Совместимость элементов системы «человек – среда»


    Антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы. Сложность обеспечения этой совместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей разные. Сиденье, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться крайне неудобным для человека низкого или  очень высокого.

    Здесь приведены некоторые общие рекомендации по рациональной организации рабочего места.

    Известно, что (рисунок, а, в) поза «стоя» требует больших энергетических затрат и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Поэтому в этой позе быстрее наступает утомление.

    Рабочая поза «сидя» (рисунок, б, г) имеет целый ряд преимуществ: резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела, значительно сокращаются энергетические затраты организма для поддержания такой позы, вследствие этого она является менее утомительной.

    Рабочая поза выбрана правильно, если проекция общего центра тяжести лежит в пределах площади опоры. Если в процессе работы действует небольшая группа мышц, то предпочтительнее поза «сидя», при работе большой группы мышц – поза «стоя».

    Всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за границы площади опоры, будет вызывать значительные мышечные усилия, т.е. статические напряжения (рис. 13, в, г). Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, травматизм и профзаболевания, связанные с искривлением позвоночника, расширением вен и развитием плоскостопия.

    Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой

    Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой (а, б) и неустойчивой (в, г) позах; а, в – стоя; б, г – сидя

    При проектировании рабочего места необходимо учитывать следующее: если при прямой позe «сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составляет 1,6, при наклонной позе «сидя» – 4, а при наклонной позе «стоя» – 10. Статичная поза утомительнее, чем динамическая.

    Наиболее важными моментами, определяющими выбор рабочей позы, являются:

    • применяемое усилие в процессе работы;
    • степень подвижности рабочего, обусловленная характером и конкретным содержанием технологического процесса;
    • величина рабочей зоны и отношение между антропометрическими характеристиками человека и пространственной организацией рабочих мест.

    Пространство рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, может быть разделено на рабочие зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна только при условии, если рабочая зона сконструирована правильно.

    Правильное конструирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. должны учитываться динамические антропометрические характеристики), a движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором. На рисунке представлены структурные схемы рабочих зон: а – при позе «сидя» в горизонтальной плоскости; бпри позе «стоя» в вертикальной плоскости.

    Структурная схема рабочих зон

    Структурная схема рабочих зон

    При производственном процессе каждая зона может быть оценена следующим образом.

    Зона 1 является самой благоприятной, поскольку она наиболее применима для точных и мелких сборочных работ, в ней работают обе руки и хорошо осуществляется зрительный контроль. В случае оперативной работы в этой зоне следует разместить органы управления и индикаторы, которыми оператору придется пользоваться наиболее часто, интенсивно и быстро. Зоны 2 и 3 хорошо доступны для одной и мало доступны для другой руки, а зрительный контроль осложнен. В этих зонах удобно размещать инструменты и материалы, которые рабочий часто берет правой (левой) рукой, или органы управления, зрительный контроль за которыми не требуется постоянно. Зона 4 (запасная) – труднодоступная зона. в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 2 и 3. Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки, и поэтому здесь можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка (например, измерительные инструменты), или органы управления, которыми пользуются «не глядя».

    В соответствии с рабочими зонами и антропометрическими данными проектируются рабочие места в любом производственном процессе и любые машины и механизмы, обслуживаемые человеком.

    В современных условиях весьма актуальной стала проблема резкого роста «компьютерных» профессиональных заболеваний, что, по мнению специалистов, обусловлено прежде всего «плохой эргономикой» рабочих мест.

    Заболевания, обусловленные травмой повторяющихся нагрузок (ТПН), включают болезни мышц, нервов и сухожилий руки. заболевания, обусловленные травмой повторяющихся нагрузок, представляют собой постепенно накапливающиеся недомогания. Легкая боль в руке, если ее вовремя не вылечить, может в конечном итоге привести к инвалидности. Среди причин заболеваний отметили следующие: слишком высоко расположенная клавиатура, неподходящее кресло и продолжительное время работы на компьютере. Специалисты полагают, что естественным положением кистей рук является вертикальное, как при рукопожатии, а вовсе не ладонью вниз, как при печатании на клавиатуре. Во многих местах стандартным оборудованием стали подзапястники – плоские или изогнутые пластины из мягкого материала, которые располагаются перед клавиатурой. Основное их предназначение – служить опорой для запястья во время пауз между ударами по клавишам. Если клавиатура располагается слишком высоко, эти приспособления могут принести больше вреда, чем пользы, поскольку работник часто опирается руками на подзапястник, вместо того чтобы скользить над клавиатурой.


    Борьба с ТПН не ограничивается только эргономическим оснащением рабочего места оператора. Например, в новых моделях клавиатура разделена на две части, которые могут наклоняться относительно горизонтали.

    Биофизическая совместимость подразумевает создание такой окружающей среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физическое состояние человека. Эта задача соответствует и требованиям безопасности. Биофизическая совместимость учитывает требования к микроклимату производственных помещений, виброакустическим характеристикам среды, освещенности, электромагнитным излучениям и другим физическим параметрам.

    Энергетическая совместимость предусматривает согласование органов управления машиной с оптимальными возможностями человека в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений, то есть соответствия управляющего воздействия на оборудование биомеханическим возможностям человека.

    В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия, так как отсутствие их (что может быть, например, при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к биомеханической перегрузке. Например, для предотвращения дрожания руки и повышения точности движений требуется момент сопротивления рукоятки в пределах З...16,7 Н∙м. Форма и размеры органов управления должны быть согласованы с размерами и биомеханическими особенностями руки оператора. Органы управления могут быть ручными и ножными. Ножные органы управления используют тогда, когда требуются большие усилия и небольшая точность: включение — выключение, грубая регулировка напряжения или тока и т.п. При ручном управлении максимальные усилия прилагаются к рычагам, которые захватываются стоящим оператором на уровне плеча, а сидящим — на уровне локтя (рисунок), поэтому органы управления, которые используются наиболее часто, следует располагать на высоте между локтем и плечом.

    Зона размещения органов управления

    Зона размещения органов управления: а – поза «стоя»; б – поза «сидя»

    Оптимальные усилия на органы управления:

    • для рукояток 20...40 Н (100 Н —максимальное);
    • для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400...1600 мН, тяжелого – 6...12 Н;
    • для ножных педалей управления от 20...50 (используемых часто) до 300 Н (используемых редко);
    • для рычажного управления от 20...40 (используемых часто) до 120... 160 Н (используемых редко).

    Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто используются скорости порядка 5...800 см/с. Следует иметь в виду, что движения руки к себе более быстрые, но менее точные, тогда как от себя — более точные, но менее быстрые. Скорость движения в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной; сверху вниз больше, чем снизу вверх; вперед-назад больше, чем вправо-влево; слева направо для правой руки больше, чем справа налево для левой. Вращательные движения в 1,5 раза быстрее поступательных.

    Информационная совместимость имеет особое значение в обеспечении безопасности.

    В сложных системах человек обычно непосредственно не управляет физическими процессами. Зачастую он удален от места их  выполнения: объекты управления могут быть невидимы, неосязаемы, неслышимы. Человек видит показания приборов, экранов, мнемосхем, слышит сигналы, свидетельствующие о ходе процесса. Все эти устройства называют средствами отображения информации (СОИ). При необходимости работающий пользуется рычагами, ручками, кнопками, выключателями и другими органами управления, в совокупности образующими сенсомоторное поле. СОИ и сенсомоторные устройства – так называемая модель машины (комплекса). Через нее человек и осуществляет управление самыми сложными системами.

    Очень часто причины человеческих ошибок кроются в конструктивных особенностях оборудования. Одна из них – недостаток информации о работе объекта. Другая, не менее распространенная – избыточная информация, которую оператор не может переработать. В таком случае он бессознательно отбрасывает какую-то ее часть, но именно она может оказаться самой важной. В таком случае оператор строит неверный сценарий аварии и предпринимает неверные действия. Особенно часто это случается на ранних стадиях аварии. Вот почему, например, системы безопасности ядерных реакторов проектируют так, чтобы в первые моменты после нештатных событий они действовали автоматически и не подчинялись командам человека – еще один пример реализации принципа «замены оператора».

    Информационная совместимость предполагает соответствие информационной модели психофизиологическим возможностям человека: учет скорости двигательных (моторных) операций человека и его сенсорных реакций на различные виды раздражителей (световые, звуковые и др.) при выборе скорости работы машины и подачи сигналов.

    Для того чтобы обеспечить информационную совместимость, необходимо знать характеристики сенсорных систем организма человека, которые рассмотрены ранее.

    Технико-эстетическая совместимость заключается в обеспечении удовлетворенности человека процессом труда, общением с техникой, цветовым климатом. Поэтому для решения многочисленных технологических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.

    Физиология труда и гигиена труда являются важными компонентами эргономики.

    Физиология труда – это наука, изучающая изменения функционального состояния организма человека под влиянием трудовой деятельности и разрабатывающая физиологически обоснованные нормы (формы) организации трудового процесса, способствующие предупреждению утомления и поддержанию высокого уровня работоспособности.