第三章 人类工效学原理与应用

劳动卫生学教研室 聂继盛

 第一节 概述 一、人类工效学的命名和定义 二、人类工效学的研究内容 三、人类工效学的目的 四、人类工效学的发展历史

第一节 概述

Ergo 工作、用力

Ergonomics

人的工作规律问题 nomics 正常化、规律

人类工效学

 定义 以人为中心，研究人、机器设备和环 境之间的相互关系，旨在实现人在生产过程 及其他活动中的健康、安全、舒适，同时提 高工作效率。  简言之，就是使工作舒适、高效的科学。  人类因素学

(Human factors)

 工程心理学

(Engineering Psychology)

 人类工程学

(Human Engineering)

 人间工学

人 类 工效学 环 境

人类工效学的内容

人的能力 人的基本尺寸, 人的作业能力, •各 种器官功能的限度及影响因素等.

人类工效学的内容

人--机交往 各种机器, 电子计算机, 办公设备, 各种自动化系统等等.

人类工效学的目的

使人工作得更安全 使人工作得更有效 使人工作得更舒适

人类工效学简史

人类工效学简史

 工人把工具当作器官，通过自己的技能和活动 赋予它以灵魂，因此，掌握工具的能力取决于 工人的技艺。 相反，机器则代替工人而具有 技艺和力量，它本身就是能工巧匠，它通过在 自身上发生作用的力学规律而具有自己的灵魂 ，它为了自身不断运转而消费煤炭，机油等等 (辅助材料)，就像工人消费食物一样，只限于 一种单纯的抽象的工人活动，从一切方面来说 都是由机器的运转来决定和调节的，而不是相 反。  《马克思恩格斯全集》第46卷下册第208页

一、启蒙时期

 搬运生铁实验  铁锹实验 Frederick Winslow Taylor 科学管理之父  高速钢实验

搬运生铁实验

 试着转换各种工作因素，以观察对工人的日生产 率的影响。他们还试验了行走速度、持握的位置和 其他变量，从中获取数据  原来每个工人每天搬运量: 12T,实验后每个工人每 天搬运量:47.5T

 原来每个工人每天工资:$1.15, 实验后每个工人每 天工资:$1.85

铁锹实验

 系统地研究铲上的负载应为多大问题  研究各种材料能够达到标准负载的锹的形状、 规格问题  研究了各种原料装锹的最好方法的问题  还对每一套动作的精确时间作了研究  生产效率得到提高 堆料场的劳动力从400人减少为 140人，平均每人每天的操作量从16吨提高到59吨，每 个工人的日工资从1.15美元提高到1.88美元。

金属切削实验

 定了人动时间,也应该定机动时间  进行了26年, 总共耗费约15万美元  切削了80万吨钢铁  进行了三万次实验  发明了能大大提高金属切削机工产量的高速工 具钢  取得了各种机床适当的转速和进刀量以及切削 用量标准等资料。

泰勒的主要思想

 劳动方法的标准化  工时研究与工作定额  科学挑选与培训工人  实行差别计件工资制  管理职能与作业职能分离  强调科学管理的核心是“一场彻底的心理革命 ”

吉尔布雷思夫妇的动作研究

 率先将摄影技术用于记录和分析工人所用的各 种动作  研究和确定完成一个特定任务的最佳动作的个 数及其组合。  把手的动作分为17种基本动作，他把这些叫做 分解动作  制定了生产程序图和流程图  弗兰克吉尔布雷思被公认为动作研究之父。

砌砖实验

 想出了一种堆放砖的方法，使工人不用像往常那样检 查砖的哪一面最好  设计出一种可调整的支架，使得工人不必象往常那样 弯腰取砖  还调制了一种有精确浓度的灰浆，使得砌砖时不必多 余地用泥刀涂抹  在砌外层砖时，把砌每块的动作从18个减少到4.5个  在砌内层砖时，把动作从18个减少到2个  使每个工人一小时的砌砖的数量从120块增加到350块

二、正式形成时期

二、正式形成时期

 提出人机系统的概念  由人适应机器 机器适应人  1960年，在斯德哥尔摩成立了国际工效学协会  美国工效学会成立

三、飞速发展时期

美国三里岛核电站事件

三、飞速发展时期

1979年3月28日凌晨4点， 美国三里岛核电站发生了历史 上最严重的核泄漏事件。  予备供水系统的管道 被维修工人关闭了  操作台上的红灯被纸板 标签给挡住了  向操作员指示蒸汽正从阀门中 泄露的仪器过于陈旧  压力释放显示器显示的 是命令状态, 而不是实 际状态

事故调查

 这场事故是由许多因素共同引起的  人的错误是在许多不同的方面的,从操作 人员错误地把紧急冷却剂关闭到设计人员 设计闸门的显示器显示不利  大量的信息和复杂的显示形式超过了操作 人员内在的, 有限的能力, 如注意力, 记忆 力, 决策能力等.

人类工效学发展简史

人适应机器 人 类 工 效 学 机器适应人 环 境

国外人类工效学动向

一、 尖端技术领域中的工效学

国外人类工效学动向

二、人类工效学与电子计算机

国外人类工效学动向

三. 生产制造和其他领域的人类工效学

国外人类工效学动向

国外人类工效学动向

国际的资源



International ergonomics association (IEA)

国际人类工效学学会  The ILO is the international organization responsible for drawing up and overseeing international labour standards. It is the only 'tripartite' United Nations agency that brings together representatives of governments, employers and workers to jointly shape policies and programmes promoting Decent Work for all. This unique arrangement gives the ILO an edge in incorporating 'real world' knowledge about employment and work. WHO is the directing and coordinating authority for health within the United Nations system. It is responsible for providing leadership on global health matters, shaping the health research agenda, setting norms and standards, articulating evidence-based policy options, providing technical support to countries and monitoring and assessing health trends

 

International Occupational Hygiene Association

The International Occupational Hygiene Association (IOHA) represents the global community of occupational hygienists. IOHA is an association of occupational hygiene organisations from across the world, all of which are dedicated to the discipline and application of the inherent principles of occupational hygiene.

The International Commission on Occupational Health

(ICOH) is an international non-governmental professional society whose aims are to foster the scientific progress, knowledge and development of occupational health and safety in all its aspects. It was

founded in 1906 in Milan

as the Permanent Commission on Occupational Health. Today, ICOH is the world's leading international scientific society in the field of occupational health with a membership of 2,000 professionals from 93 countries .

我国人类工效学动向

 我国的人类工效学会成立于1989年, 四百余名会员.

当前有  虽然起步较晚, 但人类工效学在我国的发展 非常迅速.

 1991年<>杂志发表了中国人类 工效学专辑.

 1992年在我国召开了第二届泛太平洋工效学 及职业安全国际学术会议.

 但总的来说, 人类工效学在我国开展的还很 不普及, 虽然有兴趣的人不少, 但比较零散, 研究项目有限, 在社会上影响不大.

Ergonomics is the science of fitting workplace conditions and job demands to the capabilities of the working population. Effective and successful "fits" assure high productivity, avoidance of illness and injury risks, and increased satisfaction among the workforce. Although the scope of ergonomics is much broader, the term here refers to assessing those work-related factors that may pose a risk of musculoskeletal disorders and recommendations to alleviate them.

Common examples of ergonomic risk factors are found in jobs requiring repetitive, forceful, or prolonged exertions of the hands; frequent or heavy lifting, pushing, pulling, or carrying of heavy objects; and prolonged awkward postures.

national institute for occupational safety and health

（

NIOSH

）

第二节 作业过程的生物力学

 生物力学(Biomechanics) 是研究生物与力学有关的 问题的科学，或者说是用力学方法来研究生物学问题 的科学  职业生物力学(Occupational Biomechanics) 研究人在 生产劳动中肌肉骨骼力学的内容 力学关系 人的作业能力 肌肉骨骼的损伤

一、肌肉骨骼的力学特性

 运动系统 肌肉 肌肉负荷为最大收缩力的50%， 收缩速度为最大速度的20% 骨骼 骨：支持、运动和保护； 软骨：吸收冲击能量、承受 负荷和帮助运动； 关节 单轴、双轴、三轴关节

一、肌肉骨骼的力学特性

 动力单元 (Kinetic element) 由肌肉、骨骼 、神经、血管等组成。  动力链 (Kinetic chain) 两个以上的动力单 元组合在一起。

二、合理用力

 (一)重心 物体重力合力的作用点。  质量均匀分布的物体（均匀物体），重心的位置只跟 物体的形状有关。有规则形状的物体，它的重心就在 几何重心上  质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状 有关外，还跟物体内质量的分布有关

二、合理用力

正確 不正確 正確 不正確 正確 不正確 正確 不正確

正確 不正確 正確 不正確

二、合理用力

 （二）姿势 posture  姿势负荷(posture load) 人体承受由于保持 某种姿势所产生的负荷.

 生产劳动中：姿势负荷和外负荷.

姿势负荷

(三) 对称用力

第三节 人体测量与应用

 人体测量学(anthropometry) 用测量的 方法研究人体的特质，通过对人体的整 体测量和局部测量，探讨人体的类型、 特征、变异和发展规律。  测量的对象对于所要测量的人群要有代 表性，测定的样本要足够大，测量数据的 准确性。

一、人体测量类型和方法

 静态测量 (statistic measurement) 静态人体尺寸测量 (statistic measurement of dimensions) 被测者在静止状态下 进行的测量, 测量人体各 部分的固定尺寸.

 动态测量 (dynamic measurement) 动态人体尺寸 测量 (dynamic measurement of dimensions) 功能人体尺 寸测量 (functional measurement of dimensions) 被测者在规定的运动状态 下进行的测量.  人体测量方法 法, 莫尔拓扑法 马丁法, 理论人体测量法 人体模型

Anatomical Positions

Seated Measures Standing Measures

Terms of Relationship

二、人体测量数据的应用

 (一) 人体尺寸的百分位数 根据具体要求选择性应用  (二) 人体尺寸的应用 1.适合于90%的人 2.一个人体尺寸的百分位数值做为上 限值或下限值 3.采用第50百分位数的值做为设计依据

人体尺寸的 应用

二、人体测量数据的应用

 (三) 注意事项 1. 人体尺寸受年龄、性别、种族等多因 素的影响 2.工程设计时，还要适当增加修正量以 满足需要  (四) 影响因素 1. 年龄 2. 性别 3. 种族 4. 地区

第四节 人机系统和工作环境

一 人机系统 在生产劳动过程中，人和机器（包括设备和工具） 组成一个统一的整体，共同完成生产任务，称作 人机系 统

(man-machine system)

。

1

合理分工 在人机系统中，人和机器具有不同的特征，研究人 机之间的合理分工是工效学的重要内容。

人具有知识，可以进行思维、综合分析、判断以及创 造等。机器在物理学、耐力、速度以及准确性等方面的特 点比较突出，同时还不会象人那样受生理和心理因素的影 响。 因此人与机器的合理分工应该是：笨重、快速、单调、 重复、操作复杂、精密以及危险的工作适合于机器承担， 而指令、监控、维修、设计、故障处理以及创造性的工作 和应付突发事件等，应由人来完成。

2

人

-

机界面 在人机系统中，人和机器之间的信息传递是至关重要 的，人机之间信息是通过人和机器之间的 界面

(interface)

传递的。 人机界面主要包括 显示器 和 控制器 ，机器的信息通过 显示器向人传递，人的信息（包括指令）通过控制器向机 器传递。

人机界面可分为人

-

硬件界面和人

-

软件界面。 人

-

硬件界面：工作台的高低、显示器和控制器的显示 方式、外型、颜色、布局等，研究重点在于如何使这些条 件适合于人的解剖、生理及心理特点； 人

-

软件界面：许多机器设备运行中需要用到的软件 程序，软件的设计必须考虑与使用者的知识、经验、习惯 以及文化背景等相适应。

2.1

显示器：人机系统中，用来向人表达机械性能和状态的部 分称为显示器

(display)

。是机器信息的输出装置，包括各种 仪表、指示灯、信号发生器等。 ①视觉显示器

(visual display)

：容易判读；保证精度的 前提下尽量使显示方式简单明了；同一显示器显示的信息不 宜过多；数字型显示器要符合阅读习惯；可见度高、阐明能 力强等。 ②听觉显示器

(auditory display)

：需选用人耳敏感的 频率范围。要远距离传输的信号使用低频声音；紧急报警采 用间断的声音信号或改变频率和强度，信号持续时间应适当。

视觉显示器

 查对显示器  警戒显示器  读数显示器

2.2

控制器

(control)

：是操作者用以改变机械运动状态的装置或 部件，包括开关、按钮、旋钮、驾驶盘、操纵杆等。 不同功能的按钮需要用颜色、形状或指示灯加以区别；旋 钮的直径、高度和旋转阻力等需根据其功能和手的尺寸特点进 行设计；轮盘边缘或脚控制器宜设计成尺纹状，具有一定摩擦 力，便于用力和防止滑脱。

控制器(control)

 是操作者用以改变机械运动状态的装置或部件 手控制器 脚控制器 膝控制器

3

工具的力学设计： 工具的设计和选择需注意外形、尺寸、重量等符合 人体尺寸和生理、心理特点，以达到便于操作、减轻 体力疲劳和保持良好工作姿势的目的。使用工具时应 使操作者的手和上肢保持自然状态，如果需要变化角 度，应从工具设计中加以解决。工具还应具有外形美 观、坚实耐用、使用安全等特点。

工具

工作环境

2

工作环境 包括自然环境因素和社会环境因素。 物理因素：噪声、振动、照明、气象条件、加速度和失 重等。 研究的侧重点与传统的职业卫生学不同：

e.g.

噪声：噪声环境对作业能力的影响以及对语言和信 号的干扰等；气温：不同气温对工作效率的影响、至适温度 等。

2.1

气温 气温升高或降低不但对人体健康产生影响，还可以影响 作业能力和工作效率。

e.g.

在高温或低温环境中可使人反应速度减慢、准确性 降低，导致作业能力下降和差错事故发生。实践证明，在一 定的温度范围内，人们不但感到舒适，还能提高工作效率。 越来越多的工作场所使用空气调节装置，使气温常年保 持在比较适宜的范围内。许多国家还制定了至适温度的标准 或规定，为改善环境温度提供了依据。

2.2

声音 噪声使人的注意力难以集中，严重时可以出现烦躁、反 应迟钝等。 e.g. 在开窗的办公室工作的人员，有

60%

不能集中精力，

30%

以上的人受到噪声严重干扰；电话接线员，若环境噪声 从

40dB(A)

提高到

50 dB(A)

，错误发生率增加将近

50%

。 噪声还可掩盖作业场所的危险信号或机器发出的警报， 若作业人员未及时察觉，可能导致严重的工伤事故的发生。 根据这些情况，研究者们对不同的作业场所提出了不同的噪 声限值。

2.3

照明 作业场所中合适的照明条件可以增加周围物体的识别度， 有利于获得信息的准确性和提高速度。 照度太低会影响物体的分辨，而照度过高一方面容易引起 眼睛疲劳，造成视觉损伤，另一方面还可使人的兴奋性异常增 高并很快转为抑制，降低劳动效率。 e.g. 视屏作业，照度太高会使荧光屏所显示的字符与背 景的对比度下降，造成识别困难。 要根据作业特点，采用适宜的照明条件，e.g.阅读的照度 以

300-500Lux

为宜。

2.4

颜色 适当的颜色可以帮助作业人员提高对信号或标志的辨别 速度，进行正确的观察和识别，减少操作错误。 颜色还可以对人的心理产生一定的影响，使人产生某种 感情或情绪的变化。e.g.红、橙、黄等暖色调可以使人兴奋， 提高人的反应性，但也容易引起精神紧张和不安，长时间工 作效率较低；蓝、绿、紫等冷色调使人感到镇静，但也会产 生压抑感。 在机器设计和作业环境的颜色处理时，充分利用这些特 点，可以创造良好的工作环境，既有利于作业人员的身心健 康，也可以提高工作效率。

社会环境：如社会制度、雇佣关系、产 品分配、上下级关系等，均可以对人的身心 健康产生一定的影响。

职业工效学在职业卫生中的作用

由于工效学和职业卫生学的密切关系，在某些交叉 的领域出现了相互渗透的现象。工效学有关人体和环境 的许多研究内容借用了职业卫生学的知识和方法，反之， 工效学的一些研究成果在职业卫生工作中也可加以应用。 目前主要应用在以下几个方面：

·

工作有关疾病的研究

·

心理负荷与职业应激

·

劳动组织

·

工作场所设计

1

工作有关疾病的研究 一般所称的工作有关疾病，与职业病有所区别，职业 病是指某一特异职业危害因素所致的疾病，而工作有关疾 病则指多因素相关的疾病，与工作有联系，但也见于非职 业人群中，当这一类疾病发生于劳动者时，由于职业接触， 会使原有的疾病加剧、加速或复发，或者劳动力明显减弱， 例如神经衰弱综合征、慢性支气管炎、肌肉骨骼损伤、高 血压、消化性溃疡等疾患。

工作有关疾病种类很多，其中肌肉骨骼损伤是 影响范围较广且危害较严重的一种。近年来围绕这 种损伤进行的研究比较多，比如采用生物力学方法 对这类损伤的病因进行量化分析，在此基础上提出 正确合理的操作姿势及预防损伤的措施，取得了很 好的应用效果。

2

心理负荷与职业应激 劳动可以对人的心理产生影响，尤其在现代化生产过程 中，信息量大幅度增加，紧张程度增大，同时要求劳动者具 有快速、准确的反应能力。因为一个操作失误可能对某一系 统甚至整个生产过程造成严重危害，这样就给劳动者带来很 大的心理负荷。 心理负荷的增大除了引起心理障碍以外，还可以对人的 生理功能产生影响甚至引起疾病，同时还可能引发安全等方 面的问题。研究者们采用特定的方法对视屏作业、流水线生 产等多个行业进行了调查研究，发现劳动对心理负荷可产生 明显影响。

应激是一种复杂的心理状态，现代生产中能 引起应激的因素很多，这些因素引起的应激效应 称为职业紧张。紧张可以引起一系列生理变化， 如氧消耗、心率、血压等变化，也可以引起心理 的变化，如攻击行为、情感冷漠、厌烦等，国外 许多学者对这方面问题进行了许多研究，并提出 了很多相应的对策。

3

劳动组织 涉及内容很多，是职业卫生学和工效学共同的研究内 容，目前研究较多的主要有： ①作业人员的筛选：根据作业的性质和特点，从文化 程度、人体尺寸、心理素质、体力与耐力等方面进行量化 评判，确定是否录用。经过这样选择的员工具有较强的从 事特定作业的能力，而且可缩短培训时间，实践证明这样 做的结果有利于提高效率和保护劳动者健康；

②作业人员培训：研究证明模拟和强化培训方法比较经 济有效，目前已经被广泛采用。按照标准、经济的操作方 式对作业人员进行培训，可以使培训内容密集化从而缩短 培训时间； ③劳动负荷：包括每次负荷量、日负荷量、操作频率、动 作幅度等都有细化的研究，为合理劳动组织提供了依据。 此外，对于轮班制度、工间休息的问题也有了较多的研 究，根据作业特点、性质、劳动负荷等因素合理组织和安 排轮班和工间休息的时间和频率，可以减轻疲劳，提高出 勤率，减少工伤事故的发生。

实例

4

工作场所设计 包括工作空间、人

-

机关系、人

-

人关系等，关系到劳动 者的健康、安全和效率。传统的设计多属经验型，比如作业 空间的设计，由于缺乏科学依据，常造成空间浪费或不足。 工效学根据每一工作或操作的特点，按照工作性质、作业姿 势、人体尺寸等对工作场所的空间要求进行量化设计，既经 济、有效，又有利于劳动者健康的保护。 e.g.工作台和坐椅的设计，为了适合不同的人使用并方 便操作，应尽量具有高低调节和旋转调节功能，坐椅尽量具 有合适的腰部支撑。

如果推荐的正确姿势没有适当设计的桌椅的支持， 就会是一种费力的姿势，而各种错误的姿势由于其省力而 易于维持，便会成为人们事实上的作业姿势。

第五节 劳动过程中引起的 疾病及其预防

 强制体位引起的疾患  个别器官紧张引起的疾患  压迫及摩擦引起的疾患  预防措施

一、强制体位引起的疾患



(

一

)

肌肉骨骼损伤

(musculoskeletal injury)



1.

下背痛

(low back pain)

   

2.

颈、肩、腕损伤

(

二

)

下肢静脉曲张

(

三

)

扁平足

(

四

)

腹疝

 二、个别器官紧张 

(

一

)

视觉器官紧张所致疾患 

(

二

)

发音器官过度紧张所致疾患  三、压迫及摩擦引起的疾患 

(

一

)

胼胝 

(

二

)

滑囊炎 

(

三

)

掌挛缩病

下背痛

 常见原因 负荷过大使支撑系统损伤 长时间保持某种姿势使腰部持续紧张 用力不当 在负重过程中突然转身

下背痛

 主要类型 腰功能不全 腰痛、活动受限 坐骨神经痛 向腿的后、侧部放射

治 疗

 卫教工作：工作方式的调整、正确的姿势、理想的 体重、 疼痛舒缓 运动的方法、工作和生活习惯的改变，使  药物：门诊常用药是非类固醇性消炎药，对镇痛、 消炎和松弛肌肉的功效良好。  经皮电神经刺激疗法，是一种侵害性疗法。是以电 流经由皮肤上电击板刺激神经纤维，分高低周期两 种，减痛疗效约在35％～50％，副作用极少。

 注射治疗：如疼痛部位注射、关节注射 、神经阻断术、脊椎注射。疗效令人满 意，但费用较高。  手术治疗：大多数的下背痛患者“谈刀 色变”，其实需要手术治疗的病例很少 ，大概在0.1％以下。

预 防



正确的姿势



自我运动



减肥

颈肩腕综合征



1

引起颈、肩、腕损伤的主要原因  ① 长时间保持一种姿势，特别是不自然或不 正确的姿势下工作更容易发生，如头部过分前 倾增加了颈部负荷，工作台高度不合适使前臂 和上臂抬高，肩部肌肉过度紧张。  ② 频繁活动，工作中进行重复、快速的操作， 如手部反复曲、伸。  ③ 用力，作业中反复用力。



2

颈、肩、腕损伤主要表现  疼痛、肌张力减弱、感觉过敏或麻木、 活动受限等，严重者只要处于工作姿势 即产生剧烈的疼痛，以至于不能坚持工 作。腕部损伤严重者还可以引起手部肌 肉的萎缩等。

长时间工作导致视觉疲劳

视觉疲劳是由于长时间不 恰当用眼（如近距离目视 、高度紧张、闪烁、高亮 度、低亮度、用眼过度等 ）之后出现视模糊、眼胀 、干涩、流泪、眼眶酸痛 等眼部症状甚至于发展为 头痛、眩晕、恶心、烦躁 、乏力等全身不适应的一 种综合症。

 预防措施 流行病学调查及工效学分析  采取正确的工作姿势  改善人机界面  减少负重工作  减少压迫和摩擦  工作人员的选择与培训  工间休息  加强劳动组织  改善工作环境  加强个人防护

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