作业设计与作业能力.ppt
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1、第四章 作业设计与作业能力,第一节 作业及其分类第二节 作业场所与作业工具第三节 作业能力与作业疲劳,第一节 作业及其分类,一、作业的概念 作业是为完成一定的工艺过程而作出的一系列动作的活动过程,通过作业手段,把劳动对象转变成人类需要的新成果。,作业要素的构成,作业要素:由劳动对象、作业手段、作业成果构成。劳动对象包括原材料、能量、信息等;作业手段包括人工作业、机器设备作业、信息的流通和加工等;作业成果包括产品、新技术或新方法、劳务、程序、报告或报表等。,关于作业概念的理解,作业的概念已经成为一种广义意义上的作业,它不再仅仅指加工工艺过程的具体劳动,而是包含有脑力加工活动在内的信息处理过程。实
2、际上,这一概念包括了人类活动的总体,当然包括了家庭及生活的有序活动过程。由于在作业过程中所创造的价值,其衡量的基本要素是质量、成本和时间,所以作业的设计及其评价条件也必须以此为依据。,作业中人类的能源属性,人类进行作业时所需的能量供应、消耗等现象属于生理学范畴。在人体上,既有大肌肉,也有小肌肉,还有成团的肌肉。他们在作业中都具有能源的属性。像大腿上的大肌肉,可以产生相当大的力量。而手指上的小肌肉,可以灵敏地收缩。重的作业由大肌肉承担,轻而灵活的作业由小肌肉承担。,“作为能源的人类”作业,静的工作:筋肉的持续收缩,容易使肌肉疲劳,造成肌肉的疼痛。动的工作:收缩和松弛交替的的肌肉活动,是最为有利、
3、最理想的工作方法。使用老虎钳、夹具、输送带等,可以防止工作者的疲劳。,“作为能源的人类”作业,静止性负荷的根源:是不舒服的工作姿势产生的。静止性负荷本身,并不能完全排除。为了身体稳定、动作的正确性、动作控制,都需要有一点静止性负荷。当要求的力量太大时,最好使用机械的动力。要避免不必要的扭转负担。设计有节奏的工作。,二、作业分类,作业的分类主要有:第一种:按作业的直接负担者分为手工作业和机器作业。第二种:按作业研究的需要分为手工作业(主要研究操作方法和技能)、机器作业(主要研究机器设备的设计)、人机系统作业(以系统特性、功能位研究重点)。第三种:按人体能耗及作业特征分为脑力作业、技能作业、体力作
4、业。,三、作业结构,为了设计作业方法和确定作业时间,对作业进行分解,这就形成了作业结构。对作业结构进行研究的主要技术是方法研究和时间研究。,四、重体力作业,1、重体力作业的特征 人体耗能量大,心脏和肺的工作负荷重。人的重体力作业的能力取决于心脏功能和耗能大小,它们是两个常用的体力作业强度的度量量。在钢铁冶炼、采矿、采油钻采、建筑、森林采伐、农业等行业,都存在大量的重体力作业。从事重体力作业,人体将产生许多生理、生化及心理效应。,2、体力劳动的能量消耗,人体不能直接利用太阳能、电能、机械能等,而只能利用摄入体内的物质能量(化学能),化学能有50%以上转化为热能,不足50%的部分转化为自由能,而自
5、由能的载体是ATP(三磷酸腺苷),骨骼肌就是利用ATP所载的自由能进行着收缩和舒张活动的。,(1)人体作业中的能量供应,(2)能量代谢,能量代谢是指人体内能量的产生和消耗的活动。能量代谢按机体及所处的状态有三种:基础代谢:维持生命所必需的能量代谢;安静代谢:安静时维持某一自然姿势时的能量代谢;活动代谢:作业时的能量代谢等。,基础代谢量(B),基础代谢量(B):生理学上规定,在室温20。C条件下,将人清醒、静卧、空腹(食后)10H以上)时的能量消耗,称为基础代谢量。它反映了人体处于基础状态下,维持心率、呼吸、正常体温的最基本能量消耗。单位是以每平方米体表面即每小时消耗的热量计算的:Kcal/m2
6、.h 如,正常男性25岁基础代谢率为37.7 Kcal/m2.h。正常人的基础代谢是比较稳定的,一般不超过正常平均值的15%。如果基础代谢量超过平均值的20%,表明机体有病理性变化的可能。通常体温增高1。C,基础代谢克增加13%。,安静代谢量(R):,安静代谢量(R):指作业或劳动开始之前,机体仅仅为了保持身体各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。一般取作业前或作业后的坐姿进行测定。测定时要求机体保持安静状态,即被测者的呼吸、心率等维持在正常水平。通常在常温条件下认为 R=1.2B安静代谢量包括基础代谢量。,活动代谢(M),活动代谢(M):指人体进行作业或运动时所消耗的总能量。又称劳动代谢或作业
7、代谢。活动代谢与体力劳动强度有直接的对应关系,计算劳动者每天所消耗的能量及所需营养补给的热量,是评价劳动负荷合理的重要指标。活动代谢量包括安静代谢量。,相对能量代谢率(RMR),相对能量代谢率(RMR):体力劳动强度不同,所消耗的能量不同。但由于劳动者的性别、年龄、体质存在差异,即使是同样的劳动,消耗能量也不相同。为了消除这种差异,常用相对能量代谢率来衡量劳动强度。相对能量代谢率的公式:RMR=(M-1.2B)/B RMR也可以用氧耗量进行计算。目前RMR衡量劳动强度相对较准确,日本已应用非常广泛。,基础代谢氧耗量与体表面积的关系,下表是男子基础代谢氧消耗量(毫升/分钟),女子的基础代谢氧耗量
8、为男子的95%。,(3)能量代谢的测定方法,能量代谢的测定方法有两种:直接法和间接法。目前一般采用间接法。直接法是指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,换算成代谢率。间接法是通过测定人体消耗的氧量,来换算某一时间或某项作业所消耗的能量。,3、劳动强度分级,劳动强度分级就是对劳动强度的评价。衡量劳动轻重可以从单位时间工作量的多少、作业密集程度、劳累程度和精神负担等方面来评价判断。但从劳动生理方面来看,用能量代谢作为标准进行分级,可以把千差万别的作业进行统一的定义,具有一定的科学依据和比较基础。一般劳动强度的分级都是指体力劳动强度分级。一般脑力劳动的能量消耗不超过基础代谢的10%
9、。,(1)按能耗和氧耗分级的劳动强度指标,国外常用的克里斯坦森(Christensen)标准,是以能耗量和氧耗量作为分级标准来划分不同劳动强度的。该标准依据是欧美人的平均值,即体重70kg、体表面积1.84m2。对我国而言,有点过高,有人建议减去5%-20%,可以作为我国的参考标准。,克里斯坦森分级标准表,(2)按能量代谢率指标分级,以RMR指标对劳动强度分级:作业的RMR越高,规定的作业率应越低。一般讲,RMR不超过2.7为适宜的作业。RMR小于4,属于可持续作业,但考虑精神疲劳也应安排适当休息。RMR大于4,属于不能连续进行的作业。RMR大于7的作业应实行机械化。为了使作业持久,减少体力疲
10、劳,从事的大部分作业的氧需都应低于氧上限。,日本劳动科学研究所劳动强度分级表,日本能率协会劳动强度分级标准(男),(3)按劳动强度指数分级,按劳动强度指数分级是我国1983年制订的体力劳动强度分级国家标准(GB386983),该标准是以劳动时间率和工作日平均能量代谢率(Kcal/min.m2)为指标确定的,能比较全面地反映作业时人体负荷的大小。计算公式为:I=3T+7M 其中,I-劳动强度指数;T-劳动时间率;M-8h工作日能量代谢率(Kcal/min.m2)3-劳动时间率系数;7-能量代谢率系数。,GB386983体力劳动强度分级,劳动强度指数分级的理解,1级-轻劳动,8h工作日平均耗能85
11、0Kcal/人,劳动时间率为61%;2级-中等,8h工作日平均耗能1328Kcal/人,劳动时间率为67%;3级-重劳动,8h工作日平均耗能1746Kcal/人,劳动时间率为73%;4级-很重劳动,8h工作日平均耗能2700Kcal/人,劳动时间率为77%;,劳动时间率的计算方法,劳动时间率指一个工作日内净劳动时间(即除休息和工作中间持续1分钟以上的暂停时间外的全部活动时间)与工作日总时间之比,以百分率表示。公式:T=工作日内净劳动时间工作日总时间具体做法:抽样测定,取平均值。,能量代谢率M的计算方法,计算方法是:将某工种一个工作日内各种活动和休息加以归类,求出各项活动与休息时的能量代谢率,分
12、别乘以相应的累计时间,最后得出一个工作日各活动和休息时的合计能量的消耗总值,再除以工作日总工时,即得出工作日平均能量代谢率。各项活动与休息时的能量代谢率计算公式如下:logYe=0.0945x0.53794(!)log(13.26-Ye)=1.16480.0125x(2)式中 Ye能量代谢率(Kcal/min.m2);x-每平方米体表面积每分钟呼气量(L/min.m2)。当每分钟肺通气量3.07.3L时采用公式(1);每分钟肺通气量8.030.9L时采用公式(2);每分钟肺通气量7.38.0L时采用(1)式和(2)式的平均值。,4、最佳能量消耗界限,提高工效的一个基本措施是制定定额。但任何劳动
13、定额都必须在人的生理负荷及供能能力的限度之内,过大或过小,都不利于工效的提高。否则,会损害工作者的健康,导致不安全事故的发生。,最佳能量消耗界限,按卫生学要求,人的摄入能量应大于总耗能的1520%,以便有余热维持体温等基础代谢活动。(体力劳动一天24小时,在8小时工作中,工作时间可达400分钟,相当于作业率为80%左右,工作能耗为1500Kcal,业余能耗为1300Kcal,睡眠能耗360Kcal,这样合理的总能耗应为3160Kcal。按我国现有食物摄入水平,完全可以达到卫生学提出的要求。最佳工作负荷:通常用能量消耗界限、心率界限以及最大摄氧量的百分比来表示。,最佳能量消耗界限的国外一般观点,
14、国外一般观点:最佳工作负荷是,能耗5Kcal/min、心率110115次/min、吸氧量为最大摄氧量的33%左右。德国学者E.A.米勒认为,一般人连续工作480min而中间不休息的最大能量消耗界限为4Kcal/min,这一能量消耗水平称为耐力水平。日本学者斋藤一和入江俊二认为:8h工作适宜能耗应为14001500Kcal,不宜超过1800Kcal.,最佳能耗界限的中国观点,中国医学科学院卫生研究所对我国具有代表性行业的262个工种的劳动时间和能量代谢进行了调查研究,提出的能量消耗界限是:一个工作日(8h)的总能耗应在14001600Kcal之间,最多不超过2000Kcal。若在不良环境中进行作
15、业,上述能耗还应降低20%。,五、脑力作业,脑力作业与体力作业的差别日益减小,脑力作业比例不断提高。狭义的脑力作业是指人的大脑的创造性思维活动,起决定性因素是知识、经验、思维敏捷以及发现和构成新思想的能力。如设计、制定计划、综合归纳文献资料、书面报告等。在人机系统中的信息处理(接受、解释和处理)也可以认为是脑力作业,人可以看作是一种信息传递和加工。脑力作业消耗的能量较小,一般仅比基础代谢能耗增高3%4%,大脑高度紧张时最大耗能增高也不超过基础代谢的10%。,1、人的信息传递能力,信息:信息论将信息定义为一种事先不能肯定的情况,它存在于一切事物中,是一种抽象量。信息量:是指不肯定性平均减少的量。
16、人们获取信息,目的是消除认识上的不肯定性,从而实现由不知到知,由知之不多到知之较多的转变。所以,信息量可以用消除不肯定性的多少来衡量,即消息中所含的信息是出现该消息的概率的函数。消息出现的概率愈小,它所包含的信息量愈大,反之亦然。,信息量,消息中所含的信息量I与该消息出现的概率P(x)之间的关系:I=log21/P(x)(bit)当I=log21/=1时,说明1bit信息量为含两个独立等概率可能状态的事件所具有的不肯定性被全部消除所需要的信息。,人的信息传递能力的理论估计,根据感觉器官的神经生理特点,可从理论上对其最大传递信息能力作如下估计。(1)对视觉器官传信能力的估计 辛格(Singer)
17、估计:视神经最多只能产生1000个/s反映,这1000个反应中,每个具有“无”或“有”两种可能的状态,因此,该1000个反应相当于1000bit。而视神经共有大约100万根神经纤维,每根传信1000bit/s,总计视感觉器官的传信能力应为109bit/s。,人的信息传递能力的理论估计,(2)对听觉器官的传信能力的估计雅克布逊(Jacobson)于1950年对听觉器官的传信能力进行了估计:人的单耳每秒钟可以传递的信息量约为8000bit。但是,在实际活动中的传信能力,不仅取决于感觉器官的传信能力,而且更多的取决于中枢神经和动作反应系统的信息传递能力。因此,人的实际传信能力水平远远低于上述理论估计
18、的水平。,感知觉的绝对辨认能力,绝对辨认能力又称绝对判断能力,是指当单个刺激呈现而不与其它刺激作比较的条件下,感觉器官所具有的辨认能力。通过测定人的每一种感觉维度的绝对辨认能力,可以确定人在每一种感觉维度上所能传递的最大信息量。所谓维度,就感知觉而言,是指每一种感觉的性质。如,视、听、味等,可各视为一种维度。实验证明:使用多维度信号传递信息,其效率高于使用单一维度。但也表明,使用多维度信号传递的信息量总是小于每个维度单独使用时所传递的信息量之和。,人的通道容量,利用绝对辨认来估计人的信息传递能力,由于没有考虑辨认速度这一因素,所以有一定的局限性。为了全面反映人的信息传递能力,有必要引入信息传递
19、率这一概念。信息传递率是指人在单位时间内所能传递的信息量,又称人的通道容量,单位为:bit/s。一般认为,人的通道容量约为7bit/s左右,即人每秒最大可传递7bit左右的信息量。实际上,人的信息传递率远远高于7bit/s,这是因为作用于人的感觉器官的外界刺激往往都是多维的。,2、记忆,关于记忆,传统心理学认为:人们感知过、思考过、体验过、操作过的事物,都可以保留在头脑中,并在需要的时候,将它们重现,这一过程即为记忆。信息论的问世,人们开始用信息加工过程来研究和解释人的心理过程和复杂行为,这就是现代认知心理学。现代认知心理学认为:记忆是人脑对信息的获得、储存和提取的过程。因此,记忆过程有三个环
20、节:识记(信息的输入和编码)、保持(加工后信息的储存)、再认和回忆(信息的提取)。显然,这三个环节中,信息编码越完善,组织越有序,提取也越容易。反之亦然。,3、注意,注意是心理活动对一定对象的指向和集中。它是人们学习、工作等一切活动的必要条件和心里保证。注意包括无意注意(自然的、不需付出意志努力、不易身心疲劳)和有意注意(需付出意志努力、易引起疲劳)。注意的基本品质:包括注意的广度、注意的稳定性、注意的分配、注意的转移。,4、持续警觉,持续警觉:在刺激环境单调和脑力活动以注意为主的条件下,长时间保持的警觉状态。如,化工、发电厂、雷达站、飞机驾驶等,都要求作业者长时间的保持警觉状态。第二次世界大
21、战期间,雷达屏观察人员发现目标的百分比不断变化,起初30min内,能发现目标50%,第二个30 min只发现目标23%的目标,第三、第四个30min,发现目标16%和10%。在持续警觉作业中,信号脱漏是衡量作业效能下降的指标。,觉醒-效能曲线图,低 觉醒状态 高,高作业效能,觉醒-效能曲线的意义,觉醒-效能曲线具有的普遍意义:信号频率的高低决定了人的“觉醒状态”,觉醒状态是指人从睡眠到高度紧张之间的心理生理曲线,其意义是与人的作业效能最大值对应的觉醒状态为最佳觉醒状态。,影响持续警觉作业效能下降的因素,影响持续警觉作业效能下降的因素可能有:信号出现的时间极不规则;不良的作业环境;信号强度弱,信
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