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1、人机工程,了解人机工程基本原理和人机工程伤害因素，选择最佳作业姿势及作业环境，避免人机工程伤害的发生。,课程目的,人机工程概述 1、人机工程发展及定义 2、人机工程中人的特性 人机伤害因素 长期累计性创伤失调 作业姿势与作业环境,主要内容,人机工程的发展：人的基本能力,感觉：视觉、听觉、触觉、味嗅觉、 动觉、温度觉； 信息处理：知觉、认知、行动反应与控制； 行动：手脚的活动；,这些能力人并不一定及动物，但人类如何控制了整个世界？,工具是手的延长,人机工程的发展：古典的人机关系,工欲善其事，必先利其器,泰勒的铲煤试验,泰勒，Frederick W. Taylor 18561915 泰勒被公认为科
2、学管理之父，于1881年首创“时间研究”（Time Study），其主张设法寻求最适宜的工作方法，但其重点仍在规定每一工作之时间标准，故称之为“时间研究”； 改进钢铁厂工人用铲（1898）；,人机工程的发展：工效学,用铲的科学： 一铲煤粉 3.5 磅 一铲矿石 38磅 实验数据：每铲物料重 每个工人每天铲起物料重 38磅 25吨 34磅 30吨 2122磅 59吨,人机工程的发展：工效学,结果： 老计划 新计划 工人数 600 140 每人每天平均工作量 16吨 59吨 每人每天平均收入（$） 1.15 1.88 搬运一吨平均费用（$) 0.072 0.033,吉布雷斯：动作研究和分析,吉布雷
3、斯，Frank B.Gilberth, 18681924 吉布雷斯在1885年首创动作研究(motion study)； 用摄像机拍摄砌砖作业，改进建筑工人砌砖的方法（1911年）；,人机工程的发展：工效学,二次世界大战前工效学的局限性,仅着眼于如何使人适应机器和工具获得更高的工作效率；,人机工程的发展：工效学,未系统地考虑过机器适应人的各种特征的问题；,设备往往超过人的能力极限和耐受界限；,人机工程学的定义,人机工程学是所有可应用于系统与产品的规范、设计、评估、操作与维护等，以提高其安全性、效率与满意程度的有关人的行为与生理上的特征的科学与技术。,Ergonomics = ergos nom
4、os,“work“ “laws“,人机工程学的命名,Ergonomics is a multidisciplinary science dealing with the interactions between people and their total workplace environment,美国,Human Engineering 人类工程学 Human Factors Engineering 人因工程,西欧,Ergonomics 工效学,日本,人间工学,中国,人机工程学，工效学,其他,人体工程学，人类工效学，工程心理学,工效学的相关学科,人类学,医学,生物力学,生理学,心理学,工业
5、工程,数学与统计,教育学,物理与化学,人机工程师的职能,人机工程师的任务： 则为将人性因素的知识、方法与数据，应用于产品或产品的发展与设计的工程人员。,系统发展与产品设计时，人性的因素的考虑是不可避免的。,人机工程学在企业的应用领域,人机工程学的目标,改善人的工作绩效； 增加速度、准确性与安全性，使用较少的精力、减少疲劳； 降低训练需求与训练费用； 改善人力的运用状况； 经由人为失误的降低，减少员工的缺席率、 设备呆滞率与意外次数； 改善使用者/操作者的舒适程度；,提高人机系统的安全,消除物的不安全状态，改进工艺、设备、机械等物的安全性,合理的工艺指标 定期检修 、精心维护保养 易发生事故的关
6、键部位提供自动报警、自动防空、自动锁断电源、自动停机，提高自动化水平,人机工程学的目标,包括： 1、人体尺寸的测量和计算； 2、人体生物力学； 3、人的生理特征； 4、人的心理特征；,2人机系统中人的特性,人机系统中，人的作用是多方面的心理、生理因素混合作用的综合。,2.1人体测量学,人体测量学（ ANTHROPOMETRY ）的研究成果普遍应用于作业空间的规划、工具与机械设备的设计上,美国成年男女身材差异比较,项目,男人,平均 标准误差,女人,平均 标准误差,女/男比例,身高(cm) 173.2 6.9 160 6.4 92,体重(kg) 76.3 12.6 64.5 12.6 84,坐高(
7、cm) 99.4 3.8 84.6 3.7 93,膝高(cm) 54.1 3.1 49.8 2.7 92,男女力量比较,项目,女/男比例%,下肢 66,推/拉/举 65,躯体 62,上肢 58,其他 53,百分位数,人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸等级；,5%,50%,95%,代表“小”身材，是指有5%的人群身材尺寸小于此值；,表示“中”身材，是指大于和小于此人群身材尺寸的各为50%；,代表“大“身材，是指有95%的人群身材尺寸均小于此值，而有5%的人群身材只寸大于此值。,人体测量的基本术语,国标GB3975 - 83规定了人机工程学使用的成年人和青少年的人体测量术语，该标准规定，只有
8、在被测者姿势、测量基准面、测量方向、测点等符合下列要求的前提下，测量数据才是有效的。,被测者姿势,测量基准面,测量方向,支承面和衣着,基本测点及测量项目,测量基准面,矢状面 正中矢状面 冠状面 水平面 眼耳平面,人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴铅垂轴、纵轴和横轴来决定的。,人体主要尺寸,GB 10000-88是1989年7月开始实施的我国成年人人体尺寸国家标准。该标准根据人机工程学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据，它适用于工业产品设计、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造、设备更新及劳动安全保护。,立姿人体尺寸,坐姿人体尺寸,水平人体尺寸,全国成年人人体尺寸分布,全国成年人人体尺
9、寸分布，划分为以下六个区域： （1）东北、华北区 黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、 山东、河北、北京、天津； （2）西北区 新疆、甘肃、青海、陕西、山西、 西藏、宁夏、河南； （3）东南区 安徽、江苏、浙江、上海； （4）华中区 包括湖南、湖北、江西三个省； （5）华南区 包括广东、广西、福建三个省； （6）西南区 包括贵州、四川、云南三个省。,正常人着装身材尺寸的修正（部分）,项目,尺寸修正量,尺寸原因,站姿高 坐姿高 站姿眼高 坐姿眼高 肩宽 胸宽 胸厚 腹厚 立姿臀宽 坐姿臀宽,2538 3 36 3 13 8 18 23 13 13,鞋高 鞋厚 鞋高 裤厚 衣 衣 衣 衣 衣 衣,2.2
10、生物力学,骨骼 肌肉 肌腱 韧带 骨骼,手掌 前臂 上臂 大腿 小腿 躯干,人体内部需要几倍的力才能克服外力,握力 拉力 推力 扭力,生物力学与工人-作业失配问题,发生率 每百万工作小时中需要申诉医疗的情况,1.0,0,50,100,150,1.0,0,2000,4000,6000,作业强度比 = ,作业中提举的最大重量,作业模拟试验中的等长强度,严重性 每百万工作小时中，作业中断或受限制的小时数,在作业设计时必须考虑到人体测量和生物力学中的各种因素,生物力学,肌肉疲劳的确切机理尚不清楚，但是有这么几种结论：,疲劳可以被定义为能量源衰竭或者无法供应以及废物积累在肌肉组织内的时间点。 因为肌肉处
11、在一种等容收缩，减少了血液循环，所以即使在血液中有能量源却无法提供给肌肉 肌肉疲劳的后果是疼痛，震颤和无意识的收缩释放。 从收缩开始到疲劳点的时间段称为“耐久性” 疲劳后的恢复速度 在静态收缩后心率恢复正常水平，但是经过重复的收缩后肌肉的力量和韧性都会降低。长时间的静态运动或者超常规的运动后导致的精疲力竭需要数小时甚至几天的恢复时间,生物力学：生理压力,恢复时间不足 营养不良 过热的环境, 肌肉受到频繁的刺激因而没有足够的恢复时间 身体不能为肌肉提供足够的营养 血液循环不充分因而不能带走废物 身体不能有效的向外界排放热量,生物力学：与工作有关的生理学,任务类型 任务频率 任务持续时间 姿势 自
12、然环境 体重 环境条件,2.3 人的生理特征,人的生理及心理特征的制约作用,感觉,视、听、嗅、味、触、其他,知觉中枢,思考判断创造,运动中枢,运动 器官,运动 语言,记忆,神经中枢,外界 刺激,对外界 反应,2.4 人的心理特征,1. 人的气质：典型的、稳定的心理特点；,太阴、少阴、太阳、少阳、阴阳和平； 孔子：依中庸而行； 古希腊：血液、粘液、黄胆汁和黑胆汁的混合,1. 人的性格：对事物的态度和形成个人习性的行为方式,态度、意志、情绪、理智；,多血质,胆汁质,粘液质,抑郁质,急性，易失误,2.5 情绪与安全,1. 什么原因使人产生失误？,违章操作,产生事故的心理因素之一是心理机制失调 心理机
13、制失调将造成人的感知能力水平、判断力、注意力、操作能力呈下降趋势或某一方面能力的亢进，另一方面的能力明显下降。 喜伤心，怒伤肝，悲伤肺，恐伤肾，思伤肾，内伤情 节假日事故增多；,霍桑试验（Elton Mayo, 1932年）：,2.6 社会心理与安全生产的关系,职工的士气、生产积极性主要取决于社会因素、心理因素、群体心理、人际关系及领导关系的好坏，而物质刺激、工作的物理环境只是次要因素。,“人群关系”起绝对作用,需要和动机：马洛斯需要层次论,社会心理与安全生产的关系,群体心理因素 群体内聚力 形成规范和良好行为 养成安全生产的习惯,社会心理与安全生产的关系,侥幸心理 省能心理 逆反心理 凑兴心
14、理,不安全心理状态,睡眠休息不足、困倦 反应和动作迟钝 重体力劳动的省能心理 疲劳心理作用 热环境因素加重疲劳程度 疲劳与机械化程度,作业疲劳与安全生产,系统中的人体姿势变换,卧姿:,立姿:,步行、直立、举胳膊手背朝上与手心朝上、伸胳膊向前与向后、弯腰、7种,平坐姿:,蹲坐、蹲坐弯腰、跪立、跪坐、正坐、单腿跪立坐、横坐、盘腿坐、靠背盘腿坐、长跪、伸腿坐、靠背伸腿坐、支双肘伏坐、支单肘伏坐、14种,椅坐姿:,不同高度椅子引起腰椎部不同的支撑，共有10种,仰卧、侧卧、伏卧、(3种。,疲劳与人体负担的度量,人一进行劳动，就随着劳动强度表现出身心状态的各种变化，它包括心理上的拘束感、逼迫感、痛苦感及与
15、之相对应的自由感、放松感、欢乐感，生理上的变化如出汗量、心率、血压、耗氧量等等，一般说这两者的变化反映出人体负担的大小。,人体负担的定义：当人在肌肉上、精神上受到外界负荷后表现出的各部分功能的变化。,度量人体负担值的方法,主观指标：作为主观体验的内心感觉获取值，很大一部份依赖于测试的手段方法 客观指标：按照如人的行动快慢、反应速度、态度是否正确等不同的外部表情获取的值 生理指标：人体机能变化而反映出的心率、血压、耗氧等生命保持系统变化值，由外部仪器测量获得。,生理指标,生理指标,能量代谢率 呼吸量 脉搏 心率,肌电图 闪变值 眼球运动 脑电图,能量代谢率,能量代谢率,基础代谢量是人体为维持生命
16、所需要摄取的最低能量，用B来表示。 劳动代谢量为劳动时的能量消耗减去安静时的能量消耗，记为T - R。 T为劳动时的能量消耗，R为安静时能量消耗，R一般可以认为是基础代谢量的1.2倍，即R=1.2B。,能量代谢率,能量代谢率,能量消耗量的测定是通过测定操作者在操作时间中呼出气的O2及CO2的比例然后算出全部耗氧量后折算得到的，即,20岁 男性 B = 0.64(大卡/米2分) 体表面积,能量代谢率分类,一般，把能量代谢率分为五类：,01，极轻作业 12，轻作业 24，中作业 47，重作业 7，极重作业,当RMR10时人体已无法忍受必须绝对机械化,0.22.0 最佳,能量代谢率的推算,能量代谢率
17、的推算,能量代谢率的推算,能量代谢率的推算,劳动与生理反应,姿势与活动度,取重物或搬运作业，在狭小的空间内劳动，农业劳动等特殊作业姿势及不自然姿势操作，使筋肉的负担增加，带来很大的疲劳。肌肉消耗能量来自食物的氧化。各种食物在消化过程中转化为简单的储能分子。它们在细胞内经氧化或静解，生物合成三磷酸腺背ATP及磷酸肌酸(CP等能源物质。,劳动与生理反应,姿势与活动度,劳动时能量需要增加，需氧量也增多。在每分钟内人能供应的最大氧量称为最大摄氧量，正常人不超过3升，经常锻炼者可达4升以上，坐着或老年人则只有12升。劳动开始对肌肉往往在缺氧状态下从事活动，这是由于循环、呼吸系统机能跟不上需氧。 这种供氧
18、与氧需之间的差称为氧债。 当姿势不良时则肌肉氧债负担过重，劳动在氧债状态下持续进行，储能物质消耗过多，作业便不能持久。这样在劳动结束后还要继续维持较高的氧需以偿付劳动中所欠的氧债.,姿势与活动度,操作姿势,肌肉的活动度用肌电图测定的生物电流电位变化来衡量。有研究者选择了生活中的27种代表姿势，测定时选择全身肌肉中主要的21处接上肌电图机。 图3-5即是该研究者调查的结果。把立位紧张时作为100，从大到小排列肌肉活动度，活动度是合计求出全部肌电位测试结果而折算的。从图上可见卧姿相对来说是十分舒适的。,操作姿势,姿势与活动度（27）种姿势,100,74,31,29.5,23.5,19,9,3,姿势
19、与疾病的关系,操作姿势,在重劳动建筑工人、码头工人、伐木工人，以及对重残废病人扶持的公务员等）中， 腰痛问题十分引人注目。从人类工效学的原理来分析，弯腰作业与腰痛、颈肩腕等各种症状的发生有密切的关系。,姿势与疾病的关系,操作姿势,提高作业机械化和自动化程度 加强科学管理改进工作制度 开展技术教育和培训，选拔合格工人 疲劳心理作用 热环境因素加重疲劳程度 疲劳与机械化程度,防止作业疲劳,在生产现场贯彻人机工程原则的益处,减少背部和上肢的肌肉损伤和疾病,减少工人的工伤补偿金支出,提高雇员的满意度,改善职工的工作舒适性,提高劳动生产率,提高工艺水平,减少工人的更换,减少工人误工,改善劳资关系,降低工
20、人的操作失误率,减少返工,肌肉疲劳的因素,持续时间,强度,适宜性,背部的 损伤,脊椎骨,脊椎盘,肌肉,韧带,神经,在美国，不当的人工物料搬运所造成的职业伤害占总数的2530%，造成数十万人长期的背痛、脊椎骨受伤、肌肉酸痛、淤伤。,在德国，20%的工人缺席与50%的提前退休是由于搬运不当所造成的脊椎盘损伤所引起的。,极端温度的影响,长期暴露在寒冷的环境中，会造成人手、脚神经系统和损伤，妨碍运动功能，降低人工作业的熟练性；,在炎热的环境下，人的工作比较吃力，新陈代谢加快，更易疲劳；,工作地设计,场地、机械设备、工具的人机工程学考虑,安全,产量,质量,成本,工作地设计,站 坐 站/坐,三个最常见的工
21、作姿态：,照明水准,照明水准的提高是基于下列因素：,照明水准对作业绩效的影响； 执行任务的速度与准确度； 工作者的舒适程度； 对环境亮度品质的主观印象；,照明是影响人的心理和生理状况最显著的环境因素：,剧烈性创伤,剧烈性创伤为偶发性意外，在发生的瞬间内产生生理上的伤害，例如皮肤或器官的切割、刮擦、敲击、挤夹、位移、破裂等，手臂、手与手指所受的伤害次数较其他部位频繁。,美国工业界手工具所引起的伤害事件：,1、手工具所引起的伤害事故占所有工业受伤事件的9%，每年损失约10亿美圆； 2、平均每件意外赔偿金额为978美圆，医疗费用563美圆，总损失为1541美圆； 3、刀具所造成的受伤比例最高（44.
22、3%）； 4、上肢受伤百分比最高（59.3%），其次为背部； 5、制造业的以外事故最多（26.4%）；,4、长期性创伤失调,长期、重复地以不自然的姿势或动作执行任务，会造成累积性创伤的失调（Cumulative Trauma Disorder）,此类失调为关节、肌肉、肌腱或其他软组织的疼痛、失常或受伤等症候群的组合。 60%的症状发生在手与手腕。,一般特点 包括力学的和生理学过程 与工作强度和持续时间有关 发展时间可能需要数周、数月甚至数年 恢复时间可能需要数周、数月甚至数年 症状经常是局部化的、非特定的和间歇性的 多因素造成的（不止一个原因）,CTDs 的特定实例, 粘液囊炎 腕骨综合症 D
23、eQuervain氏病 上髁炎 肩膀固结 小指根部综合症, 腰部损伤 肌痛 肌筋膜炎综合症 腱炎 腱鞘炎 扳机指病 胸路综合症 腱颈综合症 手臂痉挛综合症,CTDs 的一般症状,麻木 麻刺感 灵活性降低 肿胀 僵硬 虚弱,长期性创伤失调,第一阶段：工作时，所受影响的部位疼痛或感觉虚弱，但工作停止后，症状很快消失； 第二阶段：症状在停止工作时也会出现，而且重复性工作能力会逐渐降低； 第三阶段：症状在休息时也不会消失，而且睡眠会受到影响，难以执行多重体力工作。 症状变为持续的而且一天24小时不减轻。不能承担较轻的任务，也无法克服其他任务重的难题。这种情况会持续数月或数年，并且可能无法完全恢复。,长
24、期性创伤失调:风险因素,工作的一个要素或者组成部分, 增加了工人受到伤害或生病的机会,CTDs的生物力学风险因素包括重复的、持续的动作，困难的姿势和使用强力的动作 振动和低温也能会加速CTDs的发展, 过度 重复 便扭 机械应力 极端温度 不相称,长期性创伤失调:工作方法分析,检查清单： 包含一系列的生物力学风险因素,项目： 挤压或抽紧 扭转或旋转 重复触摸动作 身体部分的位移,长期性创伤失调:力量,力量的测量和评价是人机工程学中研究得最多的项目，因为它反映了工人工作的最基本的能力,影响力量的因素 ： 对象重量 把手类型 摩擦力 振动 把手间距 手套 其他,长期性创伤失调:过度用力,l 用力
25、维持对物料和工具的控制所需要的力,用力的动作 拉，推，提起，平移,长期性创伤失调:影响力的工作要素,把手 身体姿势 动作的类型 重复/持续时间 对象/工具的光滑度,体态：我们身体的每个关节都有一定的活动范围。当关节在活动范围的中点处，我们可以说关节在休息或者处在适中位置。关节在中性位置时承受最小的物理应力。,长期性创伤失调:便扭的姿态,手 腕 膝盖 颈 手臂 肩膀,姿态以结构处于极端位置而不是中性位置呈现出来,评价受迫姿态,l 持续时间 l 活动范围,补救措施,人因方面的补救措施：,（1）降低手腕施力或振动的频率； 自动化、机械化，以取代人力； 将可能产生累积性创伤的任务分配给多人，以降低每一
26、位从业人员暴露于危害的时间； （2）使用适当的手工具； （3）使用正确的姿态；,2000.9.2,不良手工工具设计所引起的问题,指尖或手指的挤、夹、冲撞、破碎、切割； 碎片进入眼睛之内，可能会导致失明； 肌腱的压力增加或撕裂，造成长期性的疼痛或效能降低； 腕/腱鞘与神经发炎，手腕难以移动或疼痛； 肌肉疲乏，手的活动与工作能力降低； 精神疲乏，工作迟缓，失误率上升； 背痛，躯干运动或抬举困难；,手工工具的一般设计原则,保持手腕正直； 避免对组织产生压迫； 避免手指重复性动作； 安全考虑； 设计适合于女性的工具； 设计左、右手两手皆可使用的工具； 使用特殊用途的工具以取代一般性工具； 应用适当的肌
27、肉群； 足够的活动空间； 尽可能使用马达驱动的动力工具；,企业贯彻人机工程学的首要任务,1,2,3,4,5,6,27,28,29,30,31,安全第一，预防为主,每个月以绿十字结束,机具设计与改善 作业环境设计与改善,机械器具 设备 夹具 工装设备 机运系统 动力工具（电动、气动）,机具设计与改善,工作场所,TOOL,TASK,WORKSTATION,PHYSICAL ENVIRONMENT,“WORKPLACE“,Workplace Components,工作场所的构成要素,作业场所研究,作业场所的大小一般不是根据人体形态尺寸来确定的。 要考虑作业者精神、心理、行动上的余裕。 工作区域的选择要考虑作业者手臂所及的范围、视觉范围； 工作空间要适合5% 95%间的使用者； 着眼于人，落实于设备； 整体与局部的关系；要考虑设备特点； 人体测量学，生物力学；,操作者进行作业时所必需的作业域与附带空间的总和称为作业场所,1、生产现场的不安全构素,安全合理的作业现场布置,机器设备 物料、半成品 工具 边角废料,1、消除生产现场的混乱,安全合理的作业现场布置,作业流程、物流流向、设备布置一致性 设置通道及出入口 工具 边角废料,工作高度：箱子原理,单位：毫米,对95%操作者而言，范围应控制在地面上方9651219之间（鞋增加25%）,工作高度：箱子原理,