Лекции по БЖД

Лекция 4

Человек как  элемент эргатической системы

 

1. Антропометрические характеристики человека
2. Работоспособность человека и ее динамика
3. Надежность человека как элемента эргатической системы

 

1. Антропометрические характеристики  человека

 

Антропометрические характеристики определяются размерами тела человека и его отдельных частей и используются для проектирования наиболее рациональных условий труда. Они позволяют рассчитывать пространственную организацию рабочего места, устанавливать зоны досягаемости и видимости, конструктивные параметры рабочего места и т.п., обеспечивая тем самым и безопасные условия труда.

Антропометрические характеристики (АХ) подразделяют на статические и  динамические. К статическим характеристикам относятся статические размеры отдельных частей тела, размер головы, размеры кисти, стопы. К динамическим характеристикам относятся углы вращения в суставах, зона досягаемости (моторная зона), приросты или эффект движения тела (изменение одного и того же размера при перемещении тела в пространстве). Статические характеристики могут быть линейными, т.е. измеряться в линейных единицах и дуговыми, т.е. измеряться в углах. В зависимости от ориентации тела в пространстве линейные размеры делятся на продольные (высота различных точек над полом или сиденьем), поперечные (ширина плеч, таза и.т.п.), переднезадние (передняя досягаемость руки и т.п.).

Минимальные и максимальные значения антропометрических характеристик  используются с учетом выполняемой работы. В случаях, когда оператор должен до чего-то дотягиваться, вибирают минимальные значения, а при определении размеров сиденья, высоты ниши для ног – максимальные. Использование антропометрических характеристик тесно связано с понятием рабочей позы.

Рабочая поза «стоя». Эта поза требует бóльших энергетических затрат, чем при работе сидя и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Для этой позы характерно более быстрое утомление.

Рабочая поза «сидя». Эта поза является менее утомительной, так как резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела. Кроме того, резко сокращаются энергетические затраты.

Надо учитывать, что всякая поза, проекция центра тяжести которой  выходит за площадь опоры, будет  требовать для поддержания устойчивости значительных мышечных усилий, т.е. статические напряжения. Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, профзаболевания (искривление позвоночника, расширение вен, плоскостопия).

Влияние позы на рабочую нагрузку человека в эргатической системе можно иллюстрировать с помощью коэффициентов. Так, если при прямой позе «сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составит 1,6, при наклонной позе «сидя» – 4, при наклонной позе «стоя» – 10.

Пространство рабочего места, в котором осуществляется трудовой процесс, может быть разделено на рабочие зоны. Правильное проектирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или локте на уровне рабочей поверхности (т.е. с учетом динамических АХ), а движением рук управляет мозг человека в соответствии со зрительной информацией. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук следует совмещать с зоной, охватываемой зрением (см. рис. 1).

Рис. 1 – Зона видимости

 

Рассмотрим рабочие зоны на рис. 2.

Зона 1 – самая благоприятная, применима для точных и мелких сборочных работ (хорошо работают обе руки и осуществляется зрительный контроль).

Зоны 2 и 3 хорошо доступны для одной и мало доступны для другой руки; зрительный контроль осложнен. В этих зонах удобно размещать инструменты и материалы, которые рабочий берет правой или левой рукой или органы управления, за которыми не требуется постоянный зрительный контроль.

Зона 4 – запасная, труднодоступная зона; в ней могут быть размещены инструменты и материалы, котоые не поместились в зонах 1 и 2.

Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки. В ней можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка 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.

Органы управления могут  быть ручные и ножные. Ручное управление предпочтительнее, причем выгоднее использовать регуляторы, которое приводятся в движение рукой к себе или от себя.

В процессе управления человек должен обязательно прилагать умеренные усилия, так как их отсутствие дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к его перегрузке.

2. Работоспособность человека  и ее динамика

 

Работоспособность проявляется в поддержании заданного  уровня деятельности в течение определенного времени и определяется двумя группами  факторов – внешними и внутренними.

Внешние факторы – это информационная структура сигналов, т.е. количество и форма представления информации, характеристика рабочей среды (удобство рабочего места, температура, освещенность, наличие вредных факторов и т.п.), взаимоотношения в коллективе.

Внутренние факторы – уровень подготовки, тренированность, выносливость, эмоциональная устойчивость.

Предел работоспособности  для любого человека не является постоянной величиной. Изменение предела работоспособности  во времени называется динамикой  работоспособности.

Различают следующие фазы трудовой деятельности по уровню  работоспособности (см. рис.3).

 

Рис. 3 – Фазы работоспособности  человека

Предрабочее состояние (фаза мобилизации) субъективно выражается в обдумывании предстоящей работы (т.н. идеомоторный акт).

2. Врабатываемость, или стадия нарастающей работоспособности, или фаза гиперкомпенсации. Преодолевается инерция, налаживается координация между участвующими в деятельности системами организма. Длительность периода врабатываемости может быть значительной. Например, утором после сна все характеристики сенсомоторных реакций значительно ниже, чем днем. Естественно, что и производительность труда в эти часы ниже. Здесь сказываются также и тренированность, тип нервной деятельности, возраст, опыт, интенсивность работы.
3. Период устойчивой работы (фаза компенсации). В этот период устанавливается оптимальный режим работы систем организма. Длительность его относительно всего времени работы – примерно 2/3. Предел устойчивой работоспособности является важнейшим показателем выносливости человека при заданном уровне интенсивности работы.

Выносливость, в свою очередь, определяется следующими факторами:

1. интенсивностью работы;
2. спецификой работы (при динамической работе, например, утомление наступает гораздо позже, чем при статической, при напряженной зрительной работе утомление наступает раньше);
3. возрастом;
4. полом; при нагрузке, равной половине максимальных возможностей, выносливость мужчин и женщин одинакова, при больших нагрузках выносливее мужчины;
5. концентрацией внимания и волевым напряжением (при работе, связанной с волевым, умственным напряжением, концентрацией внимания, при высокой интенсивности работы показатели выносливости снижаются);
6. эмоциональным состоянием (положительные эмоции удлиняют период устойчивой работоспособности, отрицательные – наоборот);
7. умением, навыками, тренированностью;
8. типом высшей нервной деятельности, определяющимся силой и подвижностью нервных процессов (сангвиник, флегматик, холерик, меланхолик). Сила нервной системы характеризует работоспособность и надежность работы оператора, особенно в экстремальных ситуациях.

Вернемся к диаграмме  на рис. 4.

4. Период утомления (фаза декомпенсации). Снижается продуктивность, замедляется скорость реакции, появляются ошибочные и несвоевременные действия, физиологическая усталость. Утомление может быть мышечным (физическим), умственным (психическим). Утомление – это временное снижение работоспособности из-за истощения энергетических ресурсов организма.
5. Период возрастания продуктивности за счет эмоционально-волевого напряжения.
6. Период прогрессивного снижения работоспособности и эмоционально-волевого напряжения.
7. Период восстановления. Может длиться от 5 мин (легкая физическая работа) до нескольких дней.

На основании кривых работоспособности  устанавливается норма времени  на отдых в зависимости от характера и продолжительности работы в течение рабочего дня.

 

Суточные колебания. Работоспособность изменяется также и в течение суток. Здесь можно выделить три интервала, в которых чередуется возрастание/снижение работоспособности:

1-й интервал: 6 – 10 (12) ч. – работоспособность повышается;

                          10 (12) – 15 ч. – работоспособность  постепенно снижается;

2-й интервал: 15 – 18 ч. – работоспособность повышается;

                          18 – 22 ч. – уменьшается;

3-й интервал:   22 – 3 ч. – работоспособность существенно снижается;

                            3 – 6 ч. – начинает возрастать, оставаясь ниже среднего уровня.

Недельные колебания. Работоспособность обычно меняется также и по дням недели:

Понедельник – врабатывание, вторник-четверг – высокая работоспособнсоть, пятница, суббота – развивающееся утомление.

3. Надежность человека  как элемента эргатической системы

 

3.1 Общие понятия о системах

 

Введем несколько общих  понятий из теории систем. Под системой понимается целостное образование (совокупность) объектов (элементов), связанных между собой определенными соотношениями, обладающее свойствами, не сводящимися к сумме свойств составляющих ее элементов и обеспечивающими выполнение системой некоторой функции (достижения цели). 

Понятие элемента системы достаточно условно и относительно, так как любой элемент обычно можно рассмотреть, в свою очередь, как совокупность других элементов.

Поскольку все компоненты системы определенным образом взаимосвязаны, можно говорить о структуре системы.

Любая система имеет, как правило, иерархическую структуру, т.е. может быть представлена в виде совокупности подсистем разного уровня, расположенных в определенном порядке.

Системы функционируют в  пространстве и во времени. Функционирование систем означает изменение состояния систем, переход системы из одного состояния в другое (например, из безопасносо в опасное). В соответствие с этим системы подразделяются на статические и динамические.

Статическая система – система с одним возможным состоянием.

Динамическая  система – система с множеством состояний, в которой время от времени происходит переход от одного состояния к другому.

Основой системного подхода  являются анализ, т.е. разделение целого на составляющие элементы и синтез, объединяющий части в сложное целое.

Для рассмотрения вопросов безопасности системный подход необходим прежде всего для того, чтобы увидеть, как части системы функционируют во взаимодействии  друг с другом.

 

2. Надежность человека

 

Человек является основным звеном современных эргатических (эрготехнических) систем. в то же время статистка аварий и катастроф свидетельствует о том, что 10-15% всех отказов непосредственно связаны с ошибками человека (всего же, прямо или косвенно, с ошибками человека связано 20-30% аварий и катастроф). Следовательно, анализ надежности технических систем должен обязательно включать человеческий фактор.

Надежность работы человека-оператора определяется как потребность успешного выполнения им работы или поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы.

Ошибка (отказ) человека-оператора определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может привести к нарушению нормального хода запланированных операций.

Ошибки оператора можно  разделить на три большие группы:

1. цель операции не может быть достигнута из-за ошибочных действий оператора;
2. оператор стремится к достижению ошибочной цели (или какое-либо лицо);
3. оператор бездействует в тот момент, когда его участие необходимо.

 

Все многочисленные ошибки, допускаемые человеком в процессе осуществления взаимодействия «человек - машина» можно классифицировать следующим образом.