ГЛАВА 5
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМЫ
«ЧЕЛОВЕК-МАШИНА»
5.1. Содержание гигиенических и
эргономических показателей
Технология производства продукции, определяющая как режим работы машин, так и режим работы человека, должна обеспечивать не только безопасные, но и оптимальные условия и характер труда. В связи с этим определим содержание понятий «гигиенические показатели» и «эргономические показатели» в соответствии с их фактической ролью в оценке условий труда следующим образом: Степень безопасности условий и характера
труда определяется гигиеническими показателями рабочего места,
представляющими собой соответствующие технические показатели машин,
оборудования и экологической обстановки, а также его тяжестью и
напряженностью. Степень оптимальности условий и характера
труда определяется эргономическими показателями, представляющими собой
соответствующие физиологические показатели организма людей при воздействии на
них указанных выше гигиенических показателей рабочего места. 5.2. Гигиеническая оценка условий и
характера труда Для гигиенической оценки условий и характера труда на рабочих местах на основании многочисленных, в основном экспериментальных, исследований, выполненных совместным трудом большого числа научных организаций, к середине 20-го века были разработаны основные гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса, оформленные в виде официальных нормативных документов. Под термином «гигиенические критерии» понимаются показатели, позволяющие дифференцировано оценить степень отклонений каждого из показателей производственной среды и трудового процесса от действующих гигиенических нормативов – каждому показателю соответствуют свои предельно допустимые значения. Гигиеническая оценка условий и характера труда на рабочих местах производится со следующими целями: - контроля условий труда работника (работников) на соответствие действующим санитарным правилам и нормам, гигиеническим нормативам и выдачи гигиенического заключения; - установления приоритетности в проведении оздоровительных мероприятий и оценки их эффективности; - создания банка данных по условиям труда на уровне предприятия, отрасли, района, города, региона, республики, федерации; - аттестации рабочих мест по условиям труда и сертификации работ по охране труда в организации; - применения мер административного воздействия при выявлении санитарных правонарушений, а также привлечения виновных лиц к дисциплинарной и уголовной ответственности; - сопоставления состояния здоровья работника с условиями его труда (при проведении периодических медицинских осмотров, составлении санитарно – гигиенической характеристики); - расследования случаев профессиональных заболеваний и отравлений; - установления уровней профессионального риска для разработки профилактических мероприятий и обоснования мер социальной защиты работающих. В процессе трудовой деятельности человека машины, промышленное оборудование и экологическая обстановка могут содержать факторы, оказывающие вредное влияние на его здоровье: вызывать профессиональное заболевание, временное или стойкое снижение работоспособности, повысить частоту соматических и инфекционных заболеваний, привести к нарушению здоровья потомства и другим заболеваниям. Вредные производственные факторы подразделяются на следующие группы: - физические факторы: · температура,
влажность, скорость движения воздуха, тепловое излучение; · неионизирующие
электромагнитные поля и излучения: электростатические поля, постоянные
магнитные поля (в т.ч. и геомагнитное),
электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц), электромагнитные
излучения радиочастотного диапазона,
электромагнитные излучения оптического диапазона (в т.ч. лазерное и ультрафиолетовое); · ионизирующие
излучения; · производственный шум, ультразвук, инфразвук; · вибрация (локальная, общая); · аэрозоли (пыли) преимущественно фиброгенного действия; · освещение: естественное (отсутствие или недостаточность), искусственное (недостаточная освещенность, прямая и отраженная слепящая блескость, пульсация освещенности); · электрически заряженные частицы воздуха – аэроионы; - химические факторы, в том числе некоторые вещества биологической природы (антибиотики, витамины, гормоны, ферменты, белковые препараты), получаемые химическим синтезом и/или для контроля которых используют методы химического анализа; -биологические факторы: микроорганизмы-продуценты, живые клетки и споры, содержащиеся в препаратах, патогенные микроорганизмы. Факторы трудового процесса: ТЯЖЕСТЬ ТРУДА – характеристика трудового процесса, отражающая преимущественную нагрузку на опорно-двигательный аппарат и функциональные системы организма (сердечно-сосудистую, дыхательную и др.), обеспечивающие его деятельность. Тяжесть труда характеризуется физической динамической нагрузкой, массой поднимаемого и перемещаемого груза, общим числом стереотипных рабочих движений, величиной статической нагрузки, формой рабочей позы, степенью наклона корпуса, перемещениями в пространстве. НАПРЯЖЕННОСТЬ ТРУДА – характеристика трудового процесса, отражающая нагрузку в основном на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. К факторам, характеризующим напряженность труда, относятся: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные нагрузки, степень монотонности нагрузок, режим работы. ОПАСНЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ФАКТОР – фактор среды и трудового процесса, который может быть причиной острого заболевания или внезапного резкого ухудшения здоровья, смерти. В зависимости от количественной характеристики и продолжительности действия отдельные вредные производственные факторы могут стать опасными, например производство работ под водой, при повышенном атмосферном давлении, при длительном воздействии высоких уровней вибрации и шума, в условиях напряженной обстановки и других. 5.2.1. Гигиенические критерии и классификация условий
труда по степени вредности и опасности Одной из основных проблем, с которой столкнулись ученые в ходе исследований процессов воздействия вредных факторов, стала проблема количественных оценок этих воздействий. Как видно из приведенных выше перечней вредных факторов, они имеют самую разную природу, разные единицы измерения, по-разному воздействуют на организм человека. Эта проблема была условно решена в середине 20-го века путем градации воздействий соответствующих факторов на различные классы, которые в той или иной степени характеризовали степень опасности этих факторов для здоровья человека, но без какого-либо метрологического обоснования. Всего условия труда были разделены на 4 класса: оптимальные, допустимые, вредные и опасные со следующими определениями. ОПТИМАЛЬНЫЕ условия труда (1 класс) - такие условия, при которых сохраняется здоровье работающих, и создаются предпосылки для поддержания высокого уровня работоспособности. Оптимальные нормативы производственных факторов были установлены только для микроклиматических параметров и факторов трудового процесса. Для других факторов условно за оптимальные было решено принимать такие условия труда, при которых неблагоприятные факторы либо отсутствуют, либо не превышают уровни, принятые в качестве безопасных для населения. ДОПУСТИМЫЕ условия труда (2 класс) характеризуются такими уровнями факторов среды и трудового процесса, которые не превышают установленных гигиенических нормативов для рабочих мест, а возможные изменения функционального состояния организма восстанавливаются во время регламентированного отдыха или к началу следующей смены и не должны оказывать неблагоприятного действия в ближайшем и отдаленном периоде на состояние здоровья работающих и их потомство. Допустимые условия труда относят к условно безопасным. ВРЕДНЫЕ условия труда (3 класс) характеризуются наличием вредных производственных факторов, превышающих гигиенические нормативы и оказывающих неблагоприятное действие на организм работающего и (или) его потомство. Вредные условия труда по степени превышения гигиенических нормативов и выраженности изменений в организме работающих были так же подразделены на 4 степени вредности: 1 степень 3 класса (3.1.) - условия труда характеризуются такими отклонениями уровней вредных факторов от гигиенических нормативов, которые вызывают функциональные изменения, восстанавливающиеся, как правило, при более длительном (чем к началу следующей смены) прерывании контакта с вредными факторами и увеличивают риск повреждения здоровья. 2 степень 3 класса (3.2.) - уровни вредных факторов, вызывающие стойкие функциональные изменения, приводящие в большинстве случаев к увеличению производственно обусловленной заболеваемости (что проявляется повышением уровня заболеваемости с временной утратой трудоспособности и, в первую очередь, теми болезнями, которые отражают состояние наиболее уязвимых органов и систем для данных вредных факторов), появлению начальных признаков или легких (без потери профессиональной трудоспособности) форм профессиональных заболеваний, возникающих после продолжительной экспозиции (часто после 15 и более лет). 3 степень 3 класса (3.3) - условия труда,
характеризующиеся такими уровнями вредных факторов, воздействие которых
приводит к развитию, как правило, профессиональных болезней легкой
и средней степеней тяжести (с потерей профессиональной
трудоспособности) в периоде трудовой деятельности, росту хронической
(производственно-обусловленной) патологии, включая повышенные уровни
заболеваемости с временной утратой трудоспособности. 4 степень 3 класса (3.4.) - условия труда, при которых могут возникать тяжелые формы профессиональных заболеваний (с потерей общей трудоспособности), отмечается значительный рост числа хронических заболеваний и высокие уровни заболеваемости с временной утратой трудоспособности. ОПАСНЫЕ (ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ) условия труда (4 класс) характеризуются уровнями производственных факторов, воздействие которых в течение рабочей смены (или ее части) создает угрозу для жизни, высокий риск развития острых профессиональных поражений, в том числе и тяжелых форм. Для обеспечения единообразия при оценках гигиенических критериев условий труда были разработаны нормативные методики и документы, с помощью которых путем анализа условий труда можно было отнести их к тому или иному классу вредности и опасности. В России таким единым
документом, в котором содержатся все нормативные методики, является
утвержденное в 1999 году Руководство Р
2.2.755-99 «Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по
показателям вредности и опасности факторов
производственной среды, тяжести
и напряженности трудового Таблица 5.1 Классы условий труда в зависимости от уровней шума и локальной вибрации на рабочем месте.
Таблица 5.2 Классы условий труда по показателям тяжести
трудового процесса
процесса» В табл. 5.1, 5.2 и
5.3 приведены примеры классификации условий труда в зависимости
от уровней шума и локальной вибрации на рабочем месте, тяжести и
напряженности труда, содержащиеся в указанном выше документе. Таблица 5.3 Классы условий труда по показателям напряженности трудового процесса
Как видно из табл. 5.1, 5.2 и 5.3, принятая оценка условий труда путем соответствующей дифференцированной оценки каждого из гигиенических показателей и их классификация весьма условна и не гарантирует полную безопасность труда хотя бы потому, что при таком подходе не учитывается одновременное воздействие всех гигиенических показателей рабочего места на организм человека. Однако такой путь решения проблемы позволил в значительной степени обеспечить безопасность выпускаемых технических изделий и улучшить условия труда. 5.3. Эргономическая оценка условий и
характера труда 5.3.1. Состояние вопроса В отличие от гигиенической оценки условий и характера труда, главной целью которой является его безопасность, целью эргономической оценки является следующий этап - определение степени близости безопасных условий труда к оптимальным и путей их оптимизации. В настоящее время под эргономикой (от греч. ergon — работа и nomos — закон) понимается научная дисциплина, комплексно изучающая человека или группу людей в конкретных условиях их деятельности в современном производстве. Поэтому предметом эргономических исследований в настоящее время в основном является определение наиболее удобных для выполнения работы рабочих мест, наиболее удобной технологии производства и организации труда. Научные исследования в этом направлении стали быстро развиваться во второй половине 20-го века в связи с быстрым ростом производительности труда и все большей ее зависимостью от физиологических возможностей человека. Однако и здесь ученые столкнулись с той же проблемой, что и при оценке безопасности труда – проблемой объективной количественной оценки эргономических параметров. В результате разнообразных многочисленных попыток решить эту проблему, например путем измерения потребления человеком кислорода, составлением различных физиологических таблиц и т.д., для практического применения были разработаны лишь общие рекомендации по организации рабочих мест, параметрам органов управления, устройств контроля и других элементов и узлов рабочих мест. В табл. 5.4 приведены примеры таких рекомендаций. Таблица 5.4 Базовые значения антропометрических показателей эргономического качества оборудования
Как видно из табл. 5.4, предлагаемые базовые значения антропометрических показателей эргономического качества оборудования могут быть использованы только для общей ориентировки разработчиков. Однако при решении конкретных задач оптимизации условий труда на рабочих местах эти рекомендации в ряде случаев оказываются не только бесполезными, но и вредными. Например, известен случай на Белорусском автозаводе большегрузных автомобилей «Белаз», когда в результате применения чрезмерно мощного гидроусилителя рулевое управление стало настолько легким, что водители теряли контроль над управлением автомобиля, что приводило к авариям. 5.3.2. Способ количественной оценки производственных факторов. Эргоемкость и удельная эргоемкость В результате дальнейших исследований, направленных на разработку способов объективной количественной оценки условий труда, в 1996 году был предложен способ, в значительной степени решающий эту проблему. Этот способ до настоящего времени не введен в официальные нормативные документы, однако успешно используется при решении задач оптимизации условий труда и рабочих мест. Предложенный способ основан на хорошо известном физиологам и биологам и упоминавшемся ранее факте зависимости времени восстановления функциональных сдвигов от их величины. Отсюда следует, что мерой воздействия на организм человека различных нагрузок, в частности в процессе различных видов труда, как физического, так и умственного, может быть использован критерий времени восстановления функциональных сдвигов, вызванных этими нагрузками, после их снятия. Причем критерий времени восстановления функциональных сдвигов не зависит от того, какими причинами эти функциональные сдви-ги были вызваны. В результате был предложен новый показатель ЭРГОЕМКОСТЬ со следующим определением:
Однако для количественной оценки труда так же необходимо определение значения эргоемкость в зависимости от времени труда. Поэтому так же был предложен показатель УДЕЛЬНАЯ ЭРГОЕМКОСТЬ со следующим определением:
Измерение удельной эргоемкости производится в D: где Tувр – условное время восстановления функциональных сдвигов, Tр – время работы. Как будет показано ниже, условное время восстановления функциональных сдвигов введено в связи с принципиальной невозможностью обеспечения прямых измерений. Таким образом, для объективной количественной оценки интегрального воздействия различных факторов рабочего места на организм человека необходимо определить основные функциональные сдвиги, вызываемые воздействием этих факторов, измерить время воздействия этих факторов и время их восстановления. 5.3.3. Методика определения основных функциональных сдвигов В зависимости от состава нагрузок, воздействующих на организм человека, в нем возникают самые разные функциональные сдвиги как по составу, так и по величине. Например при длительной работе за компьютером возникают функциональные сдвиги, связанные с малоподвижностью и интенсивной умственной деятельностью, а при работах в шахтах функциональные сдвиги вызываются тяжелым физическим трудом, недостатком освещения, значительными уровнями шума и вибрации. Для определения функциональных сдвигов, возникающих в организме человека в процессе труда, необходимо проведение комплексных физиологических исследований. А поскольку спектр возможных физиологических исследований может быть достаточно широк, для определения основных физиологических методов исследований необходимо предварительно произвести подробный анализ трудового процесса и выявить основной состав нагрузок, воздействующих на человека. Структура трудового процесса, как правило, определяется технологией производства продукции. Технология производства продукции – это определенная последовательность выполнения производственных операций, осуществляемых человеком совместно с машиной, результатом которых является изготовление этой продукции, которая оформляется в виде конструкторско-технологических документов, называемых технологическими процессами, либо соответствующих инструкций. Технологический процесс является наиболее совершенным и точным документов, регламентирующим выполнение соответствующих операций. Как правило, он представляет собой комплект операционных технологических карт, выполнение требований которых в заданной последовательности обеспечивает изготовление продукции. В каждой из таких карт приведен перечень аппаратуры, технологического оборудования и других изделий, которыми должно быть оснащено каждое рабочее место для выполнения соответствующей операции, режимы их работы, время выполнения операции, а так же детально описаны все элементы действий оператора, выполняющего соответствующую операцию. Каждый элемент выполнения операции называется переход. В табл. 5.5 приведен пример операционной карты, представляющей собой технологический документ, в котором описаны конкретные действия оператора, работающего на конвейере, при регулировке радиоэлектронной аппаратуры в относительно свободном режиме, жестко не зависимом от ритма конвейера, сидящего на рабочем месте, расположенном у конвейера, и в котором указано время выполнения как каждого элемента операции, называемого переходом и выполнения всей операции. Таблица 5.5. Операционная карта № 201 по регулировке блока №33
Как видно из табл. 5.5, в операционной карте достаточно детально описаны все действия оператора, что позволяет определить общий характер его труда и сделать предположения о составе и величине вызываемой этой работой функциональных сдвигов и определить необходимый перечень методик и состав аппаратуры для проведения физиологических исследований. В частности, из приведенной операционной карты видно, что оператор выполняет достаточно легкие, несложные и разнообразные действия руками при относительно ненапряженном внимании, что свидетельствует о легком характере выполняемой работы. Относительно свободный режим при достаточно высокой производительности труда позволяет ему в необходимых случаях произвести кратковременный отдых. Однако при этом оператор в течение длительного времени должен находиться в вынужденной позе – положении сидя, при котором в ряде мышц и органов могут произойти изменения, связанные с гиподинамией – недостатком двигательной активности. Кроме того, время выполнения операции – 37с, свидетельствует о значительной монотонности работы, так как за рабочую смену оператор должен выполнить более 750 операций. В данном случае основными физиологическими исследованиями могут быть: измерение частоты сердечных сокращений, частоты дыхания, артериального давления, выполнение контрольных нагрузок на нижние конечности и поясничный отдел, измерение моторных реакций на свет и звук, измерение выносливости верхних и нижних конечностей и некоторые другие. В зависимости от выбранных для физиологических исследований функциональных сдвигов подбирается комплект медицинской измерительной аппаратуры и определяется порядок исследований: время, периодичность, условия и т.д. После этого производятся предварительные исследования, в ходе которых более точно устанавливаются функциональные сдвиги, подлежащие контролю, необходимая аппаратура, количество и состав операторов, ориентировочное количество исследований и прочие условия. Рис. 5.1. Закономерность изменений функциональных сдвигов при нагрузке и отдыхе. 5.3.4. Методика определения времени
восстановления функциональных сдвигов Как было указано при анализе закономерностей изменений функциональных сдвигов, процесс их роста и восстановления происходит по закону, близкому к экспоненте (рис. 5.1). Из рис. 5.1 видно, что в процессе работы наблюдается рост функционального сдвига (кривая 1), а при отдыхе – его восстановление (кривая 2), происходящее по закону, близкому к экспоненте. Отсюда следует, что точное измерение времени восстановления функционального сдвига в принципе невозможно, так как не существует точки пересечения кривой с осью абсцисс, а есть только ее монотонное приближение. Кроме того, при приближении этой кривой к оси абсцисс резко возрастает влияние флуктуационных шумов, вызываемых различными причинами: внутренними шумами и чувствительностью измерительной аппаратуры, случайными внешними помехами и т.д. Поэтому вблизи оси абсцисс значительно уменьшается точность измерений. Поскольку прямое измерение времени восстановления функциональных сдвигов оказалось невозможным, для решения этого вопроса была разработана специальная компьютерная программа «Loqus 2003.1». Работа этой программы основана на математическом моделировании начальной части кривой восстановления функциональных сдвигов 2 (рис. 5.1), поскольку она непрерывна и монотонно убывает, путем расчета времени достижения этой кривой значения U1 > 0, как это показано на рис. 5.1. При этом не определяется истинное время восстановления функциональных сдвигов, так как это невозможно по указанным выше причинам, но определяется условное время восстановления функциональных сдвигов, которое метрологически достоверно, так как графики восстановления всех анализируемых функциональных сдвигов, возникающих в организме, рассчитываются при одних и тех же условиях, и поэтому результаты расчетов времени их восстановления объективны и соизмеримы между собой. Выбор значения U1 определяется в зависимости от условий исследований, требований к точности измерений и учета других параметров, например возможности одновременного измерения нескольких показателей, необходимого времени для производства измерений. Точность измерений в основном зависит от количества измеренных точек в начальной (верхней) части кривой восстановления функциональных сдвигов, используемой аппаратуры и условий исследований. Проведение измерений времени восстановления функциональных сдвигов с помощью программы «Loqus 2003.1» содержит несколько этапов. Первым из них является определение эргоемкости каждого из исследованных функциональных сдвигов. Пример таких результатов представлен в табл. 5.6. Таблица 5.6. Эргоемкость отдельных функциональных сдвигов
В результате анализа полученных данных, представленных в табл. 5.6, нетрудно убедиться, что наибольшую эргоемкость имеют функциональные сдвиги систолического (92) и диастолического (78) артериальных давлений, в меньшей степени температура, а остальные еще меньше. Это предположительно означает, что организм человека в процессе труда испытывал основную нагрузку, вызывающую повышение артериального давления. Например, это мог бы быть труд, характеризующийся большим нервным напряжением. Необходимо отметить, что программой «Loqus 2003.1» определяется эргоемкость, вызванная как физическими нагрузками, так и психологическими. Для оценки психологических нагрузок в ней предусмотрено определение эргоемкости с использованием психологических тестов «Внимание» и «Устойчивость». Тест «Внимание» представляет собой прямоугольную таблицу, содержащую по 25 цифр черного и красного цветов с 1 по 25, расположенных в поле таблицы случайным образом. Задачей испытуемого является максимально быстрое безошибочное поочередное нахождение цифр красного и черного цветов, причем красных в возрастающем порядке от 1 до 25, а черных - в убывающем от 25 до 1. Результатом теста является время выполнения задания, фиксируемое компьютерной программой. Образец таблицы теста представлен в табл. 5.7. Таблица 5.7. Тест «Устойчивость» представляет собой некоторое число, например 258, из которого необходимо последовательно вычитать определенное число, например 7. Оценка теста так же производится по времени выполнения задания компьютерной программой. В зависимости от условий выполнения заданий как по тесту «Внимание», так и по тесту «Устойчивость» возможна количественная оценка воздействия этих условий. Например возможна оценка воздействия различных видов шумов как по уровню, так и по содержанию: непрерывный, импульсный, не-смысловой, смысловой и т.д. Вторым этапом работы программы «Loqus 2003.1» является определение значения удельной эргоемкости, величина которой, как было указано выше, зависит от времени работы. В табл. 5.8 приведен пример вычисления удельной эргоемкости, рассчитанной по данным табл. 5.6 для времени работы в течение 480 минут.
Удельная эргоемкость
Таким образом, применение способа оценки условий труда по времени восстановления функциональных сдвигов позволяет не только получить объективные количественные данные о биологических затратах человека в результате труда, но и определить наиболее перспективное направление работ по улучшению его условий и эффективности. 5.3.5. Неявные функциональные сдвиги Наряду с функциональными сдвигами, которые значительно изменяются при действии нагрузок и которые сравнительно легко обнаружить и измерить, имеется достаточное количество функциональных сдвигов, проявляющихся на микроскопическом уровне, незаметных для человека и физиологов, но обладающих кумулятивным свойством – свойством накапливания. К таким функциональным сдвигам относятся, например, незначительные, но постоянно получаемые повреждения нервных волокон и кровеносных сосудов верхних конечностей в результате воздействия вибрации, химическое и радиоактивное заражение организма, повреждения клеток в результате воздействия электромагнитных полей и многие другие. В результате кумулятивного эффекта длительное, часто в течение многих лет, воздействие источников указанных нагрузок, к которым организм человека по определенным причинам не может адаптироваться, в ряде случаев приводит к тяжелейшим неизлечимым заболеваниям и даже летальным исходам. К настоящему времени такие функциональные сдвиги не могут быть оперативно выявлены традиционными путями на ранней стадии из-за отсутствия соответствующих методов и аппаратуры. Поэтому для решения этой проблемы, особенно в случаях заведомо вредных для здоровья специальностей, применяются периодические медицинские профосмотры, диспансеризации, ежегодные снятия флюорограмм легких и другие мероприятия. Указанный подход позволяет рано или поздно выявить эти функциональные сдвиги, но только когда они ко времени обследований достигнут необходимых для анализа значений, причем достаточно часто слишком поздно. Таким образом, вопросы раннего выявления неявных функциональных сдвигов, до того, как они приводят к различного рода заболеваниям, а также их количественной оценки являются чрезвычайно актуальными. Теоретический анализ возможности применения для раннего выявления такого рода функциональных сдвигов методов, основанных на теории термодинамики биологических систем показал, что в ряде случаев применение таких методов может быть эффективно. Такие результаты могут быть в принципе получены путем комплексного статистического анализа закономерности изменений выбранной группы функциональных сдвигов по критериям времени их возникновения в результате воздействия определенных нагрузок, и времени их восстановления после снятия этих нагрузок. При использовании указанного критерия такой анализ возможен благодаря тому, что при этих исследованиях все анализируемые функциональные сдвиги соизмеримы между собой. Однако, как показал обзор материалов исследований функциональных сдвигов, выполненных различными учеными, такая задача до сих пор не ставилась, поэтому данное предположение еще требует своего практического подтверждения. |