第三章 安全人机系统中人的作业特性

人体摄入的物质（糖、脂肪、蛋白质）在体内氧化分解，同时释放能量。能量中 约有一半是热能，用以维持体温并不断地向体外散发；另一部分以化学能的形式贮存 于三磷酸腺苷（ATP）内，ATP分解时放出能量，供应合成代谢和各种生理活动所需 的能量。机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷。
ATP生成后，除直接为各种生理活动提供能量外，还可以把它的高能磷酸键转移 给肌酸，生成磷酸肌酸（CP)。 CP是机体内的贮存库，多含于肌细胞内，其贮存量是 ATP的5倍。每当细胞内ATP消耗时，即由CP生成新的ATP加以补充，使ATP在细胞内 的量保持恒定。
动力作业是靠肌肉的等张收缩来完成作业动作的，即经常说的体力劳动。
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第二节 劳动强度及其分级
二、体力劳动强度分级
在《工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002》(Hygienic standards for the Design of Industrial Enterprises)之附录B(规范性附录)中规定了我国的体力劳动强度 分级方法。 1. 体力劳动强度分级 体力劳动强度分级采用体力劳动强度指数（Ⅰ ）为分级指标，将体力劳动强度 分为四级。
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（4）各劳动项目的能量代谢率(M)的测定
在操作者从事该项操作5分钟后，给受试者戴上肺通气量计的采气口罩(务要严紧，保 证不漏气)，启动开关采集操作时呼出气，一般可采气2～5分钟，关闭采气开关记录肺通气量 ，再根据计算公式计算能代谢率。每项操作要采测5～10个样品(5个样品最好在不同人身上 完成，如受条件所限也可在同一人身上重复多次)取平均值(按表3-7所示记录表要求操作)。
133.8 163.2 741.0 979.2 1070.0 1173.0 1303.8 1501.2 1835.4 1889.4 1956.0 2074.8 2267.4
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图3-1 氧债及偿还图
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第二节 劳动强度及其分级
一、劳动强度
劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集 程度，是劳动者体力消耗、生理和心理紧张程 度的综合反映。 劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单 位时间内作功与机体代谢能力之比。劳动强度 的大小可以用耗氧量、能耗量 、能量代谢率等 参数加以衡量。
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第三节 作业疲劳及其预防
一、疲劳及其产生机理
疲劳是指在长时间连续或过度活动后引起的机体不 适和工作绩效下降的现象。 无论是从事体力劳动，还是脑力劳动，都会产生 疲劳。 长时间或高强度的体力活动，使得体内储存的能量 和潜能耗尽，导致身体内部生物化学环境失调，使得确 保活动的各个系统工作失调，从而产生了疲劳。 长时间的脑力活动，致使大脑中枢神经系统从兴奋 转为抑制状态，导致思维活动迟缓，注意力不集中，动 作反应迟钝，从而出现疲劳状态。
第三章 安全人机系统中人的作业特性
第一节 作业过程中人体的能量代谢 第二节 劳动强度及其分级
第三节 作业疲劳及其预防
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第一节 作业过程中人体的能量代谢
一、能量代谢
在物质代谢过程的同时发生着能量释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢。 1．劳动时的能量来源 糖是人体的主要能源。人体所需能量约有70%由糖的分解代谢来提供。脂肪则起 着储存和供应能量的作用。蛋白质是人体组织的主要成分。糖和脂肪在体内经生物氧 化后生成二氧化碳和水，同时产生能量。
表3-7能量代谢测定记录表
工种 操作项目名称 时间 年 月 日 姓名 性别 年龄 身高 cm 体重 Kg 体表面积 cm2 肺通气量 L/min 标准状态气体量 L/min 每平方米、每分钟肺通气量(x) L/min·m2 能量代谢率(Ye) kcal/min·m2 代入公式: logYe=0.0945x-0.53794 (1) log(13.26－Ye)=1.1648－0.0125x (2) x:肺通气量(L/min·m2) Ye:能量代谢率(kcal/min·m2) 肺通气量为 3.0～7.3L/min·m2 时采用公式(1) 肺通气量为 8.0～30.9L/min·m2 时采用公式(2) 肺通气量为 7.4～7.9 采用公式(1)+(2)的平均值。 体表面积(m2)=0.061×身高(cm)＋0.0128×体重(kg) － 0.1529
动作名称
开始时间(h·min)
占用时间(min)
备
注
（2）平均能量代谢率(M值)
根据表3-5将各种操作归类(近似的活动归为一类)，休息为一类。再计算出各项活动 与休息在一个工作日内累计占用时间。然后分别测定各项活动和休息时的能量代谢率，再 乘以相应的工作日累计占用时间，最后计算工作日总能量消耗值。
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•
根据例表3-7计算出的Ye值，按表3-8归纳，计算各单项操作(包括休息)平均能 量代谢率(kcal/min· m2)，再将其纳入表3-6中参加进一步计算。
表3-8 单项操作平均能量代谢率统计率
样品号 1 2 3 · · · 10 平均
操作名称 搬运 清砂 卸车 装车 走路 休息
3. 能量代谢率测定方法
表 3-6 某工种能量消耗统计表 平均能量代谢率 劳动项目 (kcal/min·m2) a 走路 搬运 清砂 装车 卸车 杂活 休息 合计
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工作日占用工时 (min) b 40 100 60 40 90 30 120 480
能量消耗值 (kcal/m2) a×b 40 340 120 100 180 36 108 924
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第二节 劳动强度及其分级
3. 能量代谢率测定方法
(1) 工时记录表
每天选择受测工种工人1～2名自上班至下班跟随记录其从事各项活动和休息的起止 时间，连续(或间断)测定3天，取3天的平均值。如遇生产不正常或发生事故时，不作为正 式记录。工时记录表的格式见表3-5。
表3-5 劳动工时记录
表 3-3 人的极限工作能力参数
负荷 W 基础 安静 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
氧耗量 L/min 0.18 0.22 0.99 1.32 1.44 1.58 1.76 2.03 2.43 2.54 2.64 2.80 3.06
能量消耗
kJ/（m2. h)
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1.000 3.400 2.000 2.500 2.000 1.200 0.900 —
（3）某工种劳动强度指数Ⅰ计算举例
平均能量代谢率(M)可由表3-6的测定结果利用式3-3计 算获得，即 平均能量代谢率(M)(Kcal/min· m2)924/480=1.925 代入式3-2: Ⅰ=M· 10 Ⅰ=1.925×10=19.25(Ⅱ级) 按表3-2分级，该工种劳动强度为Ⅱ级。
（式3-3）
•
• •
Ayi— 同类活动能量代谢率，kcal/ (min.m2）； A ti — 同类活动时间，min)； Ta— 工作日总时间（min) 。
按表3-4的分级标准，8小时工作日内平均散热量(能量消耗)为: Ⅰ级:110kcal/h· per Ⅱ级:170kcal/h· per Ⅲ级:220kcal/h· per Ⅳ级:300kcal/h· per 注:1kcal=4.18KJ
表3-4 我国体力劳动强度分级
劳动强度指数（I） ≤15 ～20 ～25 >25
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级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 轻 中 重 过重
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第二节 劳动强度及其分级
2. 劳动强度指数Ⅰ的计算
劳动强度指数I计算公式： Ⅰ =M· 10
（式3-2）
式中：Ⅰ—体力劳动强度指数 M—8小时工作日平均能量代谢率(kcal/min· m2)，用下式计算：
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3．能量代谢率 为了消除个人之间的差别，通常采用劳动代谢量和基础代谢量之比来表示某种体 力劳动的强度。这一指标称为能量代谢率（RMR，Relative Metabolic Rate）。 （式3-1）
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二、作业时的氧消耗
1．氧需与氧债 劳动过程中每分钟的需氧量称为氧需。成年人安静时的需氧量为0.2～0.3L/min。劳动时随着劳动强 度的增加，需氧量也随之增多（最大需氧量可达安静休息时的30倍），供氧能否满足人体活动的需要取 决于人体的循环系统和呼吸系统。人体在每分钟内能供应的最大氧量称为最大摄氧量（也称氧上限）， 成年人的最大摄氧量一般不超过3L，经常锻炼的人可达4L以上。 一般情况下，摄氧量与耗氧量大致相等。在劳动过程中，随着劳动强度的增强，存在摄氧量满足不了 需氧量增加的情况，需氧量大于摄氧量时，肌肉在缺氧的状态下从事活动，形成氧缺乏，这种供氧与需 氧之间的差，称为氧债。 2．氧债及其偿还 氧债及其偿还与劳动强度之间存在密切的关系。
源自文库
5．工作质量下降 疲劳会导致工作质量和速度下降，差错率增加，进而可能导致事故的发 生，甚至造成人身伤亡与财产的损失。 总之，疲劳会导致工作能力下降。许多事故就是在疲劳的情况下发生的 。
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第三节 作业疲劳及其预防
三、疲劳的分类
根据疲劳发生的功能特点，可以将疲劳分为生理性疲劳和心理性疲劳。 1．生理性疲劳 生理性疲劳是指人由于长期持续活动使人体生理功能失调而引起的疲劳。 生理性疲劳又可以分为肌肉疲劳、中枢神经系统疲劳、感官疲劳等几种 不同的类型。 (1)肌肉疲劳:是指由于人体肌肉组织持久重复地收缩，能量减弱，从而使 工作能力下降的现象。 （2)中枢神经系统疲劳:也被称为脑力疲劳，是指人在活动中由于用脑过度 ，使大脑神经活动处于抑制状态的一种现象，是一种不愿意再作任何活动和 懒惰的感觉，中枢神经系统疲劳意味着肌体迫切需要休息。 （3）感官疲劳:是指人的感觉器官由于长时间活动而导致机能暂时下降的 现象。 2．心理性疲劳 心理性疲劳是指在活动过程中过度使用心理能力而使其他功能降低的现
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第二节 劳动强度及其分级
一、劳动强度
劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集程度，是劳动者体力消耗、生理 和心理紧张程度的综合反映。 劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单位时间内作功与机体代谢能力之 比。劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量 、能量代谢率等参数加以衡量。
可以将所有作业归为静力作业和动力作业两种 。 1. 静力作业 静力作业主要是依靠肌肉的等长收缩来维持一定的体位，即身体和四肢关 节保持不动时所进行的作业。如脑力劳动、计算机操作人员、仪器监控者等所 从事的作业。 静力作业的特征是能耗水平不高，但容易导致疲劳。 2．动力作业
谢率。
表3-1 中国人基础代谢率的水平 kJ/（m2. h)
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（2）安静代谢 安静代谢是指人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量代谢量。一般在工作前或 后进行测定。安静代谢率一般取为基础代谢率的1 .2倍。 （3）劳动代谢 劳动代谢量是指人在工作或运动时的能量代谢量。作业时的能量消耗量是全身各器官 系统活动能耗量的总和。一般而言，体力劳动的能耗量可高出基础代谢的10-25倍，它与 体力劳动强度直接相关。
在作业姿势中，立姿最容易疲劳，其次是坐姿，卧姿最不容易疲劳。 作业疲劳的姿势特征主要有： （1）头部前倾； （2）上身前屈；（3）脊柱弯曲；（4）低头
行走；（5）拖着脚步行走；（6）双肩下垂；（7）姿势变换次数增加，无法保持一定姿势；（8） 站立困难；（9）靠在椅背上坐着；（10）双手托腮； （11）仰面而坐； （12）关节部位僵直 或松弛。
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第一节 作业过程中人体的能量代谢
一、能量代谢
2．能量代谢量 能量代谢分为基础代谢、安静代谢和劳动代谢。
（1）基础代谢 基础代谢是指维持生命所必需消耗的基础情况下的能量代谢量。所谓基础代谢率 （BMR，Basal Metabolic Rate）是指人在进餐12 h后，在清晨清醒地静卧于 18℃~25℃环境中，并保持神经松弛，体位安定，各种生理活动维持在较低水平下的代
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第三节 作业疲劳及其预防
二、疲劳的主要特征
疲劳是人们在日常生产及生活中常常体验到的一种生理和心理现象，其 主要特征可以表现在以下几个方面： 1．休息的欲望 2．心理功能下降 疲劳时人的各项心理功能下降，例如反应速度、注意力集中程度、判断 力程度都有相应的减弱，同时还会出现思维放缓、健忘、迟钝等。 3．生理功能下降 4．作业姿势异常
心率 RMR --4.32 6.10 6.78 7.55 8.52 10.0 12.50 12.90 13.40 14.29 15.73 次/min 64.1 75.0 113 124 128 133 140 149 166 168 171 177 187
极限负荷时间 min ---215 158 112 72 37 12 10 8 5 3