人因工程學：第6章人的作業(yè)能力與疲勞

1、第六章 人的作業(yè)能力與疲勞,6.1 體力工作負荷及勞動強度,人體活動的最基本特征有三個： 力量 耐力 能量代謝,2013-2014學年,2,一、人體活動力量 人能夠發(fā)揮出力的大小，決定于人體的姿勢、著力部位以及力的作用方向。 施力部位可把人體力量分為手部力量、腳（含腿）部力量、背部力量和頸部力量。 人的操作是由手和腳來完成。因此，手部力量和腳部力量在所有各類力量中起著重要的作用,2013-2014學年,3,一、人體活動力量,一）手部力量,1）握力：握力的大小在很大程度上反映手的用力能力。握力大小因年齡、性別等因素的變化而有很大的差異。根據(jù)對被試的測定所得到的實驗結果看出，人體力量與人的年齡、性

2、別有關，年齡和性別對力量有很大的影響,2013-2014學年,4,一、人體活動力量,一）手部力量,2）手的操縱力。與人的作業(yè)姿勢、用力方向等因素有關。 1）坐姿手操縱力 2）立姿手操縱力 3）臥姿手操縱力 4）常見手部操作動作及其力量極限,2013-2014學年,5,2013-2014學年,6,2013-2014學年,7,一、人體活動力量,二）腳部力量,腳產(chǎn)生的力的大小與下肢的位置、姿勢和方向有關。一般坐姿時，右腳最大蹬力平均可達2568N,左腳為2362N；膝部伸展角度在13001500或16001800之間時，腳蹬力最大。 一般來說，右腳腳力大于左腳；男性腳力大于女性腳力。腳力控制器的操縱

3、力最大不應超過264N。否則易疲勞。右腳使用力的大小、速度和準確性都優(yōu)于左腳。 操作頻繁的作業(yè)應考慮雙腳交叉作業(yè),2013-2014學年,8,2013-2014學年,9,二、人體活動的耐力,一般把人體能夠在較長時間內(nèi)保持特定工作水平的能力稱為耐力,研究表明，隨著活動持續(xù)時間的增加，人體力量出現(xiàn)下降。人體力量與持續(xù)時間之間存在一種非線性的反比關系，如圖所示,2013-2014學年,10,6.2 體力工作負荷及其測定,體力工作負荷是指人體單位時間內(nèi)承受的體力工作量的大小。工作量越大，人體承受的體力工作負荷強度越大。人體的工作能力是有一定限度的。 對操作者承受負荷的狀況進行準確評定，既能保證工作量，

4、又能防止操作者在最佳工作負荷水平外超負荷工作，是人機系統(tǒng)設計的一項重要任務,一、體力工作負荷的定義,2013-2014學年,11,可運用上述生理指標和生化指標的變化測定人體工作負荷水平，體力工作負荷可以從生理變化、生化變化、主觀感覺等三個方面進行測定,二、 體力工作負荷的測定,一）生理變化測定 生理變化測定主要通過吸氧量、肺通氣量、心率、血壓和肌電圖等生理變量的變化來測定體力工作負荷。生理變化的測定也可以使用某些派生的吸氧量和心率指標,2013-2014學年,12,二）生化變化測定 經(jīng)常的測定項目：乳酸和糖原的含量。體力負荷對人體尿蛋白含量有明顯的影響，即所謂的“運動性尿蛋白”現(xiàn)象,二、 體力

5、工作負荷的測定,三）主觀感覺測定 主觀感覺測定是通過自認勞累分級量表進行評價。經(jīng)過多次修改，目前普遍使用的是15點（620點）量表，該量表的特征是要求操作者根據(jù)工作中的主觀體驗對承受的負荷程度進行評判,2013-2014學年,13,勞動強度是指作業(yè)者在生產(chǎn)過程中體力消耗及緊張程度。勞動強度不同，單位時間人體所消耗的能量也不同。從勞動生理學方面來看，以能量代謝為標準進行分級是比較合適的。這種分級法可以把千差萬別的作業(yè)，從能量代謝角度進行統(tǒng)一的定義。目前，國內(nèi)外對勞動強度分級的能量消耗指標主要有兩種： 相對指標，即相對代謝率RMR。該指標在國外應用比較普遍，目前在我國已開始使用； 絕對指標，如8h

6、的能量消耗量，勞動強度指數(shù)等,三、 勞動強度及其分級,2013-2014學年,14,1、以相對代謝率指標分級 依作業(yè)時的相對代謝率指標評價勞動強度標準的典型代表是日本能率協(xié)會的劃分標準，它將勞動強度劃分為5個等級。 作業(yè)的越高，規(guī)定的作業(yè)率應越低。 2.7適宜的作業(yè)； 4的作業(yè)不能連續(xù)進行； 7的作業(yè)應實行機械化,2013-2014學年,15,三、 勞動強度及其分級,相對代謝率指標分級 能耗量指標分級 勞動強度指數(shù)分級 耗氧量、心率等指標分級,2013-2014學年,16,2、以能耗量指標分級 不同勞動強度的能耗量與相對代謝率指標對照資料見表。該資料為日本勞動研究所發(fā)表,2013-2014學年

7、,17,我國1984年頒布了體力勞動強度分級標準(GB3869-83)，1997年重新確定標準（GB3869-1997）代替GB3869-83，標準規(guī)定了體力勞動強度分級的劃分原則和級別，是勞動安全衛(wèi)生和管理的依據(jù),3、以勞動強度指數(shù)分級,2013-2014學年,18,本標準采用下列定義。 1）能量代謝率energy metabolic rade（M） 2）勞動時間率working time rate (T) 3）體力勞動性別系數(shù) sex coeffcient of physical work (S) 4）體力勞動方式系數(shù) way coefficient of physical work (W

8、) 5）體力勞動強度指數(shù) intensity index of physical work (I,3、以勞動強度指數(shù)分級,2013-2014學年,19,2013-2014學年,20,3能量代謝率、勞動時間率和體力勞動強度指數(shù)的計算方法,1） 平均能量代謝率M計算方法,2013-2014學年,21,單項勞動能量代謝率計算如下： 每分鐘肺通氣量3.07.3L時采用式： lgM0.0945x 0.537 94 每分鐘肺通氣量8.030.9L時采用式： lg(13.26)1.1648 -0.0125x 每分鐘肺通氣量7.38.0L時采用上面兩式的平均值。 上式中，M為能量代謝率（kJminm2）；x為

9、單位體表面積氣體體積，Lminm2,2013-2014學年,22,2）勞動時間率T計算方法,每天選擇接受測定的工人23名，記錄自上工開始至下工為止整個工作從事各種勞動與休息的時間。每個測定對象應連續(xù)記錄3天，取平均值，求出勞動時間率(T)。 工作日內(nèi)純凈勞動時間（min） T (%) 100 工作日總工時（min） 各單項勞動占用的時間（min） 100 工作日總工時（min,2013-2014學年,23,3）體力勞動強度指數(shù)計算方法 體力勞動強度指數(shù)計算公式： I=10 TMSW 式中：I體力勞動強度指數(shù)； T勞動時間率，； M8h工作日平均能量代謝率，KJminm2； S性別系數(shù)：男性1，

10、女性1.3； W體力勞動方式系數(shù)：搬1，扛0.40，推/拉0.05 其中，凈作業(yè)時間比率可通過抽樣測定，取其平均值,2013-2014學年,24,4、以氧耗、心率等指標分級,以能量消耗為指標劃分勞動強度時，耗氧量、心率、直腸溫度、出汗率、乳酸濃度和相對代謝率等具有相同意義。典型代表是國際勞工局83年標準，將工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動強度劃分為6個等級,2013-2014學年,25,能量產(chǎn)生和消耗可以從人體消耗的氧量上反應出來。作業(yè)時人體所需的氧量取決于勞動強度大小，勞動強度越大，需要氧量也越多。因此，以體力為主的作業(yè)，可以利用人在作業(yè)中的耗氧量計算作業(yè)時耗能量。 （1）氧債及其補償 氧需：單位時間所需的氧

11、量（氧需能否得到滿足主要取決于循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的功能） 。 氧上限：血液在單位時間內(nèi)所能供應的最大氧量（成年人的氧上限一般不超過3L/min，有鍛煉者可達到4L/min）,耗氧量,2013-2014學年,26,1）氧債及其補償,氧債：氧需和供氧量之差（如圖,2013-2014學年,27,2）靜態(tài)作業(yè)的氧需,靜態(tài)作業(yè)的特征是能量消耗水平不高，但容易發(fā)生疲勞。即使勞動強度很大，氧需也達不到氧上限，通常每分鐘不超過1L。但在作業(yè)停止后數(shù)分鐘內(nèi)，氧耗不像動態(tài)作業(yè)那樣迅速降低，而是先升高，然后再逐漸降低到安靜水平。具體如圖所示,靜態(tài)作業(yè)的氧消耗動態(tài),2013-2014學年,28,3）氧耗量的測定與計算

12、,相對代謝率(RMR)指標通過作業(yè)中氧耗量來計算，計算公式如下：（要注意，對恢復期還氧債部分的氧耗量不能忽略,其中作業(yè)時的氧耗量直接作業(yè)過程中測得 基礎代謝氧的消耗量可以通過由體重、身高計算的體表面積值查表求出 安靜時氧的消耗量，一般以基礎代謝氧消耗量的1.2倍來計算,2013-2014學年,29,5、最大能量消耗界限,一般，人體的最佳工作負荷是指在正常情境中，人體工作8h不產(chǎn)生過度疲勞的最大工作負荷值。最大工作負荷值通常以能量消耗界限、心率界限以及最大攝氧量的百分數(shù)表示。 國外一般認為，能量消耗20.93kJ/min、心率(110115) beats /min、吸氧量為最大攝氧量的33%左右

13、時的工作負荷為最佳負荷。 對于重強度勞動和極重(很重)強度勞動，只有增加工間休息時間即通過勞動時間率來調(diào)整工作日中的總能耗，使8h的能耗量不超過最佳能耗界限。為了補充體內(nèi)的能量貯備，就必須在作業(yè)過程中，插入必要的休息時間,2013-2014學年,30,2013-2014學年,31,2013-2014學年,32,2013-2014學年,33,2013-2014學年,34,2013-2014學年,35,6.3 體力疲勞及其消除,一、體力疲勞及其分類,體力疲勞是指勞動者在勞動過程中，出現(xiàn)的勞動機能衰退，作業(yè)能力下降，有時伴有疲倦感等自覺癥狀的現(xiàn)象。 疲勞是一種信號，它提醒你，你的機體已經(jīng)超過正常負荷

14、，應該進行調(diào)整和休息。 體力疲勞根據(jù)身體使用部位可分為局部疲勞和全身疲勞。根據(jù)活動時間長短和活動強度的高低，可分為短時間劇烈活動后產(chǎn)生的疲勞和長時間中等強度作業(yè)后產(chǎn)生的疲勞，后一種疲勞在人機系統(tǒng)中比較普遍,2013-2014學年,36,二、疲勞的產(chǎn)生與積累,體力疲勞是隨工作過程的推進逐漸產(chǎn)生和發(fā)展的。按照疲勞的積累狀況，工作過程一般分為四個階段： （1）工作適應期。 （2）最佳工作期。 （3）疲勞期。 （4）疲勞過度積累期,2013-2014學年,37,二、疲勞的產(chǎn)生與積累,疲勞的積累過程可用“容器”模型來說明。從圖中可以看到，操作者的疲勞受很多因素影響，最典型的是以下五個方面,2013-20

15、14學年,38,二、疲勞的產(chǎn)生與積累,1）勞動強度與工作持續(xù)時間。勞動強度是決定疲勞出現(xiàn)時間以及疲勞積累程度的主要因素。 （2）作業(yè)環(huán)境條件。環(huán)境條件包括許多方面，如照明，噪聲、振動、微氣候、空氣污染、色彩布置等。 （3）勞動制度和生產(chǎn)組織方式。不合理的勞動制度和生產(chǎn)組織方式不利于人體保持最佳工作能力,2013-2014學年,39,二、疲勞的產(chǎn)生與積累,4）身體素質(zhì)。不同的作業(yè)者身體素質(zhì)不同 。 （5）營養(yǎng)、睡眠等。營養(yǎng)和睡眠是影響操作者疲勞狀況的另一類因素，生活條件差，營養(yǎng)不良，長期睡眠不足的個體，其工作能力受到明顯的影響，容易產(chǎn)生疲勞。 （6）其他作業(yè)者本身的因素，如熟練程度、操作技巧、對

16、工作的適應性、年齡以及勞動情緒等影響因素也都會帶來生理疲勞,2013-2014學年,40,三、疲勞產(chǎn)生的機理,疲勞的類型不同，發(fā)生的機理也不同。對于疲勞現(xiàn)象的解釋在學術界未能達成共識，目前主要有下述幾種論點,1.物質(zhì)累積理論。短時間大強度作業(yè)產(chǎn)生的疲勞，主要是肌肉疲勞。大量研究表明，短時間大強度作業(yè)后，肌肉中的ATP、CP含量明顯下降。 ATP、CP濃度下降至一定水平時必定導致肌肉進行糖酵解以再合成ATP。糖酵解伴隨乳酸的產(chǎn)生和積累。這種物質(zhì)在肌肉和血液中大量累積，使人的體力衰竭，不能再進行有效的作業(yè),2013-2014學年,41,三、疲勞產(chǎn)生的機理,2.力源消耗理論 隨著勞動過程的進行，能量

17、不斷消耗，人體內(nèi)的 ATP、CP濃度和肌糖原含量下降。人體的能量供應是有限的，當可以轉(zhuǎn)化為能量的能源物質(zhì)“肌糖原”儲備耗竭或來不及加以補充時，人體就產(chǎn)生了疲勞,2013-2014學年,42,三、疲勞產(chǎn)生的機理,3.中樞系統(tǒng)變化理論 作業(yè)過程中，除了ATP、CP濃度和肌糖原含量不斷下降以外，同時還伴隨著血糖的降低和大腦神經(jīng)抑制性遞質(zhì)含量上升。由于血糖是大腦活動的能力供應源，它的降低將引起大腦活動水平的降低，即引起中樞神經(jīng)疲勞,2013-2014學年,43,三、疲勞產(chǎn)生的機理,4.生化變化理論 全身性體力疲勞是由于作業(yè)及環(huán)境引起的體內(nèi)平衡狀態(tài)紊亂。人體在長時活動過程中會出汗。導致體液丟失。一旦體液

18、減少到一定程度，則循環(huán)的血量也將減少，從而引起活動能力下降。同時，汗液排出時還伴隨著鹽的丟失，這會影響血液的滲透壓和神經(jīng)肌肉的興奮性，結果導致疲勞,2013-2014學年,44,三、疲勞產(chǎn)生的機理,5.局部血流阻斷理論 靜態(tài)作業(yè)時，肌肉等長收縮來維持一定的體位，雖然能耗不多，但易發(fā)生局部疲勞。這是因為肌肉收縮的同時產(chǎn)生肌肉膨脹，且變得十分堅硬，內(nèi)壓很大，將會全部或部分阻滯通過收縮肌肉的血流，于是形成了局部血流阻斷。人體經(jīng)過休整、恢復，血液循環(huán)正常，疲勞消除,2013-2014學年,45,三、疲勞產(chǎn)生的機理,疲勞產(chǎn)生的機理可以概括為大量的能量被消耗，同時身體內(nèi)產(chǎn)生疲勞毒素；由于能量的不足，細胞活

19、力下降，機體各系統(tǒng)的功能減退；疲勞毒素在體內(nèi)聚積，體內(nèi)環(huán)境惡化，細胞發(fā)生中毒，興奮性衰減，甚至誘發(fā)凋亡或被動死亡；疲勞毒素刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)，產(chǎn)生全身性疲勞反應,2013-2014學年,46,四、疲勞測定方法,一）疲勞測定方法應滿足的條件 為了測定疲勞，必須有一系列能夠表征疲勞的指標。作為測定疲勞的方法應滿足： 測定結果應當是客觀的表達，而不依賴于作業(yè)者的主觀解釋。 測定的結果應當定量化表示疲勞的程度。 測定方法不能導致附加疲勞，或使被測者分神。 測定疲勞時，不能導致被測者不愉快或造成心理負擔或病態(tài)感覺,2013-2014學年,47,四、疲勞測定方法,二）疲勞特征及測定方法 疲勞可以從三種特征上

20、表露出來： 身體的生理狀態(tài)發(fā)生特殊變化。例如：心率、血壓、呼吸及血液中的乳酸含量等發(fā)生變化。 進行特定作業(yè)時的作業(yè)能力下降。例如：對特定信號的反映速度、正確率、感受能力下降，工作績效下降等。 疲勞的自我體驗,2013-2014學年,48,四、疲勞測定方法,二）疲勞特征及測定方法,1生化法 通過檢查作業(yè)者的血、尿、汗及唾液等液體中乳酸、蛋白質(zhì)、血糖等成分含量的變化來判斷疲勞。 2. 工作效績測定 隨著疲勞程度的加深，操作者的工作能力明顯下降。這樣，操作者的工作效績，包括完成產(chǎn)品的數(shù)量、質(zhì)量以及出現(xiàn)錯誤或發(fā)生事故的概率等，都可作為疲勞評定的指標,2013-2014學年,49,四、疲勞測定方法,二）

21、疲勞特征及測定方法,3.生理心理測試法,1）膝腱反射機能測定法。 這是通過測定由疲勞造成的反射機能鈍化程度來判斷疲勞的方法。 （2）觸二點辨別閾值測定法。用兩個短距離的針狀物同時刺激作業(yè)者皮膚上二點，當刺激的二點接近某種距離時，被試僅感到是一點，似乎只有一根針在刺激。這個敏感距離稱作觸二點辨別閾或兩點閾,2013-2014學年,50,3.生理心理測試法,3）皮膚劃痕消退時間測定法。用類似于粗圓筆尖的尖銳物在皮膚上劃痕，即刻顯現(xiàn)一道白色痕跡，測量痕跡慢慢消退的時間，疲勞程度越大，消退得越慢。 （4）皮膚電流反應測定法。測定時把電極任意安在人體皮膚的兩處，以微弱電流通過皮膚，用電流計測定作業(yè)前后皮

22、膚電流的變化情況，可以判斷人體的疲勞程度。人體疲勞時皮膚電傳導性增高，皮膚電流增加,2013-2014學年,51,3.生理心理測試法,5）心率值測定法。心率，即是心臟每分鐘跳動的次數(shù)。心率隨人體的負擔程度而變化，因此，可以根據(jù)心率變化來測定疲勞程度。 （6）色名呼叫時間測定法。通過檢查作業(yè)者識別顏色并能正確呼出色名的能力，判斷作業(yè)者疲勞程度。 （7）勾消符號數(shù)目測定法。將五種符號共200個，隨機排列，在規(guī)定的時間內(nèi)只勾掉其中一種符號，要求正確無誤。這是一個辨識、選擇、判斷的過程，敏銳快捷程度受制于體力、腦力狀態(tài)。因此，從勾掉符號數(shù)目的多少可以判別疲勞程度,2013-2014學年,52,3.生理

23、心理測試法,8）反應時間測定法。反應時間，是指從呈現(xiàn)刺激到感知，直至做出反應動作的時間間隔。反應時間的變化，可反映被試中樞系統(tǒng)機能的鈍化和機體疲勞程度。 （9）閃光融合值測定法。融合值與閃光值的平均值稱為閃光融合值 ，一般在30Hz55Hz之間。人的視覺系統(tǒng)的靈敏度，與人的大腦興奮水平有關。疲勞后，興奮水平降低，亦即中樞系統(tǒng)機能鈍化，視覺靈敏度降低,2013-2014學年,53,四、疲勞測定方法,二）疲勞特征及測定方法,4. 疲勞癥狀調(diào)查法,該法通過對作業(yè)者本人的主觀感受即自覺癥狀的調(diào)查統(tǒng)計，來判斷作業(yè)疲勞程度。該方法簡易、省時，不僅切實可行，且具有較高的精確性。值得強調(diào)的是，調(diào)查的癥狀應真實

24、，有代表性，盡可能調(diào)查全作業(yè)組人員。另外，選擇量表時應注意量表的信度和效度,2013-2014學年,54,五、疲勞的一般規(guī)律,1）疲勞可以通過休息恢復。 （2）疲勞有累積效應。 （3）疲勞程度與生理周期有關。 （4）人對疲勞有一定的適應能力,2013-2014學年,55,六、降低疲勞的途徑,1.合理設計工作環(huán)境 工作環(huán)境包括：照明、色彩、噪聲、振動、微氣候條件、粉塵及有害氣體等。 2.改進設備和工具 采用先進的生產(chǎn)技術和工藝，提高設備的機械化、自動化水平，是提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度，徹底改善勞動條件的根本措施。 工具和輔助設備的改進，可以減少靜態(tài)作業(yè)，減輕勞動強度，提高工作效率,一） 改善

25、工作條件,2013-2014學年,56,六、降低疲勞的途徑,3. 改進工作方法 （1）采用合適的工作姿勢。需要設計合理的工作場地和工作位置，研究合理的工作姿勢。設備、工具的安置要合理。 （2）采用經(jīng)濟作業(yè)速度。經(jīng)濟速度，就是進行某項作業(yè)時消耗最小能量的作業(yè)速度。在這個速度下，作業(yè)者不易疲勞，持續(xù)工作時間最長。 （3）選擇最佳的作業(yè)方法。操作者作業(yè)過程中的用力原則是：將力投入到完成某種動作的有用功上去。這樣可以延緩疲勞的到來或者在某種程度上減少疲勞,2013-2014學年,57,六、降低疲勞的途徑,1.疲勞后身體的恢復 包括體內(nèi)產(chǎn)能物質(zhì)及體液等其他成分的恢復；疲勞物質(zhì)的消除等,二）合理確定休息時

26、間和休息方式,2.休息時間的確定 （1）以能耗指標確定。 設作業(yè)時實際能耗量為M，工作日總工時為T，其中實際勞動時間為T勞，休息時間為T休，則,2013-2014學年,58,因為在一個周期中，實際勞動時間為100.47 kJ能量貯備被耗盡的時間，所以,六、降低疲勞的途徑,由于要求總的能量消耗滿足平均能量消耗不超過16.75KJ/min，所以,2013-2014學年,59,例,8h工作制中，作業(yè)開始前和作業(yè)結束后各有半小時準備和整理工作地，中午1h午飯時間。作業(yè)時能量消耗為32kj/min，安靜時的能量消耗為6 kj/min 。試分析該工作進行過程中至少還應安排幾次休息時間,2013-2014學

27、年,60,六、降低疲勞的途徑,2.休息時間的確定,2）綜合各因素考慮確定。 綜合考慮休息時間的長短、次數(shù)和時刻，還與作業(yè)性質(zhì)、緊張程度、作業(yè)環(huán)境等相關因素,3.休息方式 可分為：積極休息（交替休息），積極休息比消極休息使工作效率恢復快約60%70%；消極休息（安靜休息 ），重體力勞動一般采取這種休息方式,2013-2014學年,61,六、降低疲勞的途徑,三）改進生產(chǎn)組織與勞動制度,1.休息日制度 休息日制度直接影響勞動者的休息質(zhì)量與疲勞的消除。 2.輪班制度 輪班制分為單班制、兩班制、三班制或四班制等。應當根據(jù)行業(yè)的特點、勞動性質(zhì)及勞動者身心需要安排輪班方式,2013-2014學年,62,6.

28、4 腦力負荷定義及影響因素,一、腦力負荷定義,下面是幾種具有代表性的定義。 (1)腦力負荷是人在工作時的信息處理速度，即決策速度和決策的困難程度。 (2)腦力負荷是人在工作時占用的腦力資源程度，即腦力負荷與人在工作時所剩余的能力是負相關的。 (3)腦力負荷是人在工作中感受到的工作壓力的大小，即腦力負荷與工作時感到的壓力是相關的。 (4)腦力負荷是人在工作中的繁忙程度，即操作人員在執(zhí)行腦力工作時實際有多忙,2013-2014學年,63,將腦力負荷定義為反映工作時人的信息處理系統(tǒng)被使用程度的指標。腦力負荷與人的閑置未用的信息處理能力之和就是人的信息處理能力。人的閑置未用的信息處理系統(tǒng)與人的信息處理

29、能力、工作任務對人的要求、人工作時的努力程度等有關，因而腦力負荷也與這些因素有關,2013-2014學年,64,二、腦力負荷的影響因素,工作內(nèi)容、人的能力及人的業(yè)績對腦力負荷的測量有著十分重要的影響。 （1）工作內(nèi)容。工作內(nèi)容對腦力負荷有直接影響。在其他條件不變的情況下，工作內(nèi)容越多，越復雜，操作人員所承受的腦力負荷就越高。 （2）人的能力。在腦力勞動中，個體之間的腦力勞動能力存在差異，干同樣的王作，能力越大的人腦力負荷越低，能力越小的人腦力負荷越高,2013-2014學年,65,3）人的業(yè)績（績效）。腦力負荷的適當與否對系統(tǒng)的績效、操作者的滿意感以及安全和健康均有很大的影響。許多研究發(fā)現(xiàn)，工

30、作績效與腦力負荷強度存在明顯的依賴關系，圖10-2為工作績效與腦力負荷強度的關系模型,低 腦力負荷 高,2013-2014學年,66,6.5 腦力負荷的測量方法,工作測量法 生理測量法 主觀評價法,2013-2014學年,67,1、工作測量法,主任務測量法 假設操作者在工作中同時要做兩個任務，但只將其主要精力放在其中一個任務上 。 常用的主任務測量法主要是對速度和準確度的測量 。 主任務測量法通過測量操作人員執(zhí)行主任務的表現(xiàn)來反映主任務腦力負荷的輕重,工作測量法,以工作者在執(zhí)行工作時的表現(xiàn)作為腦力負荷的衡量指標，反映了操作者在模擬或?qū)嶋H操作環(huán)境中執(zhí)行任務的能力,副任務測量法 副任務測量也可稱次

31、任務測量法。 采用這種方法的前提是：人是有限能力的單通道信息處理器 它通過測量人們完成副任務的表現(xiàn)間接反映主任務的腦力負荷大小。 它是反映操作人員做主任務時剩余能力的一個指標,2013-2014學年,68,一、主任務測量方法,人員在工作時的業(yè)績指標來判斷這項工作給操作人員帶來的腦力負荷。主任務測量法可以分為兩大類，一類是單指標測量法，一類是多指標測量法,一）單指標測量法 單指標測量法就是用一個業(yè)績指標來推斷腦力負荷。在使用單指標測量法時，指標選擇的好壞對腦力負荷的測量成功與否有著決定性的作用。 人們已進行過許多用單項業(yè)績指標來測量腦力負荷的研究，在這些研究中主要是用錯誤或時間延遲作為業(yè)績指標,

32、2013-2014學年,69,二）多指標測量法 用多個業(yè)績指標來測量腦力負荷是希望通過多個指標的比較和結合減小測量的誤差，另外可以通過多個指標來找出腦力負荷產(chǎn)生的原因，這樣也可提高測量的精度,主任務測量法存在兩個問題。 其一，各種操作性質(zhì)不同，不可能提出一種廣泛適用的績效參數(shù)，因此各操作之間腦力負荷狀況無法比較。其二，根據(jù)資源理論，當操作要求資源小于操作能力時，雖然工作負荷的增加會引起剩余資源的減少，但主任務績效由于得到充足資源的供應并不出現(xiàn)下降，在這種情況下主任務績效對工作負荷的變化不敏感,2013-2014學年,70,二、輔助任務測量法,一)輔助任務測量法的原理 應用輔助任務測量法時，操作

33、人員被要求同時做兩件工作,把主要精力放在主任務上。當他有多余能力時，盡量做輔助任務。主任務的腦力負荷是通過輔助任務的表現(xiàn)進行。主任務腦力負荷越大，剩余資源越少，操作者從事輔助任務能力就越弱。 用輔助任務法測量腦力負荷一般分兩步。第一步為測量單獨做輔助任務時的業(yè)績指標；第二步則在做主任務的同時，在不影響主任務的情況下盡量做輔助任務,2013-2014學年,71,二) 輔助任務的種類 輔助任務必須滿足幾個條件:第一，必須可以細分；第二，必須與主任務使用相同的資源；第三，必須對主任務沒有干擾或干擾很小。 下面是常用的輔助任務。 （1）選擇反應。(2)追蹤。 (3)監(jiān)視。 (4)記憶。 (5)腦力計算

34、。 (6)復述。 (7)簡單反應,2013-2014學年,72,生理測量法就是通過測量操作者的某些生理指標的變化來反映其腦力負荷水平的改變。 生理測量法的最大優(yōu)點是客觀性和實時性，并且不影響工作任務執(zhí)行的情況下進行連續(xù)的監(jiān)測。 常用的生理測量法有三類：心電活動相關指標、眼活動相關指標以及腦活動相關指標,三、生理測量法,2013-2014學年,73,三、生理測量法,一）心率變異 正常情況下，人的心率是不規(guī)則的。 研究發(fā)現(xiàn)，當人承受腦力負荷時（采用每分鐘40個信號和70個信號兩種情況），兩種情況的心率平均值沒有很大的提高，但心率變異明顯下降，而且隨著負荷強度（所處理的信號數(shù)）增加，心率變異越來越小

35、，曲線趨于平直,2013-2014學年,74,心電活動測量法 心電活動測量法一般采用心電監(jiān)護儀、多導生理儀等儀器記錄心電圖，將信號放大后分析心電活動變化，其中以心率及心率變異性與腦力負荷的關系研究較多,例如Wilson研究了飛行訓練中工作負荷與多種生理指標的關系，發(fā)現(xiàn)心率和心率變異性在不同的飛行階段變化非常顯著，腦力負荷加重時心率加快，而心率變異性則減少,2013-2014學年,75,二）眼電活動測量法 研究腦力負荷和眼電活動的關系時，一般通過眼動儀等儀器記錄眼電圖信號，然后通過電腦將信號放大，分析不同腦力負荷下眨眼信號的變化,眨眼是人的一種正常的保護性生理反應，人們在自然情況下也可發(fā)生眨眼現(xiàn)

36、象。但眨眼率可隨所執(zhí)行的任務而發(fā)生變化，提高任務要求可使眨眼率降低。 有研究表明隨工作任務難度的增加，相鄰兩次眨眼間隔時間延長，眨眼率會下降,2013-2014學年,76,腦事件相關電位測量法（Event-related Potential，ERP） 與腦的認知活動密切相關，是近年來比較新的腦力負荷評價指標。 腦活動特別是其中的晚發(fā)正波成份P300與認知活動關系最為密切，被認為是腦認知活動的窗口，可反映任務的腦力負荷，其波幅可以反映誘發(fā)其產(chǎn)生的刺激任務的腦力資源的多少,三）腦電活動測量法,2013-2014學年,77,腦地形圖（Electrical Brain Mapping，EBM）。 腦地

37、形圖是利用頭皮電極和微機技術研究腦誘發(fā)電位的時間和空間變化的一種方法。 由于作業(yè)的種類和難度的不同，頭部電活動類型和腦誘發(fā)電位成分有明顯的差異，我們可以運用這種差異研制功能性腦地圖集，并預示可以運用這種地圖集確定各種認知作業(yè)間的認知功能的相似處和差異，進而探討作業(yè)腦力負荷,三）腦電活動測量法,2013-2014學年,78,生理測量法的局限： 1.生理測量法假定腦力負荷的變化會引起某些生理指標的變化，但是其他許多與腦力負荷無關的因素也可能引起這些變化； 2.不同的工作占用不同的腦力資源，因而會產(chǎn)不同的生理反應。一項生理指標對某一類工作適用，對另一類工作則不適用,2013-2014學年,79,四、

38、主觀評價法,一）主觀評價法及其特點 是最流行也是最簡單的腦力負荷評價方法。該方法要求系統(tǒng)操作者陳述特定操作過程中的腦力負荷體驗，或根據(jù)腦力負荷體驗對操作活動進行難度順序的排列。特點： （1）主觀評價是腦力負荷評價中唯一的直接評價方法。 （2）主觀評價一般在事后進行，不會對主操作產(chǎn)生干擾 。 （3）主觀評價一般使用統(tǒng)一的評定維度，不同情境的負荷評價結果可相互比較。 （4）使用簡單、省時,2013-2014學年,80,二）主觀評價法分類 腦力負荷主觀評定技術有多種類型。最常見的有古柏一哈柏 (Cooper-Harper)評價法、主觀負荷評價法（SWAT量表）、NASATLX量表等,三）主觀評價法的

39、缺陷 （1）評價結果有偏差。 （2）評價結果容易混淆。 （3）方法應用存在局限性。 （4）方法敏感性存在特異性,2013-2014學年,81,6.6 腦力負荷預測方法,時間壓力模型、波音公司的方法、時間占有率模型以及Aldrich的腦力負荷預測3種方法,一、Siegel和Wolf的時間壓力模型,Siegel和Wolf開發(fā)了一個以人為中心的人機計算機模擬系統(tǒng)。在這個模擬系統(tǒng)中，人的負荷情況是影響人一機系統(tǒng)效益的最主要的因素。該方法將影響腦力負荷的各種因素的作用以“壓力”這個變量來表示。壓力可受到下面幾個因素影響,2013-2014學年,82,1）操作人員的工作速度。 (2)一起完成某項工作的合作

40、者工作不正常時，會使自己產(chǎn)生壓力； (3)首次執(zhí)行某項工作失敗后，不得不重復一次或幾次，在重復做這項工作時，操作人員也會產(chǎn)生壓力； (4)操作人員不得不等著機器做出反應,一、Siegel和Wolf的時間壓力模型,2013-2014學年,83,在開發(fā)這個計算機模型時，他們首先用工作分析的方法把工作任務分解成次級任務，給出各個次級任務之間的相互順序及影響關系，各個次級任務的重要性，執(zhí)行各項任務所需要的時間(隨機分布的時間)，完成每項次任務成功的概率，若第一次完不成這個次級任務后可采取的措施(重做或忽略)等。 通過工作分析，把這些情況都搞清楚，然后輸入到計算機中。把各個次級任務根據(jù)工作順序和概率連接

41、起來，給出不同的隨機數(shù)值，就可以模擬人的行為，計算機并可以自動地把一些有用的信息記錄下來,2013-2014學年,84,在這個模擬中的一個最基本的假定是人對還剩有多少時間可以用來完成任務的判斷。這個判斷的結果就是時間壓力。時間壓力影響到操作人員的操作速度,Siegel和Wolf把時間壓力定義為完成任務所需要的時間與給定的完成任務時間之比，通過試驗發(fā)現(xiàn)，這樣定義的時間壓力，對正常人時間壓力的臨界值在23左右，即當完成任務所需要的時間超出給定時間一半以上以后，操作員的行為才受到破壞性干擾,時間壓力模型用于模擬飛機駕駛員在航空母艦上的著陸問題。 該模型也用來模擬其他類型的工作，如發(fā)射導彈、空中加油、

42、空中攔截等,2013-2014學年,85,二、波音公司的方法,從波音737開始，飛機上開始用電子計算機顯示和控制系統(tǒng)，評價飛行系統(tǒng)給人帶來的腦力負荷就成為一個非?，F(xiàn)實的問題。波音公司最后主要采用工作任務的時間分析來評價腦力負荷，這種方法與傳統(tǒng)的時間和動作研究有些相似,波音公司的研究人員Hickey首先提出了用時間研究的方法分析人的業(yè)績的可能性問題,2013-2014學年,86,二、波音公司的方法,波音公司的研究人員Hickey首先提出了用時間研究的方法分析人的業(yè)績的可能性問題。 接著，Stern等人把這種方法擴展到用操作人員的能力和剩余的能力來估算人的負荷比例。他們在做腦力負荷的估計時，也考慮

43、到同時執(zhí)行兩項以上的任務和體力方面的影響。他們隨意地把80%作為腦力負荷的上限，這樣使操作人員能有一點剩余的能力(時間)，這點能力也可以用來檢查自己的錯誤等等。這種方法產(chǎn)生的結果比較令人滿意,2013-2014學年,87,圖10-3 某操作人員腦力負荷隨時間分布情況,在與上面的研究人員同時進行的研究中，波音公司的 Smith提出用時間占有率作為負荷比例。 Smith在完善他的模型時，又考慮了認知性的任務,圖10-3是按這種方法計算出來的當使用電子計算機之后，在執(zhí)行10多分鐘的任務時某操作人員的腦力負荷隨時間的分布,2013-2014學年,88,圖中的實線代表平均負荷，而虛線則代表腦力負荷的標準

44、(臨界值)。從圖中可以看出，操作人員在這段時間內(nèi)的腦力負荷在20%100%之間變動，這段時間內(nèi)的平均負荷為60%，有13次腦力負荷超過了圖中虛線，但每次超過的時間都非常短。 通過計算機的幫助，還可以知道這13次腦力負荷超過標準的原因，以及計算出人的各個部位的負荷情況,2013-2014學年,89,三、Aldrich的腦力負荷預測方法,Aldrich的腦力負荷預測法分為如下階段。 （1）工作分析階段。 （2）估計每項任務所需時間。 （3）確定人的各部位被占用情況,Aldrich模型也存在一定的問題，該模型還沒有接受實踐檢驗，系統(tǒng)的負荷值為專家的主觀值，在一定程度上影響了結果的客觀性，另外，負荷的計算是各子系統(tǒng)負荷系數(shù)的簡單相加，確定為腦力負荷過度的判斷標準還缺乏科學的根據(jù),2013-2014學年,90,6.7 應激,一、應激及其產(chǎn)生原因,1應激的含義 當操作者面臨超出適應能力范圍的工作負荷時，就會產(chǎn)生“應激”現(xiàn)象。普遍觀點認為，