《人的作业特征》PPT课件.ppt

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1、飞行器人-机-环境工程,王奕首航空航天学院,第4章 人的作业特征,概述4.1 人的体力作业负荷4.1.1 体力作业负荷及其测定 4.1.2 人体作业时的能量代谢 4.1.3 体力劳动强度分级 4.1.4 作业能力的动态分析 4.1.5 作业疲劳及其测定 4.1.6 作业时人体的调节与适应,概述,人,机,环境,作业能力定义：完成某种作业所具备生理、心理特征，综合体现的个体所蕴藏的内部潜力作业生理、心理特征可从操作者单位时间内完成的操作的质量和数量间接地反映现代人机系统的信息量和复杂性呈爆炸性增长,作业,操作者,监视者,决策者,概述,人-机-环境系统的功能是通过人的作业输入来实现人的作业特征取决于

2、体力作业和脑力作业的比例分配正确地预防体力、脑力作业疲劳是保障人作业能力的基础,体力作业负荷及其测定,4.1.1.1 体力作业定义 人体单位时间内承受的体力工作量的大小,人体的工作能力是有一定限度的,工作量,作业效率,工作限度,4.1.1.2 体力作业负荷测定 运用生理和生化指标的变化来测定人体作业负荷水平,生理变化测定,生化变化测定,主观感觉测定,体力负荷,肺通气量,心率,血压,氧债,吸氧量,糖原(血糖),乳酸,体力负荷,生化指标,尿蛋白,乳酸或尿蛋白,血糖,自认劳累分级量表,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,重,有点重,非常重,非常非常重,有

3、点轻,肌电,安静,中等强度,较大强度,人体摄入物质（糖，脂肪，蛋白质）氧化分解，释放热量主要能源（70）储存 人体的主要组成部分 生物氧化 能量CO2,H2O 热能（50）(化学能）三磷酸腺苷（ATP）维持体温，散发出体外 放出能量 供合成代谢和生理活动,4.1.2 人体作业时的能量代谢,能量代谢定义：体内能量的产生、转移和消耗,4.1.2.1 人体能量的产生机理 由于骨骼肌约占人体重的40%，故体力劳动的能量消耗较大。骨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 A

4、TPH2OADPPi29.3 kJ/mol,ATP产能途径：ATP-CP系列；需氧系列；乳酸系列,1.ATPCP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：即 CPADP Cr(肌酸)ATP 该过程简称为ATPP系列。特点：ATPCP系列提供能量的速度极快，不需要O2，不产生乳酸CP在人体内的贮量有限；该途径的产能过程只能维持肌肉大强度活动几秒钟.,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 ATP 特点：在合成的开始阶段，以糖的氧化磷酸化为主；在作业持续到结束阶段，以脂

5、肪的氧化磷酸化为主；ATP生成总量大(输出功率15J/(kg.s)，但速度慢；不产生乳酸；长时间耐力活动的物质基础,氧化磷酸化,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：葡萄糖(糖原)ATP乳酸 特点：乳酸逐渐扩散到血液，部分排出体外，其余在肝,肾内部又合成为糖原；在食物营养充足条件下，经休息，可较快合成为糖原；产能方式不经济(需大量葡萄糖)；乳酸属致疲劳物质；乳酸系列转换不能持续较长时间。,糖酵解,糖酸解时1g分子葡萄糖能合成2g分子ATP，但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快3

6、2倍，所以是高速提供能量的重要途径。,三种产能过程如图4-1所示，其产能特性如表4-1。,图4-1 肌肉活动时能量的来源示意图,肌肉转换化学能做功的效率约为40%；若包括恢复所需能量，总效率约为10%-30%)，其余的能量以热的形式释放。,表4-1 三种产能过程的一般特性,4.1.2.2 作业时人体的耗氧动态 作业时人体所需要的氧量的决定因素：劳动强度作业时间循环系统的机能呼吸器官的功能氧债定义：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4-2所示。,作业本身性质,作业者本身性质,最大摄氧量正常成年人：3L

7、/min常锻炼者：4L/min老年人：1-2L/min,最大氧债能力：10L体内产生乳酸7g/min作为代价透支1L氧,图4-2 作业中的氧债与劳动负荷关系图(a)需氧量小于最大摄氧量；(b)需氧量大于最大摄氧量,作业持续时间长理论上：A=B,作业时间短(最多10min，达到氧债衰竭状态)：B=A+C,4.1.2.3 能量代谢和能量代谢率 能量代谢定义：人体能量产生和消耗称为能量代谢。人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量的总和。在不对外做功的条件下，体内所产生的能量等于由身体散发出的热量，从而使体温维持在相对恒定的水平上。能量代谢形式：基础代谢安静代谢活

8、动代谢,代谢产生的能量=体外做功能量+体内消耗转换为热量的能量,1.基础代谢基础条件：清醒静卧空腹(食后10 h以上)室温在20 左右 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(kJ/(hm2)。我国正常人基础代谢率平均值见表4-2。,表4-2 我国正常人基础代谢率平均值（kJ/hm2）,是否能得到一定的规律？,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和为维

9、持体味平衡及某种姿势所增加的代谢量。安静代谢率用RR表示。,测定方式：作业前或作业后的呼气分析法；安静代谢=常温下基础代谢量的120%,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 MRARRR（4-1）,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

10、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,（4-2）,表4 4 相对能量代谢RMR的推算值,表4-3为不同活动类型的RMR的实测值。,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 ARRRMR1.2BRRMRBR（1.2RMR）BR(4-3),(4-4),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、作业速度等。由表4-3和表4-4可看出，不同类型的作业对能量代谢的影响。图4-3给出了不同作业的能量消耗值，其范围从1.616.2kCal/min。,图4-3

11、 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()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4-4所示。各种不同姿势的相对氧耗量，如图4-5所示。,图4-4 用不同方式搬运重物时氧耗量比较图(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%),图4-5 不同姿势的氧耗量比较图(a)仰卧(100%)；(b)坐姿(103%105%)；(C)立姿(108%0）（d）跪姿(130%140%)；(e)弯腰(150%0),4.

12、1.2.4 能量代谢的测定,测定方法,直接法：,间接法：,通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价求出能量代谢率,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,供能物质,糖,蛋白质,脂肪,体外燃烧与体内氧化产生的热量相等1g糖产生的热量约等于17.4kJ；1g脂肪产生的热量约等于40kJ,体外燃烧大于体内氧化产生的热量1g蛋白质燃烧产生的热量约等于23.4kJ=体内氧化热量17.9+尿素形式,表4-5 三种营养物质氧化时的数据,物质能量表征,氧热价,呼吸商,每消耗1L氧所产生的热量,机体在同一时间产生的CO2量与消耗的O2量比值,一般混合物的呼吸商常在0.80左右对于蛋

13、白质中的氮以尿素排泄，则涉及到非蛋白质的呼吸商,C6 H12 O6+6 O2=6 CO2+6 H2O,食物热价,每克营养物质氧化释放的能量,表4-6 非蛋白呼吸商和氧热价的关系,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。,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

14、)，分别折算成作业时和安静时的能量消耗。,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,(4-5),4.1.3 劳动强度分级,劳动强度：作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度,以能量消耗或相对代谢率作为指标制定劳动强度,分类,脑力劳动：,体力劳动：,脑力劳动的能量消耗一般不超过基础代谢的10%,体力劳动的能量消耗是基础代谢的1025 倍,基于能量消耗的劳动强度分级方法,典型代表：日本能率协会的划分标准，5个等级,分类,相对指标：,绝对指标：,以相对代谢量RMR(国外应

15、用比较普遍),8h的能量消耗量和劳动强度指数,4.1.3.1 国外的劳动强度分级 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，见表4-9。该标准所依据的为欧美人的平均值，即体重70kg、体表面积1.84 m2。所分等级为轻、中等、强、极强、过强共五级。表4-10来源于国际劳工局1983年资料。,相对代谢率RMR越高，作业率则越低,适宜作业：RMR=2.7,可持续作业：2.7RMR4,不可持续作业：4RMR7,应机械化作业：RMR7,表4-9 按能耗和氧耗分级的劳动强度指标,表4-10 劳动强度指标与分级标准,表4-11 不同强度作业的

16、能耗量,表4-11和表4-12为日本劳动科学研究所发布的资料。日本通常以能量代谢率RMR作为评价劳动强度的指标。,表4-12 日本能率协会劳动强度分级标准(男),4.1.3.2 我国的劳动强度分级 我国于1983年制订了按劳动强度指数划分的体力劳动强度分级国家标准(GB3869-83)，该标准是在对262个工种的工人劳动时、能量代谢和疲劳感等的调查分析基础上，以劳动时间率和工作日平均能量代谢率kCal/（minm2）为指标制订的，能比较全面地反映作业时人体负荷的大小。劳动强度指数的计算公式为 I3T7M（4-6）式中：I劳动强度指数；T劳动时间率；,M8 h工作日能量代谢率，kCal/(min

17、m2)；3劳动时间率计算系数；7能量代谢率计算系数。,1997年，又重新确定了新标准(GB3869-97)代替了原来的标准，规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别，作为劳动安全卫生和管理的依据。,劳动强度指数计算公式为 I10TMSW（4-7）式中：I劳动强度指数；T劳动时间率,%；,M8 h工作日能量代谢率，kJ/(minm2)；S性别系数(男性=1，女性=1.3)；W体力劳动方式系数(搬=1，扛=0.4，推/拉=0.05),劳动时间率T为一个工作日内净劳动时间(除休息和工作中持续1min以上的暂停时间外的全部活动时间)与工作日总时间之比，即,能量代谢率M计算方法：根据抽样计算各项作业活动与

18、休息的能量代谢率Ye，分别乘以相应累计时间，得出一个工作日内能量消耗总值外的全部活动时间)与工作，再除以工作日制度工作时间，得出工作日平均能量代谢率Mo。Ye计算公式,与肺通气量X值大小有关,4.1.3.3 以耗氧、心率等指标分级 研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率具有相同意义。典型代表是，国际劳工局1983的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级。,4.1.4 作业能力的动态分析,能力定义：是指一个人顺利完成一定活动所表现出的稳定的心理和生理特征。它直接影响活动的效率。能力总是与活动联系在一起并在活动中表现出来。完成活动通

19、常需要多种能力的结合。能力可分为一般能力和特殊能力。,飞行员和宇航员有何特殊的能力要求？,4.1.4.1 作业能力的动态变化规律 作业能力：是指作业者完成某种作业所具备的生理、心理特征，综合体现个体所蕴藏的内部潜力。这些心理和生理特征，可以从作业者单位作业时间内生产的产品产量和质量间接地体现出来。但在实际生产过程中，生产的成果(产量和质量)除受作业能力的影响外，还受作业动机等因素的影响，所以 生产成果f(作业能力作业动机),图4-10 劳动生产率动态变化典型曲线,一时性协调功能,终末激发现象,4.1.4.2 影响作业能力的主要因素 影响作业能力的因素多而复杂，除了作业者个体差异之外，还受环境条

20、件、劳动强度等因素的影响，其大致可归纳为生理因素、环境因素、工作条件和性质、锻炼与熟练效应等四种。,1.生理因素 体力劳动的作业能力，随作业者的身材、年龄、性别、健康和营养状况的不同而异。2.环境因素 环境因素通常是指工作场所范围内的空气状况、噪声、照明、色彩和微气候等。3.工作条件和性质 生产设备与工具的好坏对作业能力的影响较大，这主要看它在提高工效的同时，是否能减轻劳动强度，减少静态作业成分，减少作业的紧张程度等。,能量消耗量作业最大能量消耗量的1/3,4.锻炼与熟练效应 锻炼能使机体形成巩固的动力定型，可使参加运动的肌肉数量减少，动作更加协调、敏捷和准确，大脑皮层的负担减轻，故不易发生疲

21、劳。,图4-11 典型熟练效应曲线,熟练效应是指经常反复执行某一作业而产生的全身适应性变化，使机体器官各个系统之间更为协调，不易产生疲劳，使作业能力得到提高的现象。典型的熟练效应曲线如图4-11所示。曲线表明随着产品产量增加，作业者作业的熟练程度越高，平均单位工时消耗也越少。反复进行同一作业是一种锻炼过程，是形成熟练效应的原因。,4.1.5 体力疲劳及其消除措施,4.1.5.1 体力疲劳的特点与分类 作业者在作业过程中，产生劳动作业机能衰退，作业能力明显下降，有时并伴有疲倦等主观症状的现象，叫做作业疲劳，简称疲劳。,疲劳是飞行员的大敌,从医学的观点出发，身体疲劳的定义为：在操作过程中，人体由于

22、生理和心理状态的变化，会产生某一个或某些器官甚至整个机体过度运转的状况，表现为人体功能衰退和周身出现不适感觉。,自然性防护反应,作业疲劳的特点突出表现在，疲劳不仅是生理反映，而且还包含着大量的心理因素、环境因素等。例如，作业者为了某种目的，通过自己的努力可以在短时间内掩盖疲劳的效应；相反，心理上的某种不适应或不满又会提前或加速疲劳的出现，如单调的作业内容、强制而令人不适的作业节奏，使作业者产生厌倦感，因而造成作业者的作业效率下降。,美军飞行员服用安非他命(禁药),局部疲劳(如电脑前久坐),全身疲劳(搬运，游泳),短时间剧烈活动产生的疲劳(短跑),长时间中等作业产生的疲劳,4.1.5.2 疲劳的

23、发生机理 疲劳的类型不同，发生的机理也不尽相同。1.疲劳物质累积机理 短时间大强度体力劳动所引起的局部肌肉疲劳，是由于乳酸在肌肉和血液中大量积蓄引起的，称为“疲劳物质累积机理”。,三磷酸腺苷(ATP),葡萄糖,糖酵解,氢离子浓度上升,肌肉酸碱度下降,肌肉收缩能力下降,乳酸积累,2.力源耗竭机理 较长时间轻或中等强度劳动引起的疲劳，既有局部肌肉疲劳，又有全身性疲劳。这种局部肌肉疲劳不是由于乳酸积蓄所致，而是由于肌糖原贮备耗竭之故，称为“力源耗竭机理”。,3.中枢变化机理 强烈或单调的劳动刺激会引起大脑皮层细胞贮存的能源迅速消耗，这种消耗会引起恢复过程的加强。当消耗占优势时，会出现保护性抑制，以避

24、免神经细胞进一步耗损并加速其恢复过程，这种机理称为“中枢变化机理”。,血糖降低中枢神经疲劳,大脑神经抑制性递质“氨基丁酸”上升大脑兴奋性降低,中枢和外围相结合肌肉疲劳,4.生化变化机理 全身性体力疲劳是由于作业及其环境所引起的体内平衡状态紊乱，引起这种平衡紊乱的原因除包含局部肌肉疲劳外，还有许多其他原因，如血糖水平下降、肝糖原耗竭、体液丧失(脱水)、电解质丧失(Na和K)、体温升高等，这称为“生化变化机理”。,肌肉活动和收缩时，体内淀粉含量减少，分解为乳酸，并放出热能(121 kJ/克分子)供肌肉活动，当体内淀粉含量不足或供不应求时，则产生明显的疲劳感,5.局部血流阻断机理 静态作业引起的局部

25、疲劳，是由于局部血流阻断引起的。因为肌肉收缩时，使肌肉变得非常坚硬，其内压可达几十kPa，因此会部分地或完全地阻断血流通过收缩的肌肉。,有氧状态,股四头肌张力/最大收缩力,5,10,20,30,60,70,血流,乳酸,总体来说，疲劳产生的机理，因疲劳产生的形式不同而有所不同，也可能会是上述5种机理综合影响所致。人的中枢神经系统主管人的注意力、思考、判断等功能，无论何种类型的操作，最先、最敏感地反映出来的是中枢神经的疲劳，继之反射运动神经系统也出现相应的疲劳，表现为血液循环的阻滞、肌肉能量的耗竭、乳酸的产生和动力定型的破坏等。,4.1.5.3 测定疲劳的方法 疲劳测定方法应能满足准则：测定结果应

26、是客观的表达，而不依赖于研究者的主观解释；测定结果应定量化地表示疲劳的程度；测定方法不能导致附加的疲劳，或使被测者分神；测定疲劳时，不能导致被测者不愉快或造成心理负担与病态感觉。,疲劳特征的表现生理状态发生特殊变化，如心率、血压、呼吸、乳酸；作业能力下降，如反应速度、正确率与感受性；疲倦的自我体验。,1.生化法 生化法通过检查作业者的血、尿、汗及唾液等体液成分的变化判断疲劳。这种方法的不足之处是，测定时需要中止作业者的作业活动，并容易给被测者带来不适和反感。,2.生理心理测试法 生理心理测试法又包括：膝腱反射机能检查法；两点刺激敏感阈限检查法；频闪融合阈限检查法；连续色名呼叫检查法；反应时间测

27、定法；脑电肌电测定法；心率(脉率)血压测定法等。,1)膝腱反射机能检查法：疲劳造成的反射机能钝化程度来判断，适用于体力疲劳和精神疲劳判定,根据小腿弹起角度大小评价疲劳5-10度：轻度疲劳；10-15度：中度疲劳；15-30度：重度疲劳。,2)两点刺激敏感阈限检查法利用两个距离很近的针状物同时刺激皮肤表面，当两个刺激点间的距离小到刚刚使受试者感到是一点时的距离。称为两点刺激敏感阈限。,疲劳程度,阈限值,3)频闪融合阈限检查法利用视觉对光源闪光频率的辨别程度判断机体疲劳的方法。融合现象：把闪变频率提高到使人眼对闪变感觉消失融合度：开始产生融合现象的闪变频率；闪变度：在融合状态下降低光源的闪变频率，

28、使人感觉到闪变感觉的临界闪变频率。为了表征疲劳程度，一般以频闪融合阈限的日间变化率(dR)和周时变化率(wR)指标表示，即,（4-9）,（4-10）,日本早稻田大学大岛的研究结果认为，正常作业应满足表4-14列出的标准表4 14 频闪融合阈限值,4)连续色名呼叫检查法。通过检查作业者识别各种颜色，并能正确地叫出各种颜色色名的能力，从而判别作业者疲劳的方法。5)反应时间及脑电肌电测定法。反应时间的变化也同样能表征中枢系统机能的迟钝化程度。后者适用于局部肌肉疲劳 6)心率(脉率)、血压测定法。上述方法不足之处，是判断疲劳的过程不能与作业者的作业过程同时进行。,疲劳程度,测定指标,根据当前技术条件，

29、心率(脉率)、血压测定法可以在作业者的作业过程中，实现对作业者的心率(脉率)、血压遥控检测，而又不会给作业者增加负担。图4-12是一男性青年的强化疲劳试验的结果。,图4-12 某男性青年强化疲劳测定曲线,3.他觉观察和主诉症状调查法 疲倦的他觉观察和主诉症状调查法，也称自我感觉摄影。具体的做法是首先选定若干受试者，然后对他们进行若干天的跟踪调查。在受试者上班的时间内，每隔半小时向受试者提出询问：“在当前时刻你体验到什么样的疲劳特征?”要求受试者指出这种或那种症状及其程度微弱、中等、剧烈。,数据处理以程度的变异和新症状的出现作为单位数，如果出现中等或剧烈的新症状，则增加2或3个单位数，出现“普遍

30、疲劳”或“全身症状”时加3个单位数，然后计算各个时间的平均数(见表4-15)。,表4-15 疲劳的自我症状计算表,4.1.5.4 疲劳的一般规律 作业疲劳与休息恢复二者交替人体机能与适应能力日趋完善疲劳可以通过休息恢复；疲劳有累积效应；疲劳程度与生理周期有关；人对疲劳有一定的适应能力。,青年人,老年人,休息,疲劳程度,4.1.5.5 提高作业能力与降低疲劳的措施,1 改进操作方法，合理应用体力 合理设计作业中的用力方法主要从以下几方面考虑：1)合理安排负荷，使单位劳动成果所消耗的能量最少。2)按生物力学原理，把力用到完成某一操作动作的作功上去。3)利用人体活动特点获得力量和准确性。,4)利用人

31、体的动作经济原则，保持动作自然、对称、有节奏。5)降低动作能级。能用手指完成的作业，不用手臂运动实现；能用手臂运动完成的作业，不用全身运动实现。6)充分考虑不同体位时的用力特点。,2 合理确定休息制度 1).合理确定作业过程中的休息时间 不同劳动强度的能量消耗亦不同。为了延缓疲劳的发生，减少错误和事故，保证产品质量，维护作业者的健康，必须在作业过程中插入必要的休息时间。因为延长作业时间对消除疲劳极为不利，所以必须根据不同的劳动强度，合理确定休息时间。,米勒：一般人可连续运动480min中间不休息的最大能量消耗界限为16.75kJ/min,图4-13 能量消耗水平与作业持续时间的关系,设作业时增

32、加的能量消耗量为M，制度劳动时间为t，实际劳动时间为tL，休息时间为tX。则 ttLtx（4-11）休息率为 trtxtL 实际劳动率为 twtLt,因为实际劳动时间为100.47kJ能量贮备被耗尽的时间，所以,由于要求总的能量消耗应满足平均能量消耗量不超过16.75 kJmin，所以 tLM（tLtx）16.75,从而可得,（4-13）,（4-15）,（4-14）,在实际作业中，实际劳动率通过下述途径实现。1)在强制节拍流水线上，实际劳动率体现在设置一定的工间暂歇和工间休息时间上。工间暂歇是指工作者的动作与动作间、作业与作业间的暂时停顿。2)其他形式作业时的实际劳动率，一般是在制定劳动工时定

33、额时，增加一定比例的调整量或宽放量(宽放率、富裕率)来体现。,2.轮班制度 作业者在夜班工作的生理机能水平，只有白班工作时的70，主要表现为体温、血压、脉搏降低；血液中的盐分增加；感受性、反应机能降低等。这必然导致工作效率降低。其原因主要是，夜班工作破坏了作业者的生物节律；夜班作业在白天得不到充分的休息，使机体产生不适应性疲劳。,表4-16 各种劳动强度的实际劳动率标准,表4-17 我国采用的劳动强度分级与实际劳动率的关系,3.休息日制度 通过膝腱反射机能方法对作业者疲劳累积情况的调查表明：轻劳动强度作业一天后，其反射机能下降不大，第二天便可以恢复到原来的水平；重强度体力作业一天后，膝腱反射机

34、能下降很大，有的作业者在第二天也恢复不到原来的水平，以后每天的反射机能起点逐渐降低，劳动效率也随之降低，只有在连续工作56天后，休息12天，才能解除疲劳。因此，确保休息日制度的实施非常重要。,3 改善工作内容，克服单调感 作业过程中出现许多短暂而又高度重复的作业或操作，称为单调作业。单调作业使作业者产生不愉快的心理状态，称为单调感或枯燥感。,4 合理调节作业速率 作业速率对疲劳和单调感的产生有很大影响，人的生理上有一个最有效或最经济的作业速率。作业速率过高，会加速作业者的疲劳，甚至影响身体的健康。,4.2 人的脑力作业负荷,脑力负荷研究背景,人工作业系统-人是动力源，并控制整个过程机械化系统-

35、人机共动,人操纵作业半自动化系统-机动为主，人是控制者，操纵机具设备，对系统进行某些调整或简单作业。自动化系统-人的作业为监视和管理,体力劳动 脑力劳动 操作型作业 知识型作业,机械化系统 冲床作业,半自动化系统-高速火车驾驶,自动化系统-电站控制室,人机系统的发展,人工系统-打铁作业,劳动力结构：脑力劳动者在从业人口中所占的比例越来越大如何预测和测量人在系统中的表现及脑力负荷，评价脑力劳动效率对人机系统效率的影响具有重要意义。实例:世纪年代，脑力负荷是美国航空工业中管理阶层和劳工之间的一个重要议题。美国航空驾驶员协会认为DC-9型和波音737在工作的高峰期对两个驾驶员来说脑力负荷太高了，他们

36、要求每架飞机上配三个驾驶员，而航空公司则坚称两个驾驶员就够了。美国国家航空局开始着手建立检验各种飞机的脑力负荷标准，美国空军也开始要求新飞机的设计要符合脑力负荷的标准。,问题 什么是脑力负荷？如何测量脑力负荷？,4.2.1 脑力负荷定义及其影响因素,一、脑力负荷研究发展 1）1976年，北大西洋公约组织国家的一些科学家在美国麻省理工学院谢尔顿教授的主持下召开了“监视行为和控制”的专题会议，讨论技术进步对人在系统中作用的变化。提出了在新的系统中测量人的脑力负荷的重要性。2）1977年，北约组织的一些著名学者又召开了“脑力负荷的理论和测量”专题会议，系统讨论了脑力负荷的定义、理论及测量方法。之后，

37、30多年间关于脑力负荷的研究日益得到重视。,热点 脑力负荷的测量和预测方法 脑力负荷测量方法的应用,到哪去查脑力负荷评价研究文献？,中国学术期刊全文数据库 中国优秀硕博士论文全文数据库 Elsevier Science期刊 Springer Link全文数据库 Wiley Interscience期刊数据库 ARL全文期刊与报纸数据库 美国计算机协会ACM数据库检索关键词“脑力负荷”，“Mental Workload”；脑力劳动，“Mental Work”,国内外主要期刊和相关学者,人类工效学系统工程学报工业工程与管理工业工程心理学报研究与发展管理中国航空航天医学杂志航天医学与医学工程航空军医

38、中华劳动卫生职业病杂志中国心理卫生杂志中国临床心理学杂志，各大学学报。,国内刊物：,国内外主要期刊和相关学者,国内学者：,廖建桥（华中科技大学管理学院）刘宝善（空军航空医学研究所）董明清（第四军医大学航空心理学）袁修干和柳忠起（北京航空航天大学）朱祖祥和张智君（杭州大学心理系）王东光（中国民航飞行学院航行系）文治洪（第四军医大学航空航天医学系）韩东旭（航空医学工程研究所）,脑力负荷评价研究相关期刊,国外刊物：,Applied Ergonomics、International Journal of Industrial Ergonomics、Theoretical Issues in Ergon

39、omics Science、Human Factors、International Journal of Human-Computer Studies、Aviation,Space and Environmental Medicine、International Journal of Psychophysiology、International Journal of Neuroscience、IEEE transactions on systems,man and cybernetics 等,脑力负荷评价研究相关期刊,国外学者：,Moray N，Reid GB，Juergen Sauer，OD

40、onnell RD，Young MS and Stanton NA，Guillermo M(墨西哥大学)，Hwa S.Jung，B.S.Moon，Shinji Miyake，Kilseop Ryu 等,二、脑力负荷定义（Mental Workload）脑力劳动：运用知识、以脑力消耗为主工作的劳动脑力负荷；心理负荷；精神负荷；脑力负担（1）最初定义 形容人在单位时间人所承受的脑力活动工作量，形容人在工作中的心理压力，或信息处理能力。,多维概念 工作要求 时间压力 作业者能力 行为表现,（2）1977年北约组织会议上学者从不同角度的定义 1)脑力负荷是人在工作时的信息处理速度，即决策速度和决策的困

41、难程度（工作要求）(Moray教授)2)脑力负荷是人在工作时所占用的脑力资源的程度，即脑力负荷与人在工作时所剩余的能力是负相关的（资源占用）,人的信息处理系统的结构图,3)脑力负荷是人在工作中感受到的工作压力的大小，即脑力负荷与工作时感到的压力是相关的（感受压力）4)脑力负荷是人在工作中的繁忙程度，即操作人员在执行脑力工作时实际有多忙（行为表现）,（3）脑力负荷定义归纳（教材中的定义）,脑力负荷+人的闲置未用的信息处理能力=人的信息处理能力,脑力负荷：反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标,人的信息处理能力（人的能力水平）工作任务对人的要求（工作要求）人工作时的努力程度（努力程度）,人的闲

42、置未用的信息处理系统与下列因素有关：,因而脑力负荷也与这些因素有关。,三、脑力负荷的影响因素,人的能力,人的业绩,工作压力,工作难度,工作强度,时间压力,工作困难,工作环境,工作内容,训练/努力程度,脑力负荷,人的能力,人的业绩与脑力负荷的关系,低 脑力负荷 高,工作绩效与脑力负荷强度的关系模型。,TR工作在客观要求的时间TA-操作者实际提供的时间，反映操作要求强度,脑力负荷的适当与否对系统的绩效、操作者的满意感以及安全和健康均有很大的影响。工作业绩与脑力负荷强度存在明显的依赖关系。,脑力低负荷,脑力超负荷,4.2.2 脑力负荷预测方法,对脑力负荷的预测方法主要采取分析方法：时间压力模型波音公

43、司的方法Aldrich的脑力负荷预测方法时间占有率模型,一、Siegel和Wolf的时间压力模型,Siegel和Wolf开发了一个以人为中心的人机计算机模拟系统。在这个模拟系统中，人的负荷情况是影响人一机系统效益的最主要的因素。该方法将影响脑力负荷的各种因素的作用以“压力”这个变量来表示。,(1)操作人员的工作速度。(2)一起完成某项工作的合作者工作不正常时，会使自己产生压力(3)首次执行某项工作失败后，不得不重复一次或几次，在重复做这项工作时，操作人员也会产生压力；(4)操作人员不得不等着机器做出反应。,压力的影响因素,在开发这个计算机模型时，首先用工作分析的方法完成以下工作:(1)把工作任

44、务分解成次级任务(2)给出各个次级任务之间的相互顺序及影响关系，各个次级任务的重要性，执行各项任务所需要的时间(随机分布的时间)，完成每项次任务成功的概率，若第一次完不成这个次级任务后可采取的措施(重做或忽略)等。(3)将上述分析结果输入计算机。把各个次级任务根据工作顺序和概率连接起来，给出不同的随机数值，就可以模拟人的行为，计算机可自动把一些有用的信息记录下来。,时间压力模型的基本假定,人对还剩有多少时间可以用来完成任务的判断。这个判断的结果就是时间压力。时间压力影响到操作人员的操作速度。Siegel和Wolf把时间压力定义为完成任务所需要的时间与给定的完成任务时间之比，通过试验发现，这样定

45、义的时间压力，对正常人时间压力的临界值在2.3左右，即当完成任务所需要的时间超出给定时间一半以上以后，操作员的行为才受到破坏性干扰。,时间压力,操作速度,临界值,典型应用着陆问题空中加油空中拦截多人工作模拟,二、波音公司的方法,从波音737开始，飞机上开始用电子计算机显示和控制系统，评价飞行系统给人带来的脑力负荷就成为一个非常现实的问题。波音公司最后主要采用工作任务的时间分析来评价脑力负荷，这种方法与传统的时间和动作研究有些相似。波音公司的研究人员Hickey首先提出了用时间研究的方法分析人的业绩的可能性问题。,接着，Stern等人把这种方法扩展到用操作人员的能力和剩余的能力来估算人的负荷比例

46、。他们在做脑力负荷的估计时，也考虑到同时执行两项以上的任务和体力方面的影响。他们随意地把80%作为脑力负荷的上限，这样使操作人员能有一点剩余的能力(时间)，这点能力也可以用来检查自己的错误等等。这种方法产生的结果比较令人满意。,在与上面的研究人员同时进行的研究中，波音公司的 Smith提出用时间占有率作为负荷比例。Smith在完善他的模型时，又考虑了认知性的任务。,图10-3是按这种方法计算出来的当使用电子计算机之后，在执行10多分钟的任务时某操作人员的脑力负荷随时间的分布。,图4-9 某操作人员脑力负荷随时间分布情况,脑力负荷的标准(临界值),平均负荷,费时对认知性任务、可同时工作和较复杂工

47、作的处理比较粗糙,存在问题,三、Aldrich的脑力负荷预测方法,类似于前两种方法，但增加了新内容。,工作分析阶段,子任务所需时间估计,人的各部位被占情况,连续性任务,间断性任务,系统,使命,阶段使命,任务,行为,人的工作部位,功能,感觉子系统,反应子系统,认知子系统,视觉,触觉,听觉,Wickness的多资源理论,Aldrich模型的视觉负荷表,脑负荷是5个子系统所承受的负荷之和,脑负荷为专家主观值,简单累加缺乏科学依据,波音公司方法的得到验证，其他的方法缺少检验,脑力负荷实际预测指标是脑力负荷么？,4.2.3 脑力负荷的测量(评价)方法,人体随承担脑力负荷大小变化会有哪些反应：自我体验、生

48、理指标、业绩变化、完成辅助任务的能力。,（一）主观评价法,是最流行也是最简单的脑力负荷评价方法。该方法要求系统操作者陈述特定操作过程中的脑力负荷体验；或根据脑力负荷体验对操作活动进行难度顺序的排列。直接涉及脑力负荷本质。,特点,是脑力负荷评价中唯一的直接评价方法。,一般在事后进行，不会对主操作作产生干扰。,使用统一的评定维度，不同情境的负荷评价结果可相互比较。,使用简单、省时。数据收集与分析容易。,主观评价法分类,古柏一哈柏(Cooper-Harper)评价法 主观负荷评价法（SWAT量表）NASATLX量表等,古柏一哈柏(Cooper-Harper)评价法，1969年提出,（1）古柏一哈柏提

49、出主要目的,用于评价飞机驾驶难易程度的一种方法，用于飞机操纵特性的评定。,（2）建立依据,基于飞行员工作负荷与操纵质量直接相关的假设。,（3）具体方法,把飞机驾驶的难易程度分为10个等级，飞机驾驶员在驾驶飞机之后，根据自己的感觉，对照各种困难程度的定义，给出自己对这种飞机的评价。,表 Cooper-Harper法的分级方法,在60年代后期，美国空军用CooperHarper方法评价新式飞机操作的难易程度取得了很大的成功。,由于飞机操作的难易程度与脑力负荷极为相关，后来，人们对CooperHarper方法进行了改进，把评价表中的飞机驾驶困难程度改为工作的困难程度，使之适合评价一般任务的脑力负荷。

50、,“库柏-哈柏”方法应用举例 研究目的-验证量表可用性，对飞机性能进行评价一、研究对象驾驶过歼A和歼B两种飞机的飞行员144名。年龄24岁-46岁；飞行时间:歼A 100 h-2500 h；歼B 100 h-1100 h。飞行技术均属优、良等级;身体、心理状况健康,飞行合格。二、方法1、划分10个等级2、为统一评价标准，以双180大航线仪表飞行课目为评价标准。三、问卷调查及数据处理 144名受试者对歼A和歼B飞机驾驶难度评价等级分布结果,A飞机的驾驶性能明显差于歼B飞机,结论：（1）歼A飞机的驾驶性能为五级-六级,趋向六级,即飞机的驾驶性能存在重度的不足,为了达到飞行大纲的要求,飞行时需要付出