熊燕华

第十一章 体力劳动负荷与工作第十一章 体力劳动负荷与工作疲劳疲劳

伴随着工业的发展，体力劳动者的作业能力及影响因素就是人因研究的重要内容。

明确人的劳动负荷能力，是合理安排生产保证效率、保护劳动者的健康的需要，也是作业等级划分的依据。

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第一节 人体活动力量第一节 人体活动力量

人体力量的发挥不仅仅决定于个人素质，还决定于：

作业姿势、施力部位和力的方向、持续时间。 设计最佳的作业姿势、合适的施力部位和

方向是作业效率和精确性的保证。

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肌肉肌肉

1 收缩性 肌肉的收缩是由于神经刺激造成的，这种机械性反应表现为肌纤维长度缩短和张力增加。当肌肉处于静止状态时并不意味着肌肉处于完全放松状态，总有少数肌肉保持轻微收缩以保持人体某种姿势。在静止并有负荷的情况下张力的增加表现得非常明显。在运动状态下肌纤维明显缩短为静止时的 1/2—1/3 。

2 伸展性 当肌肉受外力作用时会被拉长，外力解除时又可恢复原态。

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3 弹性 受压变形外力解除后即可复原

4 粘滞性 肌纤维的粘滞性表现在肌肉收缩时会产生阻力，为此需要消耗一些能量。当气候寒冷时粘滞性会增加，阻碍了动作的灵活性，这就是为什么人在冬天会感觉运动笨拙一点，需要一定的热身运动以避免肌肉拉伤。所以作业环境需要考虑适合人的环境温度。

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肌肉施力类型肌肉施力类型• 静态施力 当需要较长时间维持身体的某种姿势，肌肉

需要相应地作较长时间的收缩，如司机的脚长时间踩在加速器上，此时脚跟的肌肉就处于静态施力。这种状态下，持续收缩的肌肉会压迫血管，阻止了血液进入肌肉，肌肉处于缺氧则会引起肌肉疲劳，造成酸痛。因此静态作业时间不能太长。

• 动态施力 对物体交替施力和放松时，肌肉有节奏的收

缩与舒张，血液输送量提高几倍，肌肉不易疲劳。因此合理的作业节奏可以延缓疲劳的出现。

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由于静态施力需要更大能耗，心率也加快，血压升高，需要更长时间恢复。我们需要协调好静态与动态施力，避免如下不良作业姿势和体位：

1. 长时间或反复弯腰、身体扭曲、半坐位；2. 长时间抬手作业或上臂举着作业；3. 避免负荷不均衡，单侧肢体承重或单手操作；4. 避免头部和眼睛的不自然姿态；5. 避免长时间手前伸；6. 避免静止不动。

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肌肉负荷与肌电肌肉负荷与肌电 人们很早就发现肌肉在收缩过程人们很早就发现肌肉在收缩过程中伴随着电现象，这与神经中的脉冲产生的电现象是相似的，中伴随着电现象，这与神经中的脉冲产生的电现象是相似的，肌电位越高说明肌肉负荷越大 。肌电位越高说明肌肉负荷越大 。

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手操纵力手操纵力

立姿操纵时手的最大拉力和推力

• 立姿

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• 坐姿推力最佳方向： 向前 180° 向下 120° 向外 60°拉力最佳方向： 向后 150° 向上 120° 向内 150°

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脚部蹬力脚部蹬力•伸直大于弯曲•立姿大于坐姿• 有靠背支持可产生最大的力•膝部角度为 130 － 150°时力量最大• 脚部最大蹬力虽可达 2568N，但操纵力最

好不超过 264N

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第二节 体力劳动中的生理表征第二节 体力劳动中的生理表征 （ 1) 呼吸得更快更深，氧耗量增加； (2)心率增加 , 伴随着循环能力的增加 , 使每分钟

的血流量增加； (3)血流的重新分配：肌肉和心脏的血管扩大 , 而其他部位的血管收缩，这把没用着的器官的血液输送到用得着的器官，血压升高；

(4)肌肉活动增加，肌电升高； (5)体温增加 , 温度的增加加快了新陈代谢的化学

反应 , 保证更多的化学能转化为机械能； (6)能量消耗增大，血液中的乳酸增多。

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呼吸反应呼吸反应 肌肉工作时进行的有氧糖酵解需要氧气。休息的时候

氧气的消耗量通常不到 0.5L/min。但在非常繁重的体力劳动下，可能需要 5L/min。呼吸反应会提高呼吸频率和每次吸气时吸入的氧气量。

但是当肌肉开始工作时，身体无法及时增加肌肉工作需要

的氧气量。在工作刚开始的几分钟总会有滞后。在这段时间内是无氧糖酵解和 ATP和 CP的消耗提供能量。在这几分钟里，身体欠下了氧债，也就是这段时间内的氧气需求量，它超过了所能提供的量。这笔债要到工作停止后来偿还，工作停止后还额外需要一部分氧气用于分解丙酮酸和乳酸以补充肌肉中 ATP和 CP能量存储。

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心血管反应心血管反应

肌肉工作需要的氧气和葡萄糖是在血液中经过心血管系统来传输的。在正常的休息情况下，离开肺的血液充满了氧气（高达 97％）。即使更努力的呼吸也无法提高到达肌肉的氧气量。

为了提供更多的氧气和葡萄糖，必须有更多的血液流向肌肉。因此心脏必须增加单位时间的血输出量，即增加心输出量。

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可以用两种方式提高：1 、提高单位时间内的抽取次数（心率）；2 、提高每次心脏跳动时的血液抽取量（搏出

量）。 休息时心输出量为 5L/min，做重体力劳动时可提高到 25L/min以上。心率和搏出量在体力劳动开始时开始提高。当达到人的最大体力劳动能力的 40 ％时，搏出量保持稳定而心率不断上升。

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能量代谢 能量代谢 • 基础代谢 在人清醒、静卧、空腹（食后 10 小时以上）、室温 20ºC 左右的基础条件下的能量代谢为基础代谢。

单位时间内的基础代谢称为基础代谢量，反映了单位时间内人体维持最基本的生命活动所消耗的最低限度的能量。

基础代谢率以单位时间单位体表面积消耗的热量（ kcal/m2·h）为单位。

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•安静代谢 是指作业开始前，为了保持身体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。

通过作业前或后，被测者静坐状态下，测得安静代谢量（率）。判断安静状态可以呼吸频率和脉搏为依据。

由于安静代谢量包括基础代谢量和维持保持身体各部位的平衡及某种姿势条件增加的代谢量。为了简便可以基础代谢量的 120%为安静代谢量。

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•活动代谢 是指工作中增加的能量代谢。

活动代谢量的大小和劳动强度直接相关，是评价作业负荷的关键指标。

活动代谢率 = 实际代谢率—安静代谢率 = 实际代谢率— 120 ％基础代谢率

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•相对能量代谢率 RMR 由于作业者性别、年龄、体质等个体差异，从事同等劳动强度的体力劳动不同人消耗的能量是不同的。为了消除个体因素客观反映劳动强度，常用 RMR。

RMR=活动代谢率 /基础代谢率 =活动代谢量 /基础代谢量

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能量代谢的测定方法能量代谢的测定方法

直接法 根据绝热室周围水温的变化，直接测算人体散

发的热量。使用非常不方便。

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间接法 人体能量的消耗可以间接地通过人体氧的消耗来进行。先测量单位时间吸入的空气，空气中约 21％为氧气，因此可以确定单位时间的氧气摄入量。测定单位时间的呼出量，提取呼出空气的样品，通过分析测定其中的氧气含量，就可知道单位时间氧气呼出量。由此就可知道氧耗量。

局限性：贮气袋（道格拉斯袋）须背在人的身上，作业时

很不方便。 替代方法：肺通气量仪

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氧耗量的表示方法：• 每分钟耗氧体积（ L/min），• 每千克体重每分钟耗氧体积（ cm3/kg·min）。 1L/min= 体重 ×103cm3/kg·min

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实际上当一升的氧在人体内被消耗平均有 20KJ （约 5kcal ）的能量的产生，这被称为氧的热当量。为了得到能量消耗 , 氧耗必须乘以一个 20。

RMR= 作业时氧耗量－安静时氧耗量 基础代谢氧耗量 = 作业时氧耗量－ 1.2 基础代谢氧耗量 基础代谢氧耗量 基础代谢氧耗量可查表获得。

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近似公式总代谢率 =安静代谢率 +活动代谢率 =基础代谢率 ×(1.2+RMR)

总能耗 =基础代谢率 ×(1.2+RMR) × 体表面积×活动时

间

体表面积 (m2) =0.0061×身高 (cm) ＋ 0.0128× 体重 (kg) －

0.1529

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能耗影响因素能耗影响因素

作业方法作业姿势

作业速度工具的设计

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第三节 劳动强度第三节 劳动强度 劳动强度可以理解为，作业中人在单位时间内

作功和机体代谢能力之比。

我们主要讨论体力劳动强度及其分级。经常说的体力劳动即动力作业，它是靠肌肉的等张收缩来完成作业动作的。

当然体力劳动中也包含静力作业，如为维持一定体位时的施力，坐位的腰部肌肉和立位的腰、腿部肌肉的收缩；观察仪表、支持重物、把握工具、压紧加工物件等。

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劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量、能量代谢率及劳动强度指数等加以衡量。

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1 、以相对代谢率 RMR 和总能耗为划分指标

日本根据RMR把劳动强度划分为 5 级。 RMR越大，日作业时间越短。

RMR＜ 2.7 为最佳 RMR＜ 4 可连续作业， 但为缓解精神疲劳需适当休息 RMR＞ 4 不能连续作业 RMR＞ 7 应以机器代替人

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性别 等级 主作业的 RMR

8h劳动能耗量/kJ 一天能耗量 /kJ

男

ABCDE

0 ～ 11～ 22～ 44～ 77～ 11

2303～ 38523852～ 52345234 ～ 73277327 ～ 90859085 ～ 10844

7746 ～ 92119211～ 10676

10676 ～ 1277012770 ～ 1465414654 ～ 16329

女

ABCDE

0 ～ 1l ～ 22～ 44～ 77～ 11

1926 ～ 30143014 ～ 42704270 ～ 59455945 ～ 74537453—8918

6908～ 80398039 ～ 92959295 ～ 10970

10970 ～ 1247712477 ～ 13942

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2 、以氧耗等多种生理指标为划分依据 研究表明 , 以能耗量为指标来划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、排汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同的意义。

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克里斯坦森（克里斯坦森（ ChristensenChristensen ）标准）标准（按能耗和氧耗分级的劳动强度指标）（按能耗和氧耗分级的劳动强度指标）

劳动强度级 轻 中等 强 极强 过强

能耗下限kcal （ kJ ） /

min

2.5(10.5)

5.0(20.9)

7.5(31.4)

10.0(41.9)

12.5(52.3)

氧耗量下限 L/min

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

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国际劳工局体力劳动强度划分标准国际劳工局体力劳动强度划分标准（（ 19831983 年）年）

劳动强度等级 很轻 轻 中等 重 很重 极重

耗氧量 /(l/min) ～ O． 5 O.5 ～ 1.0 1.0 ～ 1.5 1.5 ～ 2.0 2.O ～ 2.

5 2.5 ～

能量消耗 /(kJ/min)(kcal/min)

～ lO.5

～ 2.5

10.5-20.9

2.5 ～ 5.0

20.9 ～ 31.4

5.0 ～7.5

31.4 ～ 41.9

7.5 ～10.0

41.9 ～ 52.3

10.0 ～ 12.5

52.3～

12.5 ～

心率 /(beats/min) 75 ～ 100 100 ～ 125

125 ～ 150

150 ～ 175 175 ～

直肠温度 /℃ 37.5 ～ 38

38～ 38.5

38.5 ～ 39 39 ～

排汗率 /(ml/h) 200 ～ 400

400 ～ 600

600 ～ 800 800 ～

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3 、我国的体力劳动强度分级 劳动强度级别 劳动强度指数 I <=15 II --20 III --25 IV > 25

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我国体力劳动强度分级（我国体力劳动强度分级（ GB386GB3869-979-97 ））

I = T * M *S *W *10 I 为劳动强度指数， T 为一个工作日的净作业时间率 (%)， M 是一个工作日内的平均能量代谢率 ( 千焦

/平方米·分钟 )， S为性别系数，男为 1 ，女为 1.3 ， W为体力劳动方式系数（搬＝ 1 ，扛＝ 0.40，推 / 拉＝ 0.05 ）

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T：可通过抽样测定，获得净作业时间 /工作日总工时的平均值。

M: 根据抽样结果将工作日的各种作业活动和休息加以归类 , 分别计算各项作业与休息的能量代谢率，乘以各类时间并加总获得工作日能量消耗总值，再除以总工时获得。

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劳动能耗极限劳动能耗极限

• 一般以能耗极限、心率极限与最大摄氧量的百分数为指标。

• 国外一般认为 5kcal/min， 110-115次 /min，最大摄氧量的 33%为最佳工作负荷。

• 我国研究表明能量消耗界限在一个工作日 1400-1600kcal，最多不超过 2000kcal，在不良环境下还需降低 20%。

• 连续工作 8小时不至于疲劳，则能量消耗界限为 16.75kJ/min，对于劳动强度极大的作业，需要增加工间休息来调整工作日的总能耗。

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第四节 作业疲劳第四节 作业疲劳

当作业能力出现明显下降时叫疲劳。作业疲劳是劳动生理的一种正常表现，它起着预防机体过劳的警告作用。

从正常作业状态到主观上出现疲劳感直到完全筋疲力尽有一个时间过程。疲劳程度的轻重决定于劳动强度的大小和持续劳动时间的长短。

　

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　 心理因素对疲劳感的出现也起作用。对工作厌倦、缺乏认识和兴趣而不安心工作，极易出现疲劳感；相反，对工作具有高度兴趣和责任感或有所追求，则疲劳感常出现在生理疲劳发生很长时间以后。

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疲劳伴随着下列症状 : 1. 主观上不愿意工作，无精神，身体不适应，头晕、头痛，控制意志的能力降低，注意力分散，信心不足，工作能力降低。

2. 在生理和心理方面，思维变呆板，警觉性降低，反应速度减慢，行动减慢，力量减弱，人能达到的高度降低等。有时伴随着脊椎变弯，上体前屈，关节变直，动作失调，知觉发生错误等。

3. 表现在工作上，实际作业率降低，工作速度减慢，工作质量差，容易出废品，事故增多等。

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疲劳分类疲劳分类 根据疲劳产生机理不同，可以分为

生理疲劳和心理疲劳、技术性疲劳。

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生理疲劳（体力疲劳） 是指由于肌肉长时间反复收缩引起的疲劳。

•全身性疲劳。主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致，表现为全身的肌肉关节酸疼、疲乏、不愿意动，主观上有疲劳的感觉，客观上作业能力明显下降，错误增加，操作迟钝混乱，甚至于打瞌睡等。

•局部疲劳。常常发生在仅需要个别器官或肢体参与的紧张作业，如长期看书会使眼睛感到疲劳，长期抄写或刻蜡纸会使手指和手腕感到酸痛；计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳。

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局部疲劳与全身性疲劳的主要区别在于疲劳发生在局部，一般不影响其他部位的功能。

例如我们上面所提到的，当抄写累了时，一般不影响看书，反之亦然。而当全身性疲劳发生时，往往会影响到人体各部位的功能，如一天的体力劳动太重了，下班之后，可能连电视也没有精神看，尽管在体力劳动中，眼睛并没有受累。

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心理疲劳（脑力疲劳） 是指由于大脑和神经系统紧张活动造成的疲劳。主要

是长时间从事紧张的脑力劳动所引起的人的信息处理系统活动能力的减退。表现在头昏脑胀，全身乏力，嗜睡或失眠，易激怒，肌肉松弛等。

这种由于心理和精神方面因素的变化引起的疲劳，往往和生理疲劳相互联系、相互影响，经常很难界定。

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严格地讲，脑力疲劳是一种局部疲劳，是人的信息处理系统的疲劳，这时人的肌肉系统一般来说并没有疲劳 ( 虽然有时主观上好像感到疲劳 )。这时，进行一下体育锻炼不仅不会增加智力疲劳，还会减轻智力疲劳。

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技术性疲劳 需要脑力、体力并重，且神经紧张的劳动所引起

的疲劳。如飞机驾驶员工作中出现的疲劳。由于劳动中体力和脑力比重不同，表现出的症状也会倾向于体力疲劳症状或脑力疲劳症状。

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疲劳原因疲劳原因• 过度的体力或脑力负荷• 环境因素• 人的生理节奏• 个人的生理、心理特性•营养•疾病

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疲劳测量方法疲劳测量方法

11 、工作业绩测量法、工作业绩测量法

正如我们已经论述过的 , 当人在疲劳时 , � 人的工作效率和工作质量开始下降。 因此很自然地可以由此反推 , 当人的工作效率和 (或 )工作质量开始下降时 , 疲劳也产生了。

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22 、主观评价法、主观评价法 疲劳自觉症状调查表A 身体症状 B 精神症状 C 神经感觉症状头沉 头脑不清 , 头晕 眼睛疲乏 , 恍惚头痛 思想不集中 , 不愿意思考 眼睛发滞 , 发干周身不适 不爱说话 动作笨拙 , 失误打呵欠 焦躁 脚下不稳 , 摇摇晃晃腿软 精神涣散 味有变化身体某处不适或痛 对事物冷淡 眩晕出冷汗 一时想不出普通的事 眼皮或其它处发抖没有唾液 ,口粘 ,口干 做事心里没底常出错 耳朵背 , 耳鸣呼吸困难 对事物放心不下 手脚打颤肩膀酸痛 困倦 动作不准确

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两极问卷法 使用这种方法 , �被调查者被要求在两个

极端状态之间做出一个选择 (打分 )。 清新 ------------------- 厌倦 欲睡 ------------------- 清醒 精力旺盛 ------------------- 精力衰竭 软弱 ------------------- 强壮 目然 ------------------- 准备行动 有兴致 ------------------- 枯燥 精力集中 ------------------- 精力不集

中

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33 、、生理心理测量法生理心理测量法1. 闪光融合值 (闪频值 )。 减小2. 触二点辨别阈值（两点阈限）。 增大3. 皮肤电流反应。 导电性增加4. 心率。 增加5. 血压。 上升6. 体温。 上升7. 反应时。 增加8. 膝跳反应。 角度增大9. 肌电图。 电位增大10. 皮肤划痕消退时间测定法。 增大11. 脑电图。 减弱12. 注意力与记忆力。 变差

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1 、脑电图。 这种方法是通过测量脑电波来判断大脑的疲劳或

不活跃性，比如人想睡眠的程度。 这种方法比较复杂，对测量条件的控制要求较高，所以过去这种方法主要是用在实验室。

这种方法主要适用于脑力劳动或警觉性工作，如汽车驾驶等。随着科学技术的进步， EEG仪器会越来越可靠而且便宜， EEG的使用者也将会越来越多。

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2 、肌电图。 这种方法是通过测量某一块肌肉的电波来判断

这块肌肉的疲劳情况。 这里有一个问题需要注意，有时肌电信号的增强

表示肌肉所处的负荷的增加，并不表示这块肌肉的疲劳增加。 为了克服这个问题，在通过对比测量疲劳时， 应使在工作前和工作后所测肌肉处的负荷一样。

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3 、 闪光融合值 (闪频值 )。 在过去的几十年中越来越多的人，特别是日本学者，采用闪光融合值来测量疲劳。 这一测量方法是通过视觉功能的变化来反映大脑皮层活动水平的高低，进而反映人的疲劳状态。 当闪光融合值降低时，表示人的疲劳程度增加了。

闪光融合值是因人而异的，所以用这种方法时应比较同一被试者在工作前和工作后的闪光融合值的差异。 当这个差异大于 20%时，我们一般就认为工作使这个人变得疲劳；若小于 20%，则说明疲劳并不显著。

这一方法对在视觉显示终端（ VDT ）前面的工作人员的疲劳测定最为适用。一般测定日间或周间变化率，也可分时间段测定。

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4 、 心率（脉博数）。 心率和劳动强度是密切相关的。在作业开始

前 1 min ，由于心理作用，心率常稍有增加。作业开始后，头 30～ 40 S内迅速增加，以适应供氧的要求，以后缓慢上升。

作业停止后，心率可在几秒至十几秒内迅速减少，然后缓慢地降到原来水平。但是，心率的恢复要滞后于氧耗的恢复，疲劳越重，氧债越多，心率恢复得越慢。其恢复时间的长短可作为疲劳程度的标志和人体素质（心血管方面）鉴定的依据。

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5 、触二点辨别阈值（两点阈限）。 当皮肤表面有两点同时受到刺激时，能够辨别出两点

刺激的最短距离的方法叫触二点辨别阈值法。 由于疲劳，感觉功能迟钝，使二点之间辨别间隔增大。通常刺激的部位是右面颊上部， 取水平方向。

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6 、 皮肤电流反应。 皮肤电流反应或称精神电流反应，是把电极任意安在

人皮肤的两处，以微弱电流通过皮肤，用电流计可以测定人受到特殊刺激时所发生的电流变化程度。当疲劳时皮电传导性增高。

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7、皮肤划痕消退时间测定法。 用类似于粗圆笔尖的尖锐物在皮肤上划痕，即刻显现一道白色痕迹，测量痕迹慢慢消退的时间，疲劳程度越大，消退得越慢。

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8、 心理测量法。 这种方法是测量人的感觉、知觉和反应能力。当人的

这些能力下降时，一般认为人变得疲劳了。 这里有许多具体的测量方法， 如简单反应时实验、 记忆实验、模拟驾驶实验、打字、脑力计算、集中注意力等等。

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但使用这些方法测量疲劳时要认识到 : 1 、许多其他条件也会影响到实验结果，这给解释实验结果增加了许多困难。

2 、实验往往使被试者变得比较兴奋，使得他们的疲劳被赶跑了 (至少在短时间内 )。

3 、若实验时间过长，实验任务本身又会给被试者带来疲劳。

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作业疲劳的预防措施作业疲劳的预防措施 从作业者自身改进

1. 避免静态施力2. 避免施力过大3. 避免单调重复作业4. 提高肌肉能力5. 避免不自然姿势从管理者1. 合理的轮班制度、作息制度2. 改善作业环境和设备工具3. 提高作业机械化和自动化程度4. 业余活动和休息的安排

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参考资料参考资料

1. Mark S. Sanders, Ernest J. Mccormick主编，《工程和设计中的人因学》，清华大学出版社， 2002年，第一版（影印版）。

2. 廖建桥，人因学讲义，华中科技大学， 1999 年。

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相关国标相关国标1. GB/3869-1997 体力劳动强度分级 2. GB/T 12330-1990 体力搬运重量限值

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思考题思考题1. 总结人在体力劳动后的生理心理变化。2. 查找我国企业常用的劳动强度划分标准。3. 分析作业疲劳后的简易测定方法。