以取代机械式的按钮面板，并凭借液晶显示画面制造出生动的影音效果。它 是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备。很多使用触摸屏的系统设计师，都十分 钟爱使用此种操纵形式。
安全人机工程学课后习题集答案解析
安全⼈机⼯程学课后习题集答案解析安全⼈机⼯程学第⼀章⼀，⼈机关系随社会的发展有很⼤的变化，请举例说明其变化及其特点答：1 原始⼈机关系，旧⽯器时代的⽯⼑、⽯枪、⾻针等⼯具⼤部分呈直线形状，有利于⼈使⽤；到新⽯器时代，⼈类所⽤的锄头、铲⼑及⽯磨等的形状，更适合⼈的使⽤。
那是的⼈类在⽤这些⼯具进⾏笨重的体⼒劳动时，就⾃发地存在保护⾃⼰和提⾼劳动效率两⽅⾯需要解决的问题。
2 经验⼈机关系，这些⼯具由于⼈的使⽤经验、体会促使⼈机关系有简单到复杂，由低级到⾼级，由⾃发到⾃觉，逐渐科学化。
但这个时期的⼈机关系及发展只是建⽴在⼈类不断积累经验和⾃发的基础上。
3 ⼈机关系越来越复杂，机器要求操作者接受⼤量的劳动成果，例如：飞机的飞⾏，座舱及仪表位置设计考虑⼈的⽣理、⼼理和⽣物⼒学特性等。
⼆，如何理解⼈机⼯程学的含义？答：⼈机⼯程学是根据⼈的⼼理、⽣理和⾝体结构等因素，研究系统中⼈、机械、环境相互间的合理关系，以保证⼈们安全、健康、舒适地⼯作，并取得满意的⼯作效果的⼀门科学。
三，阐述⼈机⼯程学与安全⼈机⼯程学的联系与区别。
答：安全⼈机⼯程学是从安全的⾓度和⼈机⼯程学的着眼点研究⼈与机的关系，运⽤⼈机⼯程学的原理和⽅法去解决⼈机结合⾯的安全问题的⼀门新兴学科。
安全⼈机⼯程学基础研究的⽅法与⼈机⼯程学的研究⽅法基本相同，但是研究问题的⾓度和着眼点主要侧重于从适应⼈的安全性特征去研究⼈机界⾯。
四、举例分析你所熟悉的⼀个⼈机系统的⼈、机及其结合⾯答：计算机。
在⼈机系统中，存在⼀个⼈与机相互作⽤的“⾯”，所有的⼈机信息交流都发⽣在这个⾯上，通常把这个“⾯”称为⼈机界⾯。
在⼈机界⾯上，向⼈表达机械运转状况的仪表或器件叫做显⽰器。
对机械来说，显⽰器执⾏的功能是输出，⽽对⼈来说，是输⼊。
⽽显⽰器就是⼈与计算机的结合⾯。
⼈即安全主体。
机这⾥是指计算机。
五、请说明安全⼈机⼯程学在安全⼯程学中所处的地位与作⽤答：安全⼈机⼯程学是安全⼯程学学科体系的⼀部分也是实现安全⼯程学的科学依据和最活跃的⼈的作⽤因素，它与其他三个⼦系统相互交叉、渗透、影响、制约、互为补充，从⽽构成了安全⼯程学这⼀整体。
人机工程学人的作业能力与疲劳
人机工程学人的作业能力与疲劳引言人机工程学是一门研究人类与机器之间交互的学科。
在现代社会中，人机交互已经成为了我们日常生活的一部分。
人机工程学旨在优化人与机器之间的交互方式，使得人们能够更加高效、舒适地完成各种任务。
然而，在长时间的工作过程中，人类往往会出现疲劳现象，这对于人机工程学人来说是一个重要的问题。
作业能力与疲劳关系的研究人机工程学人一直在研究人类的作业能力与疲劳之间的关系。
作业能力是指人们完成各种任务所需的能力，包括心理能力和身体能力。
疲劳是指人体长时间工作后的生理和心理累积反应。
研究表明，人类的作业能力与疲劳之间存在一定的关系。
当人们长时间进行一项任务时，他们往往会出现疲劳感。
疲劳会导致人们的注意力下降、反应速度变慢、记忆力减退等问题，从而降低了他们的作业能力。
而高效的人机界面设计和任务安排可以有效地减轻人们的疲劳感，提高他们的作业能力。
减轻疲劳的策略人机工程学人通过研究和实践，给出了一些减轻疲劳的策略，旨在提高人们的作业能力。
以下是一些常见的策略：1. 任务分解和时间安排将一个大任务分解成多个小任务，并合理安排时间。
人们在完成一个小任务后，可以休息一段时间，以缓解疲劳感。
2. 布置适当的休息环境人机工程学人可以通过设计合适的休息环境来减轻人们的疲劳感。
例如，提供舒适的座椅、照明和温度控制设备，以及放松的音乐和氛围等。
3. 提高任务的可控性和自主性给予人们更多的选择和控制权，可以帮助他们更好地调节自己的工作状态。
例如，允许他们自由选择使用什么工具、掌握什么工作节奏等。
4. 使用人机界面设计减轻疲劳人机工程学人可以通过合理设计人机界面来减轻人们的疲劳感。
例如，使用大字体、清晰的图标和直观的操作方式，减少人们对屏幕的注视时间，从而减少眼睛的疲劳。
5. 健康生活方式的促进人机工程学人还可以通过推广健康生活方式来减轻人们的疲劳感。
例如，鼓励人们进行适当的体育锻炼、保持充足的睡眠、合理饮食等。
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(5 - 3)
总能耗M∑＝（1.2＋RMR）×BR×体表面积(B)× 活动时间(t)(5 - 4)
第5章 人的作业能力与疲劳
5. 影响能量代谢的因素
影响人体作业时能量代谢的因素很多， 如作业类
型、 作业方法、 作业姿势、
。
由表5 - 3和表5 - 4可看出， 不同类型的作业对能 量代谢的影响。 图5 - 3给出了不同作业的能量消耗值， 其范围从1.6～16.2kCal/min。
动强度和作业时间。 劳动强度越大， 持续时间越长， 需氧量也越多。
从事体力作业的过程中， 需氧量随着劳动强度的 加大而增加， 但人的摄氧能力却有一定的限度。 因此， 当需氧量超过最大摄氧量时， 人体能量的供应依赖于 能源物质的无氧糖酵解， 造成体内的氧亏负， 这种状 态称为氧债。 氧债与劳动负荷的关系， 如图5 - 2所示。
第5章 人的作业能力与疲劳
表5 - 5 三种营养物质氧化时的数据
第5章 人的作业能力与疲劳
表5 - 6 非蛋白呼吸商和氧热价的关系
第5章 人的作业能力与疲劳
实际应用中， 经常采用省略尿氮测定的简便方法， 即根据受试者在同一时间内吸入的O2量和CO2产生量 求出呼吸商(混合呼吸商)， 而不考虑蛋白质代谢部分， 实践证明， 采用简便方法得到的结果不会有显著误差。
RMRMR ARRR （5 - 2） BR BR
第5章 人的作业能力与疲劳
表5 - 3和表5 - 4为不同活动类型的RMR的实测值和 推算值。
除利用实测方法之外， 还可用简易方法近似计算 人在体力劳动中的能量消耗， 其计算公式为
AR＝RR＋MR＝1.2×BR＋RMR·BR
＝（1.2＋RMR）×BR
MR＝AR－RR （5 - 1）
第5章 人的作业能力与疲劳
4. 相对能量代谢率 体力劳动强度不同， 所消耗的能量不同。 由于劳 动者性别、 年龄、 体力与体质存在差异， 即使从事同 等强度的体力劳动， 消耗的能量亦不同。 为了消除劳 动者个体之间差异因素， 常用活动代谢率与基础代谢 率之比即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。 相 对能量代谢率RMR为
第5章 人的作业能力与疲劳
既然通过作业时消耗的O2量和产生的CO2量可以 换算能量消耗， 相对代谢率也可以通过测定作业者在 作业时、 安静时消耗的O2量和产生的CO2的比值， 计 算作业者在安静时和作业时各自的O2消耗量， 然后乘 以每消耗1L O2所产生的热量(氧热价)， 分别折算成作 业时和安静时的能量消耗。
第5章 人的作业能力与疲劳
图5 - 7 动态作业至力竭时收缩压与舒张压的变化
第5章 人的作业能力与疲劳
4. 血液的重新分配 人处于安静状态时， 血液流向肾、 肝及其他内脏 器官较多， 而体力作业开始后， 心脏射出的血液大部 分流向骨骼肌， 以满足其代谢增强的需要。 表5 - 7列 出了安静状态和重体力劳动时血液流量的分配状况。 由表可知， 进行重体力作业时， 流向骨骼肌的血液量 较安静时多20倍以上， 心肌血流量增加5倍。
第5章 人的作业能力与疲劳
同理若将作业者的基础代谢量换算成O2消耗量或 直接测定出基础代谢时O2消耗量， 则相对代谢率计算 式又可写成
RMR=
作业时的O2消耗量－安静时的O2消耗量
基础代谢时的O2消耗量
(5 - 5)
第5章 人的作业能力与疲劳
5.2 作业时人体的调节与适应
5.2.1 神经系统的调节与适应 作业时的每一个有目的 的动作， 既取决于中枢神
图5 - 5 (a) 仰卧(100%)； (b) 坐姿(103%～105%)； (C) 立姿(108%～１１0％）
（d） 跪姿(130%～140%)； (e) 弯腰(150%～１６0％)
第5章 人的作业能力与疲劳
5.1.4 能量代谢的测定 能量代谢的测定方法有两种， 直接法和间接法。
直接法是通过热量计测定在绝热室内流过人体周围的 冷却水升温情况， 换算成能量代谢率； 间接法是通过 测定人体消耗的氧量， 再乘以氧热价求出能量代谢率。
三种产能过程可概括于图5 - 1中， 其一般特性列 于表5 - 1。
第5章 人的作业能力与疲劳
图5 - 1 肌肉活动时能量的来源示意图
第5章 人的作业能力与疲劳
表5 - 1 三种产能过程的一般特性
第5章 人的作业能力与疲劳
5.1.2 作业时人体的耗氧动态 作业时人体所需要的氧量的大小， 主要取决于劳
第5章 人的作业能力与疲劳
3. 乳酸系列
在大强度劳动时， 能量需求速度较快， 相应ATP 的分解也必须加快， 但受到供氧能力的限制。 此时，
则靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量， 故称为乳
酸系列：
糖酵解
葡萄糖(糖原)
ATP＋乳酸
乳酸逐渐扩散到血液， 一部分排出体外， 一部分
在肝、 肾内部又合成为糖原。 在食物营养充足地合理
第5章 人的作业能力与疲劳
3. 血压 血压是血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压 力， 通常多指血液在体循环中的动脉血压， 一般以毫 米汞柱(mmHg)为单位(1 mmHg＝133.32 Pa)。 正常人 安静时的动脉血压较为稳定， 变化范围不大。 心室收 缩时动脉血压的最高值即收缩压为100～120 mmHg， 心 室 舒 张 时 动 脉 血 压 的 最 低 值 即 舒 张 压 为 60 ～ 80 mmHg。血压还受性别、 年龄以及其他生理情况的影 响， 一般男性略高于女性； 老年人高于中青年人， 特 别是收缩压随年龄增长而升高较舒张压更为明显；此 外， 体力劳动、 运动以及情绪波动时， 血压也会出 现暂时性升高。
能量代谢分为三种， 即基础代谢、 安静代谢和活 动代谢。
第5章 人的作业能力与疲劳
1. 基础代谢 人体代谢的速率， 随人所处的条件不同而异。 生 理学将人清醒、 静卧、 空腹(食后10 h以上)、 室温在 20 ℃左右这一条件定为基础条件。 人体在基础条件下 的能量代谢称为基础代谢。 单位时间内的基础代谢量 称为基础代谢率， 用BR表示。 它反映单位时间内人 体维持最基本的生命活动所消耗的最低限度的能量， 通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示。 我国正常人基础代谢率平均值见表5 - 2。
各种不同姿势的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。
第5章 人的作业能力与疲劳
图5 - 4 (a) 单肩双包(100%)； (b) 头顶(103%)； (C) 双肩背(109%) (d) 前额挂背(115%)； (e) 斜挎(123%)； (f) 挑担(129%)； (g) 双手提(144%)
第5章 人的作业能力与疲劳
第5章 人的作业能力与疲劳
2. 需氧系列 在中等劳动强度下， ATP以中等速度分解， 又通 过糖和脂肪的氧化磷酸化合成得到补充， 即 葡萄糖或脂肪＋氧 氧化磷酸化ATP 由于这一过程需要氧参与合成ATP， 故称为需氧 系列。 在合成的开始阶段， 以糖的氧化磷酸化为主， 随着持续活动时间的延长， 脂肪的氧化磷酸化转为主 要过程。
的心率为75次/min。 心率增加 的限度即最大心率随年龄 的增长而逐渐减小， 可用年龄来推算(最大心率＝220－ 年龄)。 最大心率与安静心率之差称为心搏频率储备， 可用来表示体力劳动时心率可能增加的潜在能力。
第5章 人的作业能力与疲劳
从事体力作业时， 心率在作业开始后的30～40 s 内迅速增加， 大约经4～5 min， 即可达到与劳动强度 相适应的水平。 强度较小的体力劳动， 心率增加不多， 很快达到与劳动强度相适应的水平后， 即随作业的延 续而保持在该恒定水平上。 而强度很大的劳动， 心率 将随作业的延续而不断加快， 直到个体的最大心率值， 通常可达150～195次/min。 上述两种劳动强度下的心 率变化如图5 - 6所示。
条件下， 经过休息， 可以较快的合成为糖原。
第5章 人的作业能力与疲劳
虽然糖酸解时1g分子葡萄糖只能合成2g分子ATP， 但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快32倍， 所以是 高速提供能量的重要途径。 乳酸系列需耗用大量葡萄 糖才能合成少量的ATP， 在体内糖原含量有限的条件 下， 这种产能方式不经济。 此外， 目前还认为乳酸是 一种致疲劳性物质， 所以乳酸系列提供能量的过程不 可能持续较长时间。
ATP＋H2O→ADP＋Pi＋29.3 kJ/mol
第5章 人的作业能力与疲劳
1. ATP—CP系列 在要求能量释放速度很快的情况下， 肌细胞中的 ATP由磷酸肌酸(CP)与二磷酸腺苷合成予以补充：
CP＋ADP Cr(肌酸)＋ATP 该过程简称为ATP—ＣP系列。 ATP—CP系列提供 能量的速度极快， 但由于CP在人体内的贮量有限， 其 产能过程只能维持肌肉进行大强度活动几秒钟。
第5章 人的作业能力与疲劳
图5 - 6 不同劳动强度的心率变化曲线
第5章 人的作业能力与疲劳
2. 心输出量 心脏每搏动一次， 由左心室射入主动脉的血量称 为每搏输出量。 每分钟由左心室射出的血量称为心输 出量。 心输出量为每搏输出量与心率的乘积。 正常男 性成年人安静时每搏输出量约为50～70 mL， 心输出 量约为3.75～5.25 L/min。 女性心输出量比同体重的男 性约低10%。 一般人心输出量最多可增加到25 L/min。
第5章 人的作业能力与疲劳
表5 - 2 我国正常人基础代谢率平均值
第5章 人的作业能力与疲劳
2. 安静代谢 安静代谢是作业或劳动开始之前， 仅为了保持身 体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。 安静 代谢量包括基础代谢量。
第5章 人的作业能力与疲劳
3. 活动代谢 活动代谢亦称劳动代谢、 作业代谢或工作代谢。 它是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。 体 力劳动是使能量代谢量亢进的最主要的原因。 因为在 实际活动中所测得的能量代谢率(用AR表示)， 不仅包 括活动代谢率， 也包括基础代谢率与安静代谢率， 所 以活动代谢率(用MR表示)应为