(二)人体的特征参数
1．人体特性参数
与产品设计和操纵机器有关的人体特性参数较多，归纳起来主要有如下4类：
(1)静态参数。静态参数是指人体在静止状态下测得的形态参数，也称人体的基本尺度，如人体高度及各部位长度尺寸等。
(2)报考参数。报考参数是指在人体运动状态下，人体的动作范围，主要包括肢体的活动角度和肢体所能达到的距离等两方面的参数。如手臂、腿脚活动时测得的参数等。
(3)生理学参数。生理学参数主要是指有关的人体各种活动和工作引起的生理变化，反映人在活动和工作时负荷大小的参数，包括人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率及人体表面积和体积等。
(4)生物力学参数。主要指人体各部分，如手掌、前臂、上臂、躯干(包括头、颈)、大腿和小腿、脚等出力大小的参数，如握力、拉力、推力、推举力、转动惯量等。
2．人体劳动强度参数
(1)人体的能量代谢
人在作业过程中所需要的能量，是分别由三种不同的能源系统：ATP—CP(三磷酸腺苷一磷酸肌酸)系统、乳酸能系统和有氧氧化系统提供的。这三个系统的供能状况与体力劳动的关系如表1-5所示。
表1-5 供能状况与体力劳动的关系
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名称 |
代谢需氧状况 |
供能速度 |
能源物质 |
产生ATP的量 |
体力劳动类型 |
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ATP—CP系统 |
无氧代谢 |
非常迅速 |
CP |
很少 |
劳动之初和极短时间内的极强体力劳动供能 |
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乳酸能系统 |
无氧代谢 |
迅速 |
糖原 |
有限 |
短时间内高强度体力劳动的功能 |
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有氧氧化系统 |
有氧代谢 |
较慢 |
糖原、脂肪、蛋白质 |
几乎不受限制 |
持续时间长、强度小的各种劳动供能 |
1)人体能量代谢的测定方法
人体能量的产生和消耗称为能量代谢，常用的能量代谢测定方法有直接法和间接法两种。目前一般采用间接法，其基本原理是，能量代谢可通过人体的氧耗量反映出来，因此首先测得单位时间内糖、脂肪等能源物质在体内氧化时的氧耗量和二氧化碳的排出量，求得两者之比(呼吸商)，由此再推算某一时间或某项作业所消耗的能量。
能耗量通常以千卡(kcal)表示。关于氧耗量有两种表示方法，一种以每分钟所消耗的氧气的容积表示，即每分钟耗氧多少升(1/min)：另一种以人体千克体重每分钟消耗的氧气量表示[cm3/（kg·min）]
1L/min＝W×10-3cm3/（kg·min）
从事劳动所需要的能量最终来源于糖、脂肪、蛋白质的氧化和分解，而且这三者在体内可以通过一定的生物化学机制相互转换，这在生物化学上被称为“三羧酸循环”。在能源物质的氧化分解过程中，人体必须不断地吸人氧，并不断地排出二氧化碳。不同的能源物质在体内氧化时，其呼吸商是不同的；同时，各种能源物质在体内氧化时，每消耗11氧所产生的热量(氧热价)也是不同的。
2)能量代谢与能量代谢率
人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量之和。在不对外做功的条件下，体内所产生的能量等于由身体发散出的能量，从而使体温维持在相对恒定的水平上。能量代谢分为三种，即基础代谢、安静代谢和活动代谢。
①基础代谢。人体代谢的速率随所处的环境条件有所不同。生理学将人清醒、静卧、空腹(食后10h以上)、室温在20℃左右这一条件定为基础条件。人体在基础条件下的能量代谢称为基础代谢。单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率，是单位时间人体维持基本生命活动所消耗最低限度的能量；通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量表示，记作kcal/(h·㎡)。
②安静代谢。安静代谢是作业或劳动开始之前，仅为保持身体各部位的平衡或某姿势条件下的能量代谢。安静代谢量应包括基础代谢量。测定安静代谢量一般是在作业前或作业后，被测者坐在椅子上并保持安静状态，通过呼气取样采用呼气分析法进行的。安静状态可通过呼吸次数或脉搏数判断，通常也可以常温下基础代谢量的120%作为安静代谢量进行估算。
③活动代谢。活动代谢亦称为劳动代谢、作业代谢或工作代谢。它指人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。体力劳动是使能量代谢亢进的最主要原因。因为在实际活动中所测得的能量代谢率，不仅包括活动代谢，也包括基础代谢与安静代谢，所以一般应存在这样的关系：活动代谢率＝实际代谢率－安静代谢率。活动代谢率的量纲为kcal/(min·㎡)。活动代谢与体力劳动强度有直接对应关系，它对于劳动管理、劳动卫生具有极为重要的意义，是计算劳动者一天中所消耗的能量以及计算需要营养补给的热量的依据，也是评价劳动负荷合理性的重要指标。
④相对能量代谢率RMR。体力劳动强度不同，则所消耗的能量也不同。由于劳动者性别、年龄、体力与体质方面存在着差异，从事同等强度的体力劳动，消耗的能量亦不同。为了消除劳动者个体之间的差异因素，常用活动代谢率与基础代谢率之比，即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。相对能量代谢率RMR可表达为：
RMR＝活动代谢率/基础代谢率＝(作业时实际代谢率－安静代谢率)/基础代谢率
用RMR衡量劳动强度比较准确，目前在日本已被广泛使用。除利用实测方法之外，还可用简易方法近似计算人在一个工作日(8h)中的能量消耗，其计算公式为：
总代谢率＝安静代谢率＋活动代谢率＝1．2×基础代谢率＋RMR×基础代谢率＝基础代谢率×(1．2＋RMR)
总能耗(kcal)＝(1．2＋RMR)×基础代谢率×体表面积×活动时间
3)影响能量代谢的因素
影响人体作业时能量代谢的因素很多，如作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度等。
(2)耗氧量(1/min)
人在作业时因耗能量增加，需氧量也必然增多，每分钟的需氧量称为耗氧量。人体每分钟内能供应的最大氧量称为最大耗氧量，正常成人一般不超过31，常锻炼者可达到41以上。最大耗氧量可用绝对数表示，单位1/min；也可用相对数表示，单位是m1/N·min。Bruce于1972年给出了年龄与最大耗氧量间的经验公式，即：
(3)心率F（min-1）
在其他条件相同时，有时也用心率的变化来评价劳动强度，巴斯奇尔克(Buskirk)1974年给出了最大心率HRmax与年龄之间的经验公式，即：
