<<< Главная

Вперед >>>

<<< Назад

Одним из критериев развития человеческой цивилизации является создание и совершенствование орудий труда, позволивших расширить физические и умственные возможности человека в изготовлении предметов труда, необходимых для улучшения условий его жизнедеятельности.

Наиболее древними достижениями человеческой цивилизации стало изготовление и применение каменных орудий. Использование физических параметров этих орудий, в основном массы и формы, позволяло древним людям более эффективно использовать свои физические силы в процессе труда. В качестве классического примера преобразования физических усилий человека для повышения эффективности его труда можно привести одно из гениальных изобретений человечества – рычаг Архимеда (рис.1.1), в котором используется открытый Архимедом (287-212 г.г. до н.э.) закон обратно-пропорциональной зависимости между соотношениями длин плеч рычага и приложенных к ним сил, представленный формулой (1.1):

где: a, b  - плечи рычага;

       F₁, F₂ - силы, приложенные к концам плеч рычага.

Рис.1.1.  Рычаг Архимеда.

a, b – плечи рычага; F₁, F₂ - силы, приложенные к концам плеч рычага.

Как следует из формулы (1.1), если длина правого плеча рычага b, например, в два раза больше левого a, то для равновесия сила F₁ должнв быть в два раза больше силы F₂.

Рассматривая производимую при этом работу A, отметим следую-щее: Как известно, работа A представляет собой произведение силы F, воздействующей на некоторое тело, на путь перемещения этого тела s:

Отсюда, выполняя одну и ту же работу, но применяя разные по соотношению длин плечи рычага, мы можем проигрывать в пути, но вынгрывать в силе, либо наоборот. А поскольку, как правило, силы че-ловека значительно ограничены, а путь мало ограничен, то использу-емый им рычаг в основном и применяется для выигрыша в силе за счет потерь в пути.

В общем случае орудия труда делятся на два вида:

1. Инструменты – орудия труда, в которых используется только энергия человека;

2. Машины – орудия  труда,  в  которых  в  основном используются различные природные виды энергий: тепловая, электическая, атомная и другие, а энергия человека применяется как дополнительная, в большинстве случаев осуществляющая функции ручного либо автоматизированного управления.

Взаимодействие человека с инструментами заключается в преобразовании отношений силы и пути при осуществляемой им работе для повышения эффективности труда.

Например, используя кувалду и зубило с заостренным концом, человек может расколоть огромные камни, так как энергия кувалды концентрируется на небольшой площади конца зубила, создавая на ней значительное давление; используя различные виды домкратов и лебедок, человек может поднимать и перемещать многотонные грузы и и производить многие другие тяжелые работы. 

Взаимодействие человека с машинами в основном заключается в управлении их работой.

При этом человек испытывает как физические, так и умственные нагрузки. причем при своей работе машина может быть источником физических, химических и других факторов, оказывающих определенное вредное воздействие на его организм.

Поэтому в ее конструкции всегда должны быть предусмотрены соответствующие меры, обеспечивающие безопасность такого воздействия.

Повышение производительности машин и увеличения их роли в технологических процессах сопровождается и ростом степени участия труда человека лишь как оператора, однако при этом возрастает и цена его ошибок из-за «человеческого фактора» - ошибочных действий и решений, вызванных различными случайными и неслучайными причинами. Уменьшьшить вероятность таких ошибок можно путем введения максимальной механизации и автоматизации производственных процессов, однако из-за всегда имеющейся вероятности возможных непредвиденных внештатных ситуаций последнее слово всегда остается за человеком. 

Исходя из роли человека и машины в их совместном процессе производства предмета труда, определим понятие «система «человек-машина»:

1.2. Основные параметры системы

«человек – машина»

Назначением  системы «человек - машина» является производство продукции. Поэтому основными параметрами этой системы следует считать: производительность, являющуюся результатом совокупного взаимодействия технических параметров машины и физиологических параметров человека, вероятность сбоев как машины, так и человека, а так же вероятность наносимого при этом ущерба Взаимодействие труда человека и работы машины может иметь самый разный характер, зависящий от роли и функций машины и роли человека в производственном и технологическом процессах изготовления продукции.

Это взаимодействие определяется:

- Со стороны машины:

1.   Назначением;

2.   Конструкцией;

3.   Техническими параметрами;

4.   Технологическим процессом производства продукции;

5.  Степенью соответствия параметров машины физиологическим параметрам человека.

- Со стороны человека:

 1. Физическими возможностями;

 2. Умственными возможностями;

 3. Квалификацией;

 4. Опытом работы.

В зависимости от назначения, конструкторских решений и используемых технологий степень приспособленности машин к физиологическим возможностям человека для выполнения им предусмотренных конструкцией машины операций может быть самой разной. 

Рассмотрим случаи несоответствия, неполного соответствия и полного соответствия параметров машин физиологическим параметрам человека. В качестве примера несоответствия машины физиологическим параметрам человека может быть приведен переносный пневматический перфоратор для бурения шпуров на карьерах и в шахтах.

При его работе человек должен прикладывать  значительные   физические   усилия    по   перестановке буровых штанг  и  переноске  перфораторов, масса которых составляет  до  45 кг,

а  так же  и большие усилия подачи в процессе бурения.

На рис.1.2 показан процесс бурения шпуров пневматическим переносным перфоратором  в направлении вниз.

На рис.1.3 показан процесс бурения переносным пневматическим перфораторов 2 горизонтальных и наклонных шпуров с использованием пневмоподдержки 1.

Пневмоподдержка удерживает перфоратор в нужном положении за счет уравновешивания его массы и частично,  за счет ее наклона, обеспечивает усилие подачи буровой штанги 3 в направлении шпура. 

В соответствии с санитарными нормами  максимальное  усилие человека должно составлять не более 200 Н (Ньютон).

Однако, как видно из графика зависимости  скорости  бурения  V  от  усилия подачи F переносного перфоратора,   представленного на рис.1.4, при таком усилии скорость бурения V_n, а с учетом массы перфоратора при бурении вниз также и скорость бурения V_m будут значительно меньше максимальной V_max, достигаемой лишь при усилии  F=1700H. Поэтому, для обеспечения высокой скорости бурения бурильщик должен прикладывать усилия, значительно превышающие допустимые.

Рис. 1.4. График зависимости скорости бурения V от усилия подачи F

При  этом  он  еще   вынужден  переносить сильный шум и вибрацию, дышать воздухом со значительным содержанием пыли и масляных аэрозолей, сопровождающих работу перфоратора.

1.3. Основные научные направления,  изучающие функционирование системы «человек – машина»

В отличие от машин, всегда содержащих определенные технические параметры, труд человека характеризуется и оценивается  по целому ряду значительно более сложных и неоднозначных критериев, связанных с большим количеством физиологических и биохимических процессов, происходящих в его организме.

В связи с этим для характеристики и оценки труда человека исторически сформировался целый ряд научных направлений и дисциплин, изучающих различные стороны его деятельности и как индивидуума, и как члена общества. 

К ним относятся: физиология труда, антропология, гигиена труда, охрана труда, психология труда, инженерная психология, промышленная эстетика и эргономика.

Приведем краткие характеристики этих дисциплин.

1. Физиология труда - раздел физиологии, изучающий закономерности протекания физиологических процессов и особенности их регуляции при трудовой деятельности человека.

В задачи физиологии труда входят:

- обоснование    режимов    труда     и   отдыха     в     зависимости     от     интенсивности, экстенсивности, сложности и значимости трудовой деятельности;

- определение  оптимальных  и   предельных   возможностей   человека   по   переработке информации,

- определение наиболее экономичных и наименее утомляющих видов рабочих движений,

- определение, оценка и прогноз функционального состояния организма человека до, во время и после трудовой деятельности;

- разработка способов и режимов тренировки и обучения;

- обоснование   мероприятий    по    рационализации    труда,    ведущие    к    повышению работоспособности человека и сохранению его здоровья.

2. Антропология - наука о физическом развитии человека.

Предметом антропологии является изучение физического развития и конституции человека, ростовых процессов, а также его индивидуальной, возрастной, половой изменчивости во времени, измеряемой геологическими масштабами (эволюционная история, процесс антропогенеза) и в пространстве (внутривидовая дифференциация человека - проблемы расоведения).

Таким образом, антропология состоит из трёх основных разделов - морфологии человека, учения об антропогенезе и расоведении (этнической антропологии).

3. Гигиена труда (профессиональная гигиена) – раздел гигиены, изучающий влияние на организм человека трудовых процессов и окружающей человека производственной среды, разрабатывающий гигиенические нормативы и мероприятия для предупреждения профессиональных болезней.

Научные исследования по гигиене труда проводят по следующим основным направлениям:

- физиология физических и умственных трудовых процессов, их влияние на организм и разработка предельно допустимых норм по тяжести и напряженности труда;

- промышленная    токсикология    (разработка    предельно    допустимых   концентраций токсических  веществ  в  производственной  обстановке  и  мероприятий  для  предупреждения профессиональных интоксикаций);

- изучение    различных    видов    производственной    пыли    и    разработка    предельно допустимых концентраций её в воздухе производственных помещений, способов предупреждения профессиональных пылевых заболеваний;

- изучение воздействия на организм  физических  факторов  внешней производственной среды (метеорологические условия, ионизирующие излучения, шумы и вибрации, электромагнитные волны радиочастот и др.);

- разработка профилактических мероприятий для предупреждения профессиональных заболеваний, которые могут вызвать эти факторы на производствах.

Результатом этих исследований становятся санитарно-гигиенические нормативные документы, регламентирующие максимально допустимые параметры машин и производственной среды по всему спектру факторов, воздействующих на организм человека.

4. Охрана   труда  представляет  собой   систему   законодательных   актов,   содержащих социально – экономические,  организационные,  технические   и   лечебно – профилактические мероприятия     и     средства,    обеспечивающие    безопасность,     сохранение     здоровья     и работоспособность человека в процессе труда.

Охрана труда выявляет и изучает возможные источники производственных несчастных случаев, аварий, взрывов, пожаров и разрабатывает систему мероприятий и требований с целью устранения этих причин и создания безопасных и благоприятных для человека условий труда. Организация условий труда на рабочем месте предусматривает комплекс мероприятий, направленных на обеспечение максимальной безопасности труда на рабочем месте.

В них входят: разработка безопасных технологий производственных процессов, например установка и проверка защитного заземления  перед  включением электроустановок, разработка специальных инструкций по технике безопасности, ограждение опасных мест, сигнализация об опасности (например, о наличии метана в угольных шахтах) и др.  

5. Психология  труда – раздел  прикладной   психологии,  изучающий  психологические аспекты и закономерности трудовой деятельности человека. Этот раздел науки имеет исключительно важное значение при осуществлении работ с источниками повышенной опасности или опасными, например у авиадиспетчеров.

6. Инженерная психология - одна из специальных дисциплин психологии.

Инженерная психология решает следующие задачи:

- рациональная организация деятельности людей в системах "человек - машина", предназначенных для управления и обработки информации;

- целесообразное  распределение  функций между управляющим и обслуживающим персоналом и техническими средствами автоматизации;

- оптимизация процессов информационного обеспечения и принятия решения.

При решениях этих задач инженерная психология основывается на данных смежных наук, таких, как психология личности, психология труда и др., а также тесно взаимодействует с системотехникой и инженерными дисциплинами.

7. Промышленная эстетика - наука о законах психологического восприятия форм и цвета технических изделий. Эта отрасль общей эстетики обобщает практику массового изготовления орудий труда (станков, машин) и других предметов, сочетающих в себе утилитарные (практически полезные) и эстетические качества, то есть законы красоты, действующие в промышленном производстве.

8. Эргономика - научная дисциплина, комплексно изучающая человека или группу людей в конкретных условиях их деятельности в системе «человек-машина» с целью оптимизации параметров машин путем учета всей совокупности факторов, воздействующих на человека при трудовом процессе.

Из  обобщенного анализа результатов исследований по каждому из приведенных научных направлений, в которых используются свои методы  исследований  и  свои критерии, в итоге  складывается   общая  картина характеристики и оценки труда человека в составе системы «человек-машина».

Исторически сложившаяся многочисленность методов и критериев оценки труда человека связана с тем, что перечисленные научные направления являются науками описательными.

Это не позволяет однозначно определить роль труда человека в составе системы «человек – машина», ее надежность и безопасность.

1.4. Принципы взаимодействия человека

с инструментами и машинами

1.4.1. Основные закономерности взаимодействия

организма человека с инструментами

Как было указано выше, взаимодействие человека с инструментами в основном заключается в преобразовании параметров осуществляемой человеком работы для достижения необходимого положительного эффекта.

В связи с большим разнообразием работ, выполняемых человеком, для эффективного использования его его труда к настоящему времени разработаны тысячи различных специализированных инструментов, и интенсивная работа над улучшением их параметров продолжается и в настоящее время. В качестве примера можно привести такие распространенные и на первый взгляд простые инструменты, как гаечные ключи.

Несмотря на одинаковый принцип их действия – усиление затягивания резьбовых соединений гаек и болтов физической силой человека за счет большой длины рычага, в зависимости от конкретных условий их использования необходимо применение ключей самых разных конструкций.

К настоящему времени разработаны многочисленные виды гаечных ключей: баллонные, динамометрические, накидные, разводные, разрезные, рожковые, торцевые, трещеточные и т.д.

Правильный выбор типа гаечного ключа имеет чрезвычайно важное значение для оперативного и успешного выполнения необходимой операции при сравнительно легких условиях труда человека.

На рис.1.5 в качестве примера представлена конструкция баллонного гаечного ключа, предназначенного для крепежа гаек или болтов дисков колес легковых автомобилей.

Как видно из рис.1.5, баллонный гаечный ключ имеет сложную конструкцию,  содержащую головку 1 и рукоятку 2, представляющую собой достаточно длинный рычаг с обрезиненной ручкой на конце.

Оси головки 1 и рукоятки 2 находятся под углом a, обеспечивающим возможность не задевать при его вращении диск колеса.

Рис.1.5. Баллонный гаечный ключ

Длина рычага L выбрана такой, чтобы обеспечить необходимое усилие затягивания резьбового соединения физической силой человека.

Аналогичный подход осуществляется и при разработке других видов инструментов.

Как будет показано в главе 5, основной задачей разработки и правильного использования инструментов является количественная оценка условий труда при их использовании, включающая необходимые усилия, рабочую позу, время выполнения операции и другие параметры.

1.4.2. Основные виды машин и их взаимодействия с человеком

Виды машин и их взаимодействие с человеком можно разделить на 4 категории:

1. Механизированный инструмент (ручные машины).

Этот вид машин выполняет в технологическом процессе, как правило, лишь небольшую, но существенную часть операций, требу-ющую больших энергетических затрат, например вращение рабочего инструмента.

Остальные операции: переноска, удержание в рабочем положении, обеспечение осевого усилия и другие, как правило, выполняются за счет физической силы человека.

К таким видам машин относятся: электродрели, электрорубанки и электроперфораторы, пневматические гайковерты и отбойные молот-ки, пневматические перфораторы, бензопилы и многие другие ручные машины.

Основной особенностью этих машин является то, что режим и производительность их работы в значительной степени зависят от физических возможностей человека.

2. Машины с ручным управлением.

Машины с ручным управлением выполняют в производственном процессе основную часть операций при непосредственном участии человека. К ним можно отнести основные виды транспортных средств, некоторые виды станков, не оснащенных средствами автоматизации, компьютеры, работающие в режиме диалога с оператором. Работа таких машин в большой степени связана с физическими и умственными возможностями человека.

3. Машины-полуавтоматы.

Машины-полуавтоматы требуют выполнения вручную только подготовительных и заключительных операций, например по закреплению заготовок и снятию готовой продукции, выполнение же основных рабочих операций, например вращение детали на токарном станке, подача резца может производиться в автоматическом режиме, но под контролем человека.

К машинам-полуавтоматам относятся, в частности, значительная часть станочного парка, компьютеры, системы автопилота на воздушных судах и многие другие.

4. Машины-автоматы.

В машинах-автоматах все операции производятся в автоматическом режиме, оставляя за человеком лишь контрольные функции и функции загрузки сырья и выгрузки товара. К ним относятся, например, автоматы для изготовления и упаковки сигарет, автоматизированные линии по розливу напитков, электронные автоматы по регулировке дорожного движения, различные роботы и другие машины.

Выбор того или иного вида машин непосредственно связан с технологией и количеством производства продукции и в основном определяется экономической целесообразностью.

В частности, механизированные инструменты наиболее широко используются в строительстве, а машины с ручным  управлением широко   используются   при     изготовлении   разовых   изделий,    например гравировке надписей или рисунков, изготовлении штампов, пресс-форм, моделей или опытных образцов, машины-полуавтоматы в основном используются при изготовлении единичной и мелкосерийной продукции, а машины-автоматы при производстве серийной или массовой продукции.   

Все инструменты и машины, как уже указывалось выше, в процессе своей работы тем или иным образом воздействуют на работающего с ними человека, так как могут быть источниками шума, вибрации, пыли, масляных аэрозолей, газов, физических и психологических нагрузок и т.п. Поэтому, кроме определенного набора технических параметров, обеспечивающих выполнение требуемых технологических операций, они должны также соответствовать гигиеническим, эргономическим и экологическим требованиям, регламентируемым соответствующими нормативными документами, чем будет в определенной степени гарантирована их безопасность для здоровья человека.

Кроме систем «человек-машина», где человек и машина находятся «один на один», имеется большое число сложных производств, когда имеет место взаимодействие многих систем «человек-машина», которые необходимо координировать между собой.

В качестве примеров можно привести потоки автотранспорта, конвейерные линии, транспортные средства, управляемые экипажами, энергосистемы и т.д.

Спецификой работы таких систем «человек- машина» является необходимость наличия общих систем управления, решающих задачи их координации. В основе деятельности таких систем, как правило, лежит прием информации, ее обработка, принятие решений и контроль за их выполнением.

Кроме перечисленных, одним из основных параметров систем «человек - машина» так же является их надежность. Этот вопрос рассматривается в главе 6.

Труд человека и работа машин в системе «человек – машина» также сопряжены и с определенными энергетическими затратами.

Энергетические параметры машин в достаточной степени описываются известными законами физики и термодинамики. Энергетика человека, представляющего собой живой организм, в отличие от машин, наряду с законами физики, подчиняется еще и целому ряду биологических законов, в частности законам термодинамики биологических систем. 

<<< Главная

Вперед >>>

<<< Назад