人的生理与心理特性

1人的生理特性

　　1.1 人的感觉特性

　　1、视觉特性

　　人的视觉特性是指眼睛对其周围事物的明暗（光）觉、形状觉、颜色觉、运动觉、深度（立体）觉等。外界光线通过眼球前部的晶状体等折光系统，照射在眼球后部的视网膜上，如图4.3所示，再由视觉细胞将光信号转变成神经信号，经视神经传达到大脑的视觉中枢（视区），完成视觉功能。

　　眼睛的主要特性归纳如下：

　　（1）视力 眼睛分辨细小物体的能力

　　（2）视野 当头部和眼睛不动时，眼睛观察正前方所能看到的空间范围（用角度来度量）。

　　（3）视觉适应 人由暗处进入明处，最初眼睛不能分辨物体，大约1 min以后，眼睛才能完全适应，看清物体，称为明适应。人由明处进入暗处，大约30 min以后才能看清暗处的物体，称为暗适应。

　　（4）视错觉 视错觉当观察外界物体形状时，所得到的印象与实际形状的差异叫视错觉。

　　2、听觉特征

　　声波作用于人的听觉器官，经内耳的耳蜗将压力波转换为神经冲动，沿听觉神经传达到大脑系统，并分为两个部分：一部分传入听觉皮质，感知听觉信息的内容；一部分传入网状结构，激活整个大脑皮质，以提高大脑的觉醒程度，起到报警作用。

　　在正常生产中听觉与视觉相比次要的多，生产者的信息70%－80%来自视觉，只有10%－20%来自听觉，但在异常状态下的警觉信息则主要来自听觉。

　　听觉有以下特性：

　　（1）可听声音频率范围为16–20 000 Hz。

　　（2）人主观感觉的声音响度与声强成对数关系，即声强增加十倍，主观感觉响度只增加一倍。

　　（3）人能分辨声音的方向和距离。人的两耳的听力是一致的，因而能根据声音到达两耳的强度和时间差判断声源的方向，根据声压的经验判断声源的距离。

　　3、触觉特性

　　触觉是指人体肌肤对外界机械性刺激的感觉。

　　触觉有以下特征：

　　（1）触觉适应  当人体受到一个恒定的机械刺激时，人对刺激强度的感觉会因持续时间的增长而逐渐变小，这种现象称之为适应。

　　（2）触觉形状编码  形状编码就是将控制器的手柄做成各种不同的形状，不需要借助视觉，只要用触觉就可以准确地进行识别的方法。编码的可变参数主要有两个：一个是形状，另一个是大小。

　　（3）盲目定位  靠操作者对作业位置的熟练记忆和触觉感知给动作定位的方法称为盲目定位。

　　1.2人体的能量代谢

　　1、劳动与能量代谢

　　（1）基础代谢量  人在生物学所规定的基础条件下，维持生命所必须消耗的能量，称为基础代谢量。基础条件是：人清醒而且极安静（已静卧1–2小时以后），空腹（进食后12–24小时），室温在20℃左右。

　　（2）安静代谢量  它是在工作或运动没有开始之前，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。安静代谢量的测定，一般是在工作前或工作后，被测者坐在普通的椅子上进行的。测定时必须保持安静状态，一般可通过呼吸次数或脉搏数来判断是否处于安静状态。测定是通过呼吸取样分析进行的。通常以基础代谢量的20%作为安静代谢量。

　　（3）劳动代谢量  人体进行工作或运动所消耗的能量叫劳动代谢量。体力劳动是使能力代谢亢进的最主要原因。人在工作、劳动及运动时的能量代谢量和安静代谢量之差，叫做劳动代谢量。

　　（4）能量代谢率  以劳动代谢量和基础代谢量之比表示劳动强度的大小。这个指标不仅可以消除个人的差别，而且简单明了。

　　能量代谢率（RMR）= 劳动代谢量/基础代谢量

　　                      = （劳动时能量总消耗量–安静时能量消耗量）/ 基础代谢量

　　2、能量消耗的测定

　　完成某一活动所消耗的氧量可用来测定活动中消耗的能量或产生的热。活动中消耗的能量，可以用耗氧率或更常用的代谢率来表示。其中代谢率可以相当精确的从耗氧量计算出来。用类似的方法测定代谢率称为间接测热法。

　　间接测热法有两种：闭式测定法和开式测定法。闭式测定法虽然比较简单，但误差高达10%，并且无法知道是在利用哪种食物供能，故较少采用；开式测定法，即在测定时直接吸入外界空气，然后将呼出气体收集起来。测定其中氧和二氧化碳浓度的百分比。大气中所含氧是已知的，分别是20.93%和0.03%。那么，根据呼出气中氧和二氧化碳的浓度就能计算出能量的消耗量。

　　1.3劳动中的氧耗

　　1、氧在劳动中的作用

　　一般来说，正常人安静时耗气约为0.2－0.3 L/min，人体的最大耗氧量为3－6 L/min，人的耗氧范围为0.2－6 L/min。

　　人在劳动中所需要的氧量取决于劳动的方式和劳动强度的大小。人在从事体力劳动时所耗的氧量可增至安静休息时的几倍，人在参加剧烈的体育运动时，所耗的氧量可增至安静休息时的30倍，甚至更多。除体力劳动外，脑力劳动也需要充足的氧气。

　　2、氧需与氧债

　　（1）氧需 单位时间内人体所需要的氧量叫氧需。

　　劳动时人体的氧耗增加。这时，人体通过神经和体液的调节机制，促使摄氧量增加。但在较繁重的作业中，氧的供应往往不能满足需要，这不足的部分要等到作业停止后的恢复期来补偿。所以，某项作业的净需氧量为：

　　作业时的总需氧量（净值）=[作业期的摄氧量（mL）+恢复期的摄氧量（mL）]

　　                          –{[作业时间（min）+恢复时间（min）]×250}

　　（2）氧债 人从事体力劳动，当劳动强度增大时，有氧作业的稳定状态就难以维持，这时人体需氧量超过摄氧量，能量供应取决于物质的无氧分解，造成体内的氧亏负，人体所欠的氧要在劳动停止后的恢复期来偿还。而在氧不足的情况下从事作业，就会引起肌肉中的乳酸的积累，使有效作业的维持时间缩短。因此，把这种作业停止后偿还的氧称为氧债。

　　3、劳动中氧的测定

　　作业中人体消耗的能量与需要氧量有直接关系。因此，能量代谢率（RMR）指标可以通过作业中的耗氧量来计算。

　　RMR=（劳动时的耗氧量－安静时的耗氧量）/基础代谢的耗氧量

　　劳动时的耗氧量，可以在作业中直接测定。原始的方法是在测定时让被测者背着贮气袋（多格拉斯袋），通过面罩把劳动时人体呼出的气体引入袋中。根据气袋的容量，通常测定5－10min。呼出气的化学成分可使用肺功能测定仪器进行分析，呼气量也通过专用仪器来测量。测定的呼吸量要按温度和气压换算成标准状态，然后计算该项作业的耗氧量。计算量应特别注意，对恢复期氧债部分的耗氧量不能忽略。

　　基础代谢的耗氧量，可以通过由体重、身高计算的体表面积值查表求出。表4.6为男子基础代谢的耗氧量与体表面积的关系。女子基础代谢的耗氧量为男子的95%。安静时的耗氧量，一般是以基础代谢的耗氧量的1.2倍计算。

                   表4.6 基础代谢氧消耗量                   mL / min

　　1.4劳动中的心率与劳动的分级

　　1、心率

　　心率通常是通过脉搏频率测定的，即测定颈部的动脉腕部的桡动脉每分钟传过的压力脉冲数。

　　在安静时，正常人的心率约为75次/ min。虽然安静时男子和女子心率基本相同，但在工作中心率却不一致。在青年人中，当以最大耗氧量的50%工作时，男子心率一般比女子低，男子约130次，而女子约140次。而以最大耗氧量工作时，心率却无差异。然而，两性的最大心率都随年龄的增加而下降。最大心率的近似值可按下式来计算。

　　最大心率（次/ min）=220 – 年龄（岁）

　　人的心率与性别和年龄有关外，还与其他一些因素（如姿势、环境温度等）有密切关系。

　　2、心率可作为最大耗氧量的预测指标

　　由于心血输出量在很大程度上决定人体在劳动中肌肉吸收的氧量，因此，心率与耗氧量之间存在着一定的关系。

　　3、心率与作业强度

　　人体在作业时要释放大量的热，其能量占人体总能量的大部分。散发大量的热会引起心搏速度加快，即心率增加。目前在国际劳动生理学和运动生理学领域，越来越多地趋向于以心率这个生理学指标来综合评价劳动强度与作业条件。在体力劳动中，心率变化与几个因素有密切关系，如图4.4所示。

　　4、关于劳动强度分级

　　我国于1984年颁布了劳动强度分级标准（GB3869－83），如表4.7所示。

表4.7  体力劳动强度分级

　　劳动强度指数的计算公式为：

　　I = 3T = 7M

　　式中  I——劳动强度指数

　　T——劳动时间率

　　T=工作日内纯劳动工时（min）/工作日总工时（min）×100%

　　M——8 h工作日能量代谢率，kcal /（min•m²）

　　其计算方法是根据抽样结果将工作日的各种劳动和休息加以归类，分别计算各项劳动与休息的能量代谢率，分别乘以相应累计的各项时间，得出工作日内能量消耗总值，再除以工作日制度工作时间，即得出工作日平均能量代谢率M。

　　能量代谢率的计算公式为：

　　M=10^{（0.0945x－0.53794）}

　　M=13.26－10^{（1.1648－0.0125x）}

　　式中  x——单位体表面积每分钟呼气量，L/min

　　当x取值在3－7.3 L/min时，采用第一式来计算M；当x取值在8－30.9 L/min时，采用第二式；当x 取值在7.3－8 L/min时，采用两式的平均值为M。

　　2 人的生物力学

　　人体生物力学是研究劳动工效学和体育运动的基础理论之一。运用生物力学理论研究作业可以把效率成倍提高，做到高效、省力和安全。许多事故都是在用力过猛或精疲力竭情况下发生的。

　　2.1人体力学参数

　　1、人体动作分类

　　按人体的动作牵动部位的范围，可将动作分为：

　　（1）手指动作（如写字等）

　　（2）手指及上肢动作（如小件装配、打字等）

　　（3）上身动作（如钳工作业等）

　　（4）下肢动作（如搬运重物、打大锤等）

　　按动作的形态还可以将动作分为动态和静态两种：前者一般是肢体作频繁动作或伴随有躯干的移动和活动，如铁铲作业、搬运作业等；后者一般是躯干或人体等部位保持一个姿势的动作，如持物、长时间扳动控制杆等。

　　2、肢体运动参数

　　人的肢体运动参数主要可归纳为摆动角度、动作的灵敏度及动作的精确性三个方面。

　　（1）摆动角度  肢体生理结构限制的最大摆动角度称为最大摆角。习惯上最舒适的摆角为舒适摆角。

　　（2）动作灵敏度  肢体灵敏度包括动作的速度及动作的频率两个方面。

　　动作速度取决于动作方向和动作轨迹特征，对于手动作的基本情况是：

　　a.水平操纵动作比垂直操纵动作的速度快；

　　b.一直向前的动作速度比旋转时的动作速度快1.5－2倍左右；

　　c.操纵动作的圆形轨迹比直线轨迹灵活；

　　d.顺时针动作比逆时针动作方便；

　　e.向前后的往复动作比向左右的往复动作速度快；

　　f.最大动作速度与被移动的负载重量成正比，而达到最大速度所需时间与负载重量成正比。

　　表4.8给出人体各部位每动作一次（从屈到伸）所需的最少平均时间。

表4.8 人的各部位动作一次的最少平均时间

　　动作的频率，是指在一定的时间内动作所重复的次数，其大小与操纵方式、机构形状、种类、尺寸及人体部位有关。

　　（3）动作的精确性  动作精确性与动作灵敏度有一定的关系，一般情况下动作灵敏的操作动作精度也较高。手的动作，向着身体比离开身体的动作灵活而精确，右手动作较左手精确，特别是在距中线30º－60º的范围内动作精确性最好。

　　动作的精确性常与视觉的配合有关，如果手的动作遮挡了视线，精度将受到影响。例如右手伸向身体中线左侧作业，因手与视线干扰，净度与速度都明显低于右侧作业。

　　在不同姿势下精确性最佳的动作位置也不相同。站立姿势下，由地面算起在身高的60%－70%、人体前方相当于身高的20% 区域内，为最佳动作精确区；坐姿下，在坐高70%、人体前方相当于身高的20% 的区域内为最佳动作精确区。一般情况下，坐姿又比立姿动作精确性高些。

　　3、肢体出力参数

　　人体能够出力的大小，决定于人体的姿势、着力部位以及作用力的方向。

　　（1）立姿出力参数 立姿时手的出力主要决定于体重，图4.5 给出了以体重为基数的各个位置相对出力值。  

　　（2）坐姿出力参数  坐姿手向前方的推力最大。出力由大到小的排列顺序为：向前推力、向后拉力、向上拉力、向下拉力、侧向施力。

　　坐姿右手的出力值列于表4.9中。

　　坐姿脚的出力大小与座面高度及脚的蹬力方向有关，如图4－6所示，由于椅背的支撑脚在水平方向可产生最大的蹬力（约2 000N），脚的最佳出力方向约在20º－30º的位置，出力时大小脚之间的夹角α与出力大小有关，如表4.10所示。

表4.10 出力时的最佳α角

　　脚踏装置应设在脚伸直可达距离的90%处，对经常使用的脚踏板阻力不宜大于图中最大出力的10%。

　　（3）年龄与性别对出力值的影响 人的出力高峰年龄在25－30岁之间，在这之前或之后体力都有下降，女性的肌肉力大约较男性低1/3左右。性别与出力的关系及年龄与出力的关系均以相对值的形式在图4.6中表示出来，供设计人机界面时参考。

　　左右手的出力也有差别，一般右手比左手强10%，而习惯用左手的人其左手可比右手强6－7%。

　　2.2 合理用力

　　1、正确的用力姿势

　　脊柱是人体承担外力的主要结构，也是较为薄弱的结构，脊柱承载外力的形式主要是受压，其中以第五腰椎受力最大。脊柱是按杠杆原理工作的，提起重物时的力臂L，平衡力是靠脊椎棘突上的肌肉拉力，其力臂为K，L/K的值越大，棘突上的肌力也越大，显然上身与垂线的夹角越小（即力臂L越短）越省力（图4.8）。

　　另外椎间盘能承受的压力很有限，而且主要适宜承受均匀的压力，如果产生过大的偏载压力，就有发生椎间盘脱出的危险。人在负重时应尽量挺直腰背，且躯干倾角越小越有力。

　　2、尽量减少静态受力

　　肌肉的持续能力取决于肌肉血液循环的情况，血液循环地越好，肌肉越能持续用力，肢体静态用力时，由于肌肉持续处于紧张状态，压迫血管阻止了新鲜血液流入，使肌肉得不到能量补充，代谢物又无法排出，肌肉很快就产生酸痛疲劳，并不得不停止工作。而动态作业肌肉可以有节奏的张弛，新鲜血液能不断的流入肌肉，因此长时间的持续工作而不会产生疲劳。

　　不适当的静态处理造成的肢体疲劳比动态出力大好几倍，而且恢复体力的时间也很长，持续的静态出力既不安全，又会引起许多关节疾病。

　　肌肉相对出力与持续出力时间成反比立关系，肌肉力相对值越小，血液循环情况越好，可持续出力的时间也越长。当出力为肌肉最大出力的10%－15% 时，血液可以保持正常循环，因此一般以此值作为设计操作阻力的限制值。

　　3、保持身体稳定

　　人体的最大出力主要取决于身体的稳定性，而不是肌肉的收缩力，因此出力时保持身体稳定是持续出力的重要条件。

　　保持身体稳定的条件是使人体受力的合力（包括体重）在两脚之间。其方法有三个，一是恰当的分配体重；二是尽量使身体对称受力；三是要有较平坦的足够大的立足之地和身体回旋的余地。

　　4、设计合理的工具类人机界面

　　工具类人机界面的造型直接影响手和脚的出力和疲劳。

　　3人的心理特征

　　3.1 人的心理活动

　　心理过程包括认识过程、情感过程和意志过程。

　　人的个性心理特征包括能力、兴趣、气质和性格。能力是指智能、知识和技能。

　　4.4.3.2人的行为

　　人的行为受制约于人的心理活动，主要有：

　　1、需要

　　人的需要有多样性，主要有自然需要与社会需要。前者是为了生存而对外在条件的要求，如空气、水和食物等。后者是为了维持社会生活，进行社会生产而形成的。人的需要有层次性，马斯洛提出了需要层次理论，他认为一般需要有五个层次，既生理、安全、情感、尊重和事业成就。人的需要满足是由低层次向高层次不断发展的。

　　2、动机

　　人的动机是推动人们行动的原因，是一个人发动和维持活动的心理倾向。

　　动机有下列功能：

　　（1）始动功能 动机能唤起或引发行动；

　　（2）指向功能 它能使人的行动沿着特定方向和预期目标进行；

　　（3）强化功能 行为结果对人的动机有很大影响。动机可因良好结果而加强，使行为重复或继续，且行为得到加强。

　　动机的特性主要表现在：

　　（1）动机是人的主观状态，人的动机伴随着心理紧张性，决定人的主观状态，推断行为；

　　（2）动机的内隐性 人的动机具复杂性，并具有内隐性层、过渡层、表露层等结构。在较复杂的人的行为中，许多动机往往是隐藏的。

　　（3）动机的实践性  由于动机推动人的行为付诸实践，其真正的动机可根据行为追溯到。

　　3、情绪和情感

　　情绪和情感是人对客观事物的一种特殊反应形式，是十分复杂的心理现象。情绪是由人的需要满足程度而产生的喜、怒、哀、乐；情感主要决定于人的社会需要能否得到满足，是人所特有的心理现象。

　　3.3人的性格与意志

　　1、性格

　　性格是指人的态度和行为方面较稳定的心理特征。性格具有一定的稳定性，但经过教育和修养，随着立场、观点的变化，性格也有变化的可能，优良性格是安全生产的保证。经国外专家的调查测验发现，一般易出事故和事故多发者，其性格一般有下列的一些特点：

　　（1）感情冲动，容易兴奋、焦躁、愤怒；

　　（2）对工作易安于现状，不求上进；

　　（3）不沉着、心不在焉及工作忙乱，效率不高；

　　（4）情绪随天气等外界条件而变化无常；

　　（5）理解力低下，判断和思考能力差；

　　（6）易极度喜悦和悲哀，不能理性控制行动；

　　（7）处理问题轻率、冒失；

　　（8）反应迟钝、不爱活动等。

　　2、意志

　　人的自觉力求克服困难达到一定目的的心理过程称为意志。它是动机、决定等在执行过程中形成的，具有下列特征：

　　（1）独立性  有明确、坚定的目标，能理解自己行为的意义，认真地对待工作；

　　（2）决断性  善于立刻采取坚决的行动，它与敢于承担责任和献身精神相联系；

　　（3）坚持性  有持之以恒坚持克服困难的精神，目的越明确，坚持性也越强烈。

　　人的意志活动，主要是有目的、有意识的心理活动，也是与克服困难相联系的心理过程。具有良好意志素质的人，能正确适时地调节自己的行动、情绪和心理状态，遇到意外，能镇定自如，果断处置，这对安全生产极为有利。

　　四、作业过程中人的心理状态

　　1、关于心理状态

　　心理状态是心理活动在一定时间内的完整特征（如激情、紧张、松弛、疲劳等），心理状态兼有心理过程和个性心理特征的特点，既有暂时性、又有一定的稳定性。它是心理过程和个性心理特征联系的过渡阶段，二者的相互关系是通过心理状态实现的。

　　心理状态左右人的一切行动。当作业者出现疲劳或情绪低落时，对意外刺激反应不灵敏，甚至出现手忙脚乱、动作不准等现象。而当人处于积极准备状态下时，则反应快、动作准、效率高且事故少。因此，了解和掌握人在作业过程中的心理状态，对安全生产具有重大意义。

　　2、关于“注意”

　　“注意”是指心理活动对某一对象的指向和集中。如人在作业中要全神贯注、集中注意，才能安全操作。

　　注意有两个突出特性，其一是注意的选择性，既有选择的感知有意义的、符合需要的、与当前活动一致的对象，而对其它对象有不予考虑的倾向；其二是注意的集中性，当人注意某一对象时，大脑相应功能区就产生一个优势兴奋中心，其它区域则处于相对控制状态，所以对其它事物就会视而不见或听而不见。

　　根据产生和保持注意有无目的和意志努力程度的不同，注意可分为无意注意和有意注意。若人在注意某一事物时，事先既无预定目的，又无需意志努力，这种注意称为无意注意。这种注意主要是由周围环境中突然出现的外界刺激而引起的。在作业过程中，必须善于控制无意注意，不要分散注意力。有意注意是有预定目的的尚需意志努力的注意。在作业过程中，人必须经过意志努力，克服障碍，把自己的注意集中并保持在他的作业上。

　　人在同时进行多种活动时，把注意指向不同的对象称为注意的分配。人在作业时，既要观察又要操作，同时要注意周围情况的变化，这就要求适当的分配注意，否则会陷入顾此失彼的状态，很容易引发事故。注意的分配是有条件的，即人在多种活动中，有一种或数种是极熟悉的定型化的活动，而且能集中一部分注意力，与其他活动形成反应系统，则同时进行这些活动就比较容易了（亦即能善于注意的分配）。

　　人依据新的刺激，主动地把注意从一个对象转移到另一个对象称注意的转移。作业中遇有意外就要求注意的转移要及时，这既要求人神经过程要有灵敏性，同时还与训练有关。

　　预防不注意产生差错的方法如下：

　　（1）建立冗余系统，为确保操作安全，在重要岗位上，多设1－2个人平行监视仪表的工作；

　　（2）为防止下意识状态下的失误，在重要操作之前采用“指示唱呼”，对操作内容确认后再动作；

　　（3）改进仪器、仪表的设计，使其对人产生非单调刺激或悦耳、多样的信号，避免误解。

　　3、作业中不安全的心理状态

　　（1）盲目自信，思想麻痹  当出现异常时，原来的定势被破坏，往往感到出乎意外，表现为惊慌失措，束手无策，极易酿成事故；

　　（2）侥幸心理  为省事，怕麻烦，心存侥幸，凑合地干；

　　（3）紧张  注意的分配和转移不良，决策匆忙，忙中出错；

　　（4）骄傲自大  过高的估计自己，作业中出现异常，满不在乎，工作不专心，危险不被觉察；

　　（5）对作业厌倦感  作业中注意不集中，反应迟钝，活动能力下降；

　　情绪不良  情绪激动反常，好走极端，影响注意力，控制能力减弱，降低工作效率，是事故的隐患。