動力單元由肌肉骨骼

工效學(ergonomics)

也稱人類工效學,以人為中心，研究人、機器設(shè)備和環(huán)境之間的相互關(guān)系，旨在實現(xiàn)人在生產(chǎn)勞動及其他活動中的健康、安全、舒適，同時提高工作效率。

一、合理用力為了完成生產(chǎn)或其他工作任務(wù)，勞動者在勞動過程中常常需要克服外界的重力、阻力等。從事任何工作都需要保持一定的姿勢或體位，作業(yè)人員還要克服人體各部位所產(chǎn)生的重力。根據(jù)生物力學基本原理，合理運用體力，可以減少能量消耗，減輕疲勞程度，降低慢性肌肉骨骼損傷的發(fā)病率，提高工作效率。

(一)動力單元

人的力量是由肌肉骨骼系統(tǒng)(包括骨連接)產(chǎn)生和傳遞的。人體運動系統(tǒng)主要由肌肉、骨骼和關(guān)節(jié)組成，其中肌肉是主動部分，骨骼是被動部分，起支撐或杠桿的作用，在神經(jīng)系統(tǒng)支配下，通過肌肉收縮，牽動骨骼以關(guān)節(jié)為支點產(chǎn)生位置變化，完成運動過程。動力單元(kinetic

element)

：包括關(guān)節(jié)在內(nèi)的某些解剖結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起可以完成以關(guān)節(jié)為軸的運動。動力單元由肌肉、骨骼、神經(jīng)、血管等組成。

一個動力單元可以完成簡單的動作，兩個以上的動力單元組合在一起稱為動力鏈(kineticchain)，可以在較大范圍內(nèi)完成復雜的動作。生產(chǎn)勞動中多數(shù)操作是通過動力鏈來完成的，但是一個動力鏈包括的動力單元越多，出現(xiàn)障礙的機會也就越多。在組織生產(chǎn)勞動時，盡可能選用較簡單的動力鏈。

(二)重心

搬運重物或手持工具時需要克服物體的重力，重力以一定的力矩作用于人體，其中力臂是物體重心至人體支點(關(guān)節(jié))的垂直距離。

在物體重量固定的情況下，人體承受的負荷與物體重心到支點的垂直距離成反比。生產(chǎn)勞動中盡可能使物體的重心靠近人體，可以使力矩變小，減輕勞動負荷，減少用力。

除了整體重心以外，人體各個部分，又稱體段(segment)，也有各自的質(zhì)量和重心，如頭、手、前臂、上臂、軀干等，每一部分力矩的大小取決于該體段的空間位置與相應(yīng)的關(guān)節(jié)(支點)之間的垂直距離。距離越大，力矩越大，機體的能量消耗也隨之增加。生產(chǎn)或工作中人體同時承受姿勢負荷和外加負荷。采取常見的站姿或坐姿作業(yè)時，既要注意避免人體整體重心的偏移，又要使人體各部分的重心盡量靠近脊柱及其延長線。

(三）姿勢

人在勞動時需要保持一定的姿勢(posture)。勞動時最常見的姿勢是站姿和坐姿兩種，其他還有跪姿、臥姿等。站立狀態(tài)下人體運動比較靈活，便于用力，適合從事體力勞動，特別是較重的體力勞動或活動范圍較大的作業(yè)。采取坐姿時身體比較穩(wěn)定，宜于從事精細作業(yè)。坐姿時下肢不需要支撐身體，處于比較放松的狀態(tài)，可以用足或膝進行某些操作，如機動車駕駛。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)方式的變化，坐姿作業(yè)的人員越來越多。

無論是站姿還是坐姿，都存在一些不利于健康的因素，如站姿下肢負重大，血液回流差。坐姿狀態(tài)下腹肌松弛，脊柱“S”型生理彎曲的下部由前凸變?yōu)楹笸?，使身體相應(yīng)部位受力發(fā)生改變，長時間作業(yè)可以引起損傷。不管采取何種姿勢，人體都要承受由于保持某種姿勢所產(chǎn)生的負荷，稱作姿勢負荷(postureload)。姿勢負荷來自于相應(yīng)的體段所產(chǎn)生的力矩，大小取決于該體段的質(zhì)量及質(zhì)心與相應(yīng)支點的垂直距離。

為了方便操作和減少姿勢負荷及外加負荷的影響，在采用作業(yè)姿勢時需注意：①盡可能使操作者的身體保持自然的狀態(tài)；②避免頭部、軀干、四肢長時間處于傾斜狀態(tài)或強迫體位；③使操作者不必改變姿勢即可清楚地觀察到需要觀察的區(qū)域；④操作者的手和前臂避免長時間位于高出肘部的地方；⑤如果操作者的手和腳需要長時間處于正常高度以上時，應(yīng)提供合適的支撐物。

長時間保持任何一種姿勢，都會使某些特定肌肉處于持續(xù)靜態(tài)收縮狀態(tài)，容易引起疲勞。在可能的情況下，應(yīng)該讓操作者在勞動過程中適當變換姿勢。（四）對稱用力生產(chǎn)中用力要對稱，這樣可以保持身體的平衡與穩(wěn)定，減少肌肉靜態(tài)收縮，減輕姿勢負荷，降低能量消耗。（五）其他方式從事不同的作業(yè)，要根據(jù)作業(yè)特點和工效學基本原理，采取合理用力方式。有些作業(yè)中可以利用人體整體或某一部分的重力，以節(jié)省體力。使用工具打擊物體時，可以運用關(guān)節(jié)在盡可能大的距離上運動，利用沖擊力，提高作業(yè)效率。二、人體測量及應(yīng)用

機器、工具、儀表等設(shè)計時需要特別重視人體的尺寸參數(shù)。這樣，才能使設(shè)計出的機器設(shè)備適合于人的特點，便于操作和使用，既能充分發(fā)揮機器的性能，同時還可以減少對人體健康的影響。機器越復雜、越先進，這方面的要求越高。在這種情況下，人體測量技術(shù)得到了快速發(fā)展并形成專門學科。

人體測量是一項復雜的工作，測量對象要有代表性，測定的樣本大，同時還要保證測量數(shù)據(jù)的準確性。最常見的人體測量是對一個國家或地區(qū)的人體尺寸進行測量，如我國經(jīng)過大量工作所制定的《中國成年人人體尺寸》標準GBl0000—88。有時根據(jù)實際需還要對某些特定人群進行測量，獲得相關(guān)人群的人體尺寸資料，如對土兵進行人體測量以確定某些武器設(shè)計參數(shù)或軍服的尺寸，對小學生進行人體測量以便進行小學生背包和桌椅的設(shè)計等。人體測量需要測定人體各個部分的參數(shù)，最基本的測量項目有119項。如有特殊需要，則適當增加測量參數(shù)，比如為了設(shè)計航空供氧面罩，僅在口鼻周圍就設(shè)20多個測點。（一）人體測量類型1.靜態(tài)測量：是被測者在靜止狀態(tài)下進行的測量，又叫靜態(tài)人體尺寸測量（staticmeasurementofdimensions）。2.動態(tài)測量：是被測者在規(guī)定的運動狀態(tài)下進行的測量，又稱動態(tài)人體尺寸測量(dynamicmeasurementofdimensions)。這種方法測量的是人體或某一部分空間運動尺寸，即活動范圍，又稱功能人體尺寸測量(functionalmeasurementofdimensions)。僅有靜態(tài)人體尺寸是不夠的，許多生產(chǎn)勞動是在運動過程中完成的，各種操作的準確性、可靠程度、做功效率以及對人體的影響等均與人體或某些體段的動態(tài)尺寸有密切關(guān)系。動態(tài)測量數(shù)據(jù)在生產(chǎn)場所的設(shè)計、布局以及機器設(shè)備的制造等方面都有重要應(yīng)用價值，如機器安放的密度、操作臺的高低、機動車或飛機駕駛使用的各種操縱桿和控制鍵的安放位置，等等，設(shè)計尺寸都要符合使用者的動態(tài)尺寸。在進行動態(tài)測量時，除了活動范圍以外，還要測量適宜的范圍。在可能的情況下，各種操作均應(yīng)安排在適宜范圍內(nèi)，這樣可以省時、省力，同時還可以減少肌肉緊張和能量消耗。

(二)人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用人體測量數(shù)據(jù)用途十分廣泛，如工作場所的設(shè)計和機器設(shè)備的制造，人體尺寸都是重要數(shù)據(jù)。除了在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用以外，還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運輸、航空航天等各種行業(yè)。在民用或軍用的許多方面，人體尺寸也都是不可缺少的參數(shù)，如：在建筑行業(yè)中各種空間的高度和大小的設(shè)計，紡織行業(yè)中各種服裝尺寸的確定，軍用攜行具的設(shè)計，等等。在法醫(yī)學和民族起源等研究中，人體尺寸也具有十分重要的作用。人體尺寸的測量結(jié)果對于每項內(nèi)容通常給出不同百分位數(shù)的值。在實際工作中，需要根據(jù)設(shè)計要求和使用對象確定對這些數(shù)據(jù)的使用，并非簡單地使用第50百分位數(shù)(P50)的值。

例如車間入口的高度如果按照身高的第50百分位數(shù)的值設(shè)計，則有一半的人難以在正常直立狀態(tài)通過。

1.適合于90％的人使用

最常見的設(shè)計是使產(chǎn)品適合于90％的人。所謂90％的人不是指從低到高或由高到低90％的人群，而是要求適合第5百分位數(shù)至第95百分位數(shù)的人。比如機器或中央控制室內(nèi)的控制柜的設(shè)計，這種情況通常有若干個需要用手操縱的控制器。按照上述要求進行設(shè)計的時候，如果是站姿操作，控制器安放的最低位置應(yīng)當使第95百分位數(shù)(較高的人群)的人不需彎腰就可以用手抓握，這樣較低的人自然也不用彎腰即可操作；對于較高部位的控制器，安放位置應(yīng)使第5百分位數(shù)(較低的人群)的人在正常情況下伸手即可抓握到，對于高于第5百分位數(shù)的人來說，操作更加容易。2.單限值設(shè)計

有些設(shè)計只需要一個人體尺寸的百分位數(shù)值作為上限值或下限值，稱單限值設(shè)計。單限值設(shè)計有時需要取上限值，如門的高度，只要符合高身材的人的需要，低身材的人使用不會發(fā)生什么問題。在另外一些情況下，如工作場所為了防止肢體伸入危險區(qū)所采用的防護網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑，只要考慮身材小的人體尺寸即可，所以又稱小尺寸設(shè)計。3.一般設(shè)計

有一類設(shè)計不是采用上限值或下限值，通常以第50百分位數(shù)的值作為設(shè)計依據(jù)，如門的把手高度，墻壁上電燈開關(guān)高度，一般是按照這種方式設(shè)計，這種情況多見于要求不高且適合于多數(shù)人使用的設(shè)計。

(三)注意事項

1.影響因素

人體尺寸受年齡、性別、種族等多種因素的影響，使用人體測量數(shù)據(jù)進行設(shè)計的時候，需考慮各種影響因素。如紡織機器的設(shè)計要考慮紡織工人多為女性這一特點，應(yīng)使用女性人體測量尺寸，否則就會造成使用過程中操作不便，引起工人不必要的肌肉緊張或損傷。

不同種族的人體尺寸差別較大。2.修正量使用使用人體尺寸進行設(shè)計時，還要適當增加修正量以滿足實際需要，如著衣修正量，坐姿時坐高、眼高、肩高、肘高要比測量值增加6mm；三、機器設(shè)備和工具

生產(chǎn)勞動過程中，人和機器(包括設(shè)備和工具)組成一個統(tǒng)一的整體，共同完成生產(chǎn)任務(wù)，稱作人機系統(tǒng)(manmachinesystem)。在人機系統(tǒng)中，人和機器具有不同的特征，研究人機之間的合理分工是工效學的重要內(nèi)容。人具有知識，可以進行思維、綜合分析、判斷以及創(chuàng)造等。機器在物理力、耐力、速度以及準確性等方面的特點比較突出，同時還不受生理和心理的影響。人與機器的合理分工應(yīng)該是：笨重、快速、單調(diào)、重復、操作復雜、精密以及危險的工作適合于機器承擔，指令、監(jiān)控、維修、設(shè)計、故障處理以及創(chuàng)造性的工作和應(yīng)付突發(fā)事件等，應(yīng)由人來完成。在人機系統(tǒng)中，人機之間信息是通過人和機器之間的界面(interface)傳遞的。人機界面主要包括顯示器和控制器，機器的信息通過顯示器向人傳遞，人的信息(包括指令)通過控制器向機器傳遞。按照工效學的要求，顯示器和控制器的設(shè)計和選用應(yīng)當適合于人的解剖、生理和心理特點。

(一)顯示器

人機系統(tǒng)中，用來向人表達機械性能和狀態(tài)的部分稱為顯示器(display)。顯示器是機器信息的輸出裝置，包括各種儀表、指示燈、信號發(fā)生器等。按照人體接收信息的器官不同，分為視覺顯示器、聽覺顯示器、觸覺顯示器、動覺顯示器等，其中使用最為廣泛的是視覺顯示器，其次是聽覺顯示器。1.視覺顯示器(Visual山splay)

視覺顯示器要求：容易判讀；在保證精度要求的情況下，盡可能使顯示方式簡單明了；一個顯示器傳遞的信息不宜過多；對于數(shù)字顯示器，要符合閱讀習慣。此外，還應(yīng)具有可見度高、闡明能力強等特點并確保使用安全。

2.聽覺顯示器(au山tory山splay)

聽覺顯示器是靠聲音傳遞信息的裝置，常見的有鈴、哨、汽笛、喇叭等，在生產(chǎn)勞動中常用于指示或報警。采用聽覺顯示器需選用人耳敏感的頻率范圍。需要傳輸很遠的信號，使用低頻聲音。緊急報警采用間斷的聲音信號或改變頻率和強度，信號持續(xù)時間應(yīng)適當。

(二)控制器控制器(control)是操作者用以改變機械運動狀態(tài)的裝置或部件，常見的有開關(guān)、按鈕、旋鈕、駕駛盤、操縱桿和閘把等。控制器通常是通過人體四肢的活動來操縱，據(jù)此分為手控制器、腳控制器、膝控制器等，其中手控制器應(yīng)用最為廣泛。此外，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，聲(包括語言)控制器等更先進的控制裝置也得到了廣泛使用。

1.手控制器

(1)按鈕：按鈕裝置簡單，使用方便、快速，是最常用的手控制器。同一個區(qū)域如果有多個功能不同的按鈕，需要用顏色、形狀或指示燈加以區(qū)別。

(2)旋鈕：適用于工作狀態(tài)較多或連續(xù)變化的過程控制。旋鈕的直徑、高度和旋轉(zhuǎn)阻力等需根據(jù)其功能和手的尺寸特點進行設(shè)計。

(3)搬動開關(guān)：是需要一定力量強度的控制裝置，通常只具有開和關(guān)的功能并設(shè)有明顯標志。

(4)輪盤：用于力度較大或角度較大的旋轉(zhuǎn)，如駕駛盤和氣體或液體輸送管道的開關(guān)輪盤等。邊緣宜設(shè)計成波紋狀，便于抓握和用力。

2.腳控制器

外形變化不大，多為長方形，大小與腳掌相適應(yīng)，表面有齒紋以便用力和防止滑脫。腳控制器多用于精度要求不高或需要用力較大的場合。在有些情況下，操作人員需要同時操縱多個控制器時(如汽車駕駛員)，為了減輕上肢負擔和節(jié)約時間，也采用腳控制器。

(三)工具生產(chǎn)勞動中經(jīng)常需要使用各種工具，如鉗子、錘子、刀、鉆、斧等。工具的設(shè)計和選擇需注意外形、尺寸、重量等符合人體尺寸和人的解剖及生理特點。例如，工具的把柄應(yīng)符合手的尺寸并有合適的波紋以增加抓握的牢度。圖1—16所示。這樣既便于操作，又可以減少人體相應(yīng)部位的靜態(tài)緊張。此外，工具還需具有外形美觀、堅實耐用、使用安全等優(yōu)點。四、作業(yè)環(huán)境工作環(huán)境中能夠?qū)θ说纳硇慕】岛凸ぷ餍十a(chǎn)生影響的因素可以概括為社會環(huán)境因素和自然環(huán)境因素。

社會因素，包括社會分工、勞動報酬、職位升遷、人際關(guān)系等，這些因素涉及范圍廣。自然環(huán)境中的因素，工效學主要是根據(jù)本學科的特點，研究各種物理性和化學性因素對健康、安全、舒適和效率的影響，以及如何創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境。

（一)氣溫氣溫升高或降低不但對人體健康產(chǎn)生影響，還可以影響作業(yè)能力和工作效率。例如，在高溫或低溫環(huán)境中，可以使反應(yīng)速度減慢、準確性降低，導致作業(yè)能力下降和差錯事故發(fā)生。（二)噪聲噪聲使人的注意力難以集中，嚴重時可以出現(xiàn)煩躁、反應(yīng)遲鈍等。有調(diào)查發(fā)現(xiàn)電話接線員，噪聲對工作質(zhì)量和效率的影響更加明顯，將環(huán)境噪聲從40dB(A)提高到50dB(A)，錯誤率增加將近50％。噪聲還可以掩蓋作業(yè)場所(如礦井)的危險信號或機器發(fā)出的警報，由于作業(yè)人員不能及時察覺，導致嚴重的工傷事故發(fā)生。根據(jù)這種情況，科學工作者針對不同的場所提出不同的噪聲限值。

(三)照明人的信息有80％是通過視覺獲得的。生產(chǎn)勞動過程中，合適的照明條件可以增加周圍物體的識別度，有利于獲得信息的準確性和提高速度。照度太低，影響物體的分辨。照度過高，一方面容易引起眼睛疲勞，甚至造成視覺損傷；另一方面可以使人的興奮性異常增高，很快轉(zhuǎn)為抑制，降低勞動效率。要根據(jù)作業(yè)特點，采用適宜的或合理的照明條件，例如一般作業(yè)，照度可以低一點；精細作業(yè)，照度要求高一些；閱讀的照度以300—500Lux為宜。（四）蔚色

顏色是物體的一種屬性，也稱色彩。適當?shù)念伾梢詭椭鳂I(yè)人員提高人對信號或標志的辨別速度，進行正確的觀察和識別，減少操作錯誤。顏色對人的心理可以產(chǎn)生一定影響，使人產(chǎn)生某種感情或引起情緒變化，例如，紅、橙、黃等顏色給人以溫暖的感覺，稱為暖色；藍、綠、紫等顏色給人以寒冷的感覺，稱為冷色；其他一些顏色稱為中間色。暖色可以使人興奮，例如紅色可以提高人的反應(yīng)性，但也容易引起精神緊張和不安，長時間在這種環(huán)境作業(yè)的效率并不高。冷色使人感到鎮(zhèn)靜，甚至會產(chǎn)生壓抑感。顏色結(jié)合顏色的明度，還可以給人以輕、重和遠、近等感覺，如明度高的顏色(淺色)顯得輕，明度低的顏色(深色)感覺重。明度高的暖色使物體輪廓給人以擴大的感覺，使物體顯得接近；明度低的冷色則給人以物體輪廓縮小和遠離的感覺。在機器設(shè)計和作業(yè)環(huán)境的顏色處理時，充分利用這些特點，可以創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，使人感到心情愉快，既有利于作業(yè)人員的身心健康，也可以提高作業(yè)效率。五、勞動組織合理地組織生產(chǎn)勞動和各項工作，可以減輕勞動者的生理及心理負荷，提高作業(yè)能力。

(一)減少負重及用力負重是造成肌肉骨骼損傷的重要原因之一。在可能的情況下應(yīng)盡量減少作業(yè)過程中負重量，以減輕機體負擔。

(二)改善人機界面除了顯示器和控制器以外，工作臺的高低、工件的放置位置等，要有利于作業(yè)人員的操作和使用，有條件的使用高度可調(diào)節(jié)的工作臺，不同性別或不同高矮的人使用時可以根據(jù)自身的情況，將其調(diào)節(jié)到合適位置。

(三）人員的選擇與培訓為了更好地完成生產(chǎn)