в чем заключается эргономическое обеспечение безопасности труда
Эргономические основы безопасности труда
Государственное бюджетное профессиональное
«Сормовский механический техникум
имени Героя Советского Союза П.А. Семенова»
«Эргономические основы безопасности труда»
по дисциплине «Охрана труда»
Для обучающихся средних образовательных учреждений
Л Е К Ц И Я «Эргономические основы безопасности труда» составлена для обучающихся в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Охрана труда»
Составитель: преподаватель высшей категории Борисова Н.Ф.
Эргономика – наука, изучающая особенности деятельности человека (или группы людей) в условиях производства и жизнедеятельности с целью оптимизации орудий труда, условий и процесса труда.
Эргономика – самостоятельная технико-психологическая область науки и техники, предметом изучения которой является класс систем, называемых эргатическими (синонимы: человек–машина, человек–техника, антропотехническая система)
Эргономика включает в себя как составную часть инженерную психологию. Определение, принятое Международной Эргономической Ассоциацией (IEA) в 2007 году: «Эргономика — это область приложения научных знаний о человеке к проектированию предметов и систем, используемых им».
Цель эргономики как научно-технического направления – улучшение условий труда, повышение эффективности труда (в частности, производительности) при обеспечении комфорта и безопасности труда.
Целью эргономики является также сохранение здоровья человека и развитие личности. Термин эргономика был принят в Великобритании в 1949 году, когда группа английских учёных положила начало организации «Эргономическое исследовательское общество».
В СССР в 20-е годы науку предлагалось называть эргологией. В США раньше имелось собственное наименование – «исследование человеческих факторов», а в ФРГ — антропотехника, но в настоящее время наибольшее распространение получил английский термин.
При изучении дисциплины «Охрана труда» необходимо знать эргономические основы труда, ибо сочетание этих двух дисциплин повышает эффективность использования техники при соблюдении безопасности труда. Чем выше уровень автоматизации техники, тем меньше остается человеку физической работы, поэтому возникает больше ограничений двигательной деятельности человека. Повышаются нервная нагрузка, эмоциональные напряжения, ответственность человека за порученное дело, за принятие решения (например, работа авиадиспетчера), возрастают психологические требования к человеку-оператору.
В производстве постоянно повышается интенсификация труда, его производительность, что приводит к повышению утомляемости. Для борьбы с ней необходимо повысить эргономичность орудий труда его организацию, которые снижает вероятность профессиональных заболеваний, сохраняя трудоспособность населения в течение длительного периода.
Эргономика тесно связана с технологией производства. Очевидно, что для повышения эргономичности изделий необходимо совершенствовать технологии производства технических элементов эргатических систем, при помощи которых улучшаются потребительские свойства и качество изделий.
Следовательно, при этом повышается конкурентоспособность изделия, например, в машиностроении эргономичность станков имеет первостепенное значение. Таким образом, основной принцип эргономики заключается в удовлетворении требований максимума внимания человеку через конструкцию орудия труда и быта, решая тем самым социальные задачи общества.
История развития эргономики как науки
Возникновение эргономики как науки обусловлено промышленной революцией 18-19 веков, когда механизация значительной части технологических процессов считалась основным показателем прогресса. Машины вытесняли человека из сферы производства. Этому способствовали качества машин, по которым машины превосходили человека – силовые и энергетические характеристики, по точности и плавности силового воздействия, по быстродействию, надежности и т.д.
При этом сфера физической деятельности человека сокращалась не только количественно, но и качественно трансформировалась (рис. 2).
Рисунок 2. Сормовский завод в начале 20 века.
В дальнейшем превалирующими функциями человека становились управление и контроль за функционированием машины, а в дальнейшем – программирование. Применительно к этим функциям и возникла эргономика как научное направление.
В России идеи эргономики сформировались в конце 19 века под влиянием исследований И.М. Сеченова, В.М. Бехтерева, В.Н. Мясищева.
Становление эргономики как науки продолжилось во время Второй мировой войны. Одна из причин ее становления – противоречие между потенциалом технических средств вооружения и способностью персонала использовать этот потенциал. Часто фактические характеристики вооружений оказывались ниже проектных по причине пренебрежения учета возможностей человека управлять сложной техникой. Человек не мог полностью использовать возможности техники.
Рис. 3. Кабина истребителя
Многие специалисты считают, что эргономика как наука возникла в 1920-х годах в связи со значительным усложнением техники, которой должен управлять человек в своей деятельности. Влияние на эргономику оказали: период кустарного производства орудий труда и оружия; промышленная революция 18-19 веков; Вторая мировая война; информационная революция конца 20 в.
Первые исследования по эргономике начали проводиться в Великобритании, США и Японии. Советские ученые Н.А. Бернштейн, C.Г. Геллерштейн, Н.М. Добротворский, Н.В. Зимкин, Н.А. Эппле и др. в 1920–1930-х одними из первых в мировой практике осуществили прикладные работы в этой области.
Большое внимание эргономике стали уделять в начале 1960-х годов. Развитые страны залечили раны Второй мировой войны. В эти годы в мире стали образовываться национальные эргономические ассоциации и общества. В 1961 г. была создана Международная эргономическая ассоциация – International Ergonomic Association (IEA).
Последнее время эргономика отходит от классического определения и перестаёт быть строго связана с производственной деятельностью. В послевоенное время эргономика стала распространяться в различных областях жизни человека. Английский ученый Б. Шакель характеризует развитие эргономики по десятилетиям следующим образом:
К концу 20 века выделились три главных направления эргономики:
1. Эргономика физической среды, рассматривающая вопросы, связанные с анатомическими, антропометрическими, физиологическими и биомеханическими характеристиками человека, имеющими отношение к физическому труду. Наиболее актуальные проблемы включают рабочую позу, интенсивность работы, расстройства опорнодвигательного аппарата, компоновку рабочего места, надежность и здоровье.
2. Когнитивная эргономика (эргономика умственного труда) связана с психическими процессами, такими как восприятие, память, принятие решений, поскольку они оказывают влияние на взаимодействие между человеком и другими элементами системы (например, изучается такое негативное проявление во время трудовой деятельности авиадиспетчеров как депрессия, хроническая усталость, нервные срывы на работе). Соответствующие проблемы включают умственный труд, принятие решений, квалифицированное выполнение, взаимодействие человека и компьютера, акцент делается на подготовке и непрерывном обучении человека при проектировании социотехнической системы. Важное место имеет психологический тип оператора.
3. Организационная эргономика рассматривает вопросы, связанные с оптимизацией социо-технических систем, включая их организационные структуры и процессы управления. Проблемы включают рассмотрение системы связей между индивидуумами, управление групповыми ресурсами, разработку проектов, кооперацию, групповую работу и управление.
Преимущества человека перед машиной
Анализируя систему «человек-машина» можно утверждать, что в настоящее время пока человек превосходит машины по следующим параметрам:
— по способности выделения полезного сигнала на фоне помех;
— по способности к воспроизведению, организации и интерпретации сигналов различной физической природы (человек способен воспринимать сигналы по 10 различным каналам);
— по способности принимать решение в ситуации с неопределенным исходом (системы искусственного интеллекта могут решать только простейшие задачи);
— по способности быстро переключаться с одного вида деятельности на другой;
— по способности к самообучению.
Разрабатываются такие типы систем управления, как
— самонастраивающиеся автоматические системы без участия человека (адаптивные системы),
— комбинированные системы управления с участием человека (более дешевые системы). В комбинированных системах управления происходит взаимодействие человека с системой управления. Человеку-оператору поручаются те функции, в которых он превосходит ее по качеству исполнения (оценка действий в неопределенных ситуациях и принятие решений). Такие системы называют супервизорными и диалоговыми. Например, на пути мобильного робота возникло препятствие. Если он не запрограммирован на объезд, то может произойти авария. Человек способен предотвратить аварию быстрее машины. Человек обладает предвидением и способностями к компенсации недостающей части технической части системы (например, при отказе какого-либо элемента машины), т.е. он обладает свойствами самовосстанавливаемости эргатической системы в целом. Человек способен изменить стратегию своего поведения в соответствии с изменившейся обстановкой независимо от того, касается ли это конечной цели производства или промежуточных ситуаций. Однако последние достижения в области искусственного интеллекта в некоторых случаях позволяют машине конкурировать с человеком в этой области.
Таким образом, эргатическую систему нужно рассматривать в качестве основного объекта для проектирования технических объектов.
Принципы разработки эргатических систем
При разработке сложных эргатических систем нужно руководствоваться следующими принципами:
1. Принцип минимальной физической нагрузки. Человек оператор должен выполнять только ту работу, которая необходима, и которая не может быть выполнена машиной.
2. Принцип дружественного интерфейса. Информационная панель должна обеспечивать легкость считывания оператором и однозначность информации.
3. Принцип минимального объема запоминаемой информации. От человека требуется, чтобы он запоминал как можно меньше.
4. Принцип возможности вмешательства оператора в работу машины в любой момент.
Этот принцип характеризуется следующими требованиями:
— человек-оператор должен иметь возможность изменить очередность операций, выполняемой машиной;
— человек-оператор должен контролировать последовательность работ, особенно там, где нет четко определенной последовательности операций.
5. Принцип преимущественных возможностей оператора. Состоит в передаче человеку тех функций, которые он выполняет лучше машины, а машине тех, которые она выполняет лучше человека.
6. Принцип оптимальной информационной нагрузки. Рекомендует такое распределение функций, при котором оператор по темпу поступления информации не испытывал бы ни сенсорного голода (потеря активности), ни сенсорной перегрузки (пропуск сигналов).
При разработке технологического оборудования необходимо учитывать совместимость работы человека и машины в следующих направлениях:
— антропометрической совместимости (учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения оператора при работе);
— сенсомоторной совместимости (учет скорости моторных операций человека и его сенсорных реакций на различные виды раздражителей);
— энергетической совместимости (учет силовых возможностей человека при расчете усилий, прилагаемых к органам управления);
психофизиологической совместимости (учет реакции человека на цвет, частотный диапазон подаваемых сигналов, форму и другие эстетические параметры машины).
Рисунок 4. Современное машиностроение
Задачи при проектировании эргатических систем
На первых стадиях разработки машины необходимо решить следующие задачи.
1. Определить какая роль отводится человеку в проектируемой системе, или какова должна быть оптимальная степень автоматизации эргатической системы.
2. Учесть физические, психологические, эмоциональные и другие стороны деятельности человека на рабочем месте в проектируемой машине. Необходимо уметь оценивать и прогнозировать эти факторы на стадии проектирования.
3. Оптимизировать структуру и параметры рабочего места оператора, включая оптимизацию средств отображения информации и оптимизацию конструкции и компоновки органов управления с целью учесть специфические характеристики сенсорной и моторной сферы человека-оператора. Нет смысла показывать сигнал, который человек не воспринимает и не оценивает – например, положение дроссельной заслонки в двигателе внутреннего сгорания. Для педалей нужно учитывать вполне определенные возможности ноги человека, нужно умело согласовывать порог различимости с передаточной кинематической цепью. Знать моторные и сенсорные возможности человека.
4. В случае, если не удается учесть все требования, предъявляемые к машине со стороны человеческого фактора, необходимо устранить эту проблему путем профессионального отбора лиц для эффективной работы на спроектированном оборудовании. Задача проектировщика – сформулировать требования к оператору. Это является инженерной задачей. И, наконец, задача профессионального обучения.
Основные виды работ оператора
Работы по уровню использования интеллекта можно разделить на следующие виды:
1. Работы, использующие в основном силу мышц (грубая физическая работа – работа слесаря, подсобного рабочего и т.д.).
2. Работы, требующие высокой точности в координации движений (слесарь-сборщик).
3. Работы, связанные с преимущественной нагрузкой на органы чувств (осуществление контрольных функций, оператор станков с ЧПУ).
4. Работы, связанные с умственной деятельностью (программисты, конструкторы, технологи).
Часто работник в своей деятельности участвует в работе нескольких из указанных видов. Технические изделия, которые являются объектами исследования эргономики, можно разделить на два класса:
– простые объекты (например, молоток, режущий инструмент и т.п.);
– сложные объекты (например, станок, автобус, пульт управления АЭС).
Основные факторы, влияющие на функционирование эргатической системы
Человека можно «втиснуть» в техническую систему и заставить его работать с высокой интенсивностью, однако при этом часто не учитывается социально-культурная сущность труда. Плохая эргономическая проработка рабочего места приводит к неудовлетворенности жизнью, депрессиям, а в конечном итоге к снижению эффективности труда. Факторы, влияющие на работы эргатической системы (табл. 1), имеют различное происхождение.
Таблица 1. Факторы, влияющие на функционирование ЭС
На человека в процессе труда действует множество факторов: вид трудовой деятельности, ее тяжесть и напряженность, условия, в которой она осуществляется (вредные вещества, излучения, климатические условия, освещенность и т. д.), психофизиологические возможности человека (прежде всего антропометрические характеристики человека, скорость реакций на различные раздражители, особенности восприятия человеком цвета и т. д.).
Для того чтобы человеко-машинная система функционировала эффективно и не приносила ущерба здоровью человека, необходимо прежде всего обеспечить совместимость характеристик машины и человека. Совместимость человека с машиной определяется его антропометрической, сенсомоторной, энергетической (биомеханической) и психофизиологической совместимостью.
Антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека, возможность обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы.
Сенсомоторная совместимость предполагает 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.
Энергетическая (биомеханическая) совместимость предполагает учет силовых возможностей человека при определении усилий, прилагаемых к органам управления.
Психофизиологическая совместимость должна учитывать реакцию человека на цвет, цветовую гамму, частотный диапазон подаваемых сигналов, форму и другие эстетические параметры машины.
Антропометрические, сенсомоторные и энергетические характеристики человека
К антропометрическим характеристикам человека относятся статические характеристики — размеры тела человека и его отдельных частей (головы, ног, рук, кистей, стоп, ширина плеч, таза и т. п.), и динамические характеристики — возможные углы поворота отдельных частей тела, зоны досягаемости.
Например, на рис. 5 показаны антропометрические зоны досягаемости рук человека в положении стоя. В табл. 2 представлены размеры этих зон.
Рисунок 5. Зоны досягаемости рук человека в положении стоя в вертикальной и горизонтальной плоскостях: 1—8 — номера зон (см. табл. 2)
Таблица 5.1. Размеры зон досягаемости рук человека (по рис. 5),мм
Информационные зоны визуального поля обзора человека представлены на рис. 6 и определяются полями зрения (поле ясного зрения, поле обзора и т. д.), размеры которых выражаются углами зрения.
Рисунок 6. Информационные зоны визуального поля: а — при повороте глаз; б — при повороте головы; в — при повороте головы и глаз; оптимальные углы обзора; — максимальные углы обзора
Для оптимального размещения оборудования рабочего места нужно соблюдать следующие рекомендации относительно поля зрения:
— Следует избегать излишних поворотов головы. Желательно перемещать взгляд на разные предметы, таким образом, предотвращается перенапряжение и усталость глаз.
— Следует располагать постоянно используемые объекты в оптимальном поле зрения А (фиксация объектов глазами без лишних поворотов головы). Часто используемые объекты – в поле зрения В.
— По возможности следует располагать все объекты в пределах максимального поля зрения С.
— Часто используемые ящики следует располагать на равных расстояниях. В таком случае сотруднику не требуется перефокусировать свой взгляд на различные расстояния каждый раз, когда меняется угол зрения.
Время некоторых сенсомоторных реакций человека представлены в табл. 3, 4, 5.
Таблица 3 Временные характеристики некоторых моторных (двигательных) операций
Таблица 4. Время реакций на некоторые типы раздражителей
Таблица 5. Временные затраты оператора при приеме сигнальной информации
В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия к органам управления, т. к. отсутствие усилий (что может быть при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности выполненного действия. Однако прилагаемые к органам управления усилия должны быть совместимы с биомеханическими параметрами человека. Слишком большие усилия приводят к перегрузке человека. В табл. 6 приведены средние показатели силы некоторых мышечных групп человека.
Таблица 6. Средние показатели силы некоторых мышечных групп человека
Организация рабочего места оператора
Организация рабочего места, конструкция органов контроля и управления должны учитывать антропометрические, сенсомоторные, биомеханические и психофизиологические характеристики человека.
Пространство рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, должно быть разделено на рабочие зоны. Зонирование рабочего места в горизонтальной и вертикальной плоскостях представлено на рис. 8, 9. Рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной визуального обзора.
Рисунок 8 Зоны для выполнения ручных операций и размещения органов управления: 1 — зона для размещения наиболее важных и очень часто используемых органов управления (оптимальная зона моторного поля); 2 — зона для размещения часто используемых органов управления (зона легкой досягаемости моторного поля); 3 — зона для размещения редко используемых органов управления (зона досягаемости моторного поля)
Рисунок 9. Зоны для выполнения ручных операций и размещения органов управления в вертикальной плоскости: 1 — зона для размещения очень часто используемых и наиболее важных органов управления (оптимальная зона моторного поля); 2 — зона для размещения часто используемых органов управления (зона легкой досягаемости моторного поля); 3 — зона для размещения редко используемых органов управления (зона досягаемости моторного поля)
Минимальное пространство рабочего места, необходимое для выполнения работы при различных положениях тела указано на рис. 10.
Рисунок 10 Минимальное пространство, необходимое для выполнения работы при различных положениях тела.
Важное эргономическое значение имеет рабочая поза человека. Рабочая поза «стоя» требует больших энергетических затрат и приводит к быстрому утомлению. Рабочая поза «сидя» менее утомительна, и она более предпочтительна. Рабочая зона должна быть организована так, а органы управления должны быть так расположены, чтобы в рабочей позе проекция центра тяжести тела человека была расположена в пределах площади его опоры (рис. 11).
Рисунок 11. Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой (а и б) и неустойчивой (в и г) позах: а, в — стоя; б, г — сидя.
В противном случае положение тела человека будет неустойчивым и потребует значительных мышечных усилий. Это может привести к заболеваниям опорно-двигательного аппарата (например, искривление позвоночника), быстрому утомлению, травме.
Составной частью рабочего места в положении «сидя» является рабочее кресло оператора. Кресло должно соответствовать антропометрическим данным человека и, при необходимости, учитывать поправки на спецодежду и снаряжение. Основные геометрические параметры рабочих кресел стандартизованы. Целесообразно применять кресла с регулируемыми параметрами (высотой, углом наклона спинки), чтобы приспособить их под антропометрические характеристики конкретного человека.
Ножные и ручные органы управления должны соответствовать по прилагаемым усилиям биомеханическим характеристикам человека и в зависимости от частоты их использования располагаться в соответствующих зонах досягаемости. Усилия на органах управления не должны быть слишком маленькими, чтобы человек мог контролировать выполняемое им движение.
В то же время слишком большие усилия приводят к быстрой усталости и перенапряжению мышц. Для органов управления различного типа существуют рекомендации по оптимальным прилагаемым силам.
Устройства визуальной информации оператора в зависимости от частоты их использования также должны располагаться в соответствующих зонах визуального поля человека. При частом использовании приборы должны располагаться в пределах оптимальных углов обзора, при редком — в пределах максимальных углов обзора.
Цветовая раскраска, размеры органов управления должны соответствовать психофизиологическим и антропометрическим характеристикам человека, освещенности на рабочем месте и другим характеристикам световой среды.