Динамика изменений функционального состояния человека в процессе труда и проблема снижения его утомляемости

В системе «человек – машина–среда» (ЧМС), являющейся объектом эргономических комплексных исследований, эргономические требования делятся на общие, характерные для целых групп систем ЧМС, и частные, которые обусловливаются особенностями конкретных, систем. Выполнение всех требований эргономики способствует повышению качества и эффективности труда, улучшению условий работы, сохранению здоровья человека, делает труд более привлекательным и содержательным, т. е. в целом повышает эффективность системы ЧМС.

Эргономические требования к системе ЧМС определяются свойствами человека-оператора и устанавливаются с целью оптимизации его деятельности*. Создание оптимальной среды для деятельности человека возможно на базе всей системы знаний о человеке с учетом его анатомо-физиологических и психологических особенностей.

Уровень работоспособности, производительность и качество труда зависят от приспособления психофизиологических функций человека к трудовому процессу. Одним из важнейших вопросов психофизиологии является изучение изменения функционального состояния работающего человека.

В процессе выполнения работы функциональное состояние организма переходит из одной фазы в другую. Каждая фаза характеризуется определенными изменениями физиологических функций и оказывает влияние на успешность выполняемой работы. В. И. Медведев устанавливает семь таких фаз.

1. Характеризует период еще до начала работы, когда человек внутренне настраивается, обдумывает особенности предстоящей работы. Организм при этом уже мобилизуется, человек отвлекается от внешних раздражителей. Характер изменений в организме определяется выработанными навыками и степенью его тренированности. Выражением первой фазы может быть некоторое возрастание силы сердечных сокращений, подъем артериального давления, усиление и углубление дыхания.

2. Физиологический механизм связан с внешним торможением в результате изменения характера раздражителей. Эта фаза длится несколько минут, а при отчетливо выраженной первой фазе может вообще не наблюдаться.

3. Эта фаза соответствует периоду начальной работы и является одной из наиболее сложных. В это время человек приспосабливается к оптимальному режиму работы. Реакции его организма еще не адекватны внешней нагрузке, так как организм не приспособился к работе и реагирует на внешние раздражители с большей силой, чем это необходимо. Продолжительность третьей фазы в значительной степени зависит от тренированности оператора и сложности выполняемой работы. Вторую и третью фазы часто объединяют в одну, называемую фазой втягивания в работу или врабатывания. Производительность труда в этот период повышается.

4. Четвертой фазе соответствует оптимальный режим работы органов человека и систем его организма, производительность труда при этом максимальная.

5. Функциональное состояние организма начинает ухудшаться. Необходимый уровень его работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций. Например, нормальное кровообращение обеспечивается не за счет увеличения силы сердечных сокращений, а за счет возрастания их частоты. Эта перестройка позволяет поддерживать относительно стабильное функциональное состояние, однако уровень функционирования рабочих систем организма по степенно снижается.

6. Шестая фаза характеризуется неуклонным ухудшением функционального состояния организма. В результате утомления в действиях человека появляются ошибки, производительность труда падает. Пятую и шестую фазы объединяют в одну, называемую фазой утомления.

7. Фаза срыва, при которой регулирующие механизмы расстраиваются, реакции организма неадекватны внешним сигналам и работоспособность резко снижается.

Когда длительная работа приводит к появлению пятой фазы, то перед окончанием ее возможно появление состояния так называемого конечного порыва. В этом случае мобилизуются все дополнительные резервные силы организма, и работоспособность может резко повыситься. Длительность такого состояния зависит от характера и важности стимулирующих факторов (повышенного чувства ответственности, долга, моральных, материальных стимулов и др.).

Состояние утомления появляется, таким образом, с пятой фазы и зависит от ряда факторов: физических усилий, напряжения внимания, интенсивности работы, рабочего положения, монотонности в работе, состояния внешней среды и др. Основным фактором является физическая нагрузка, и чем она больше, тем раньше наступает утомление.

Степень утомления зависит также от характера работы. Утомление наступает быстрее при статической нагрузке. Появлению утомления способствуют также факторы, которые действуют не сами по себе, а в сочетании с основными. Их подразделяют на три группы:

– факторы микроклимата (температура, влажность среды, содержание углекислого газа и кислорода в воздухе и т. д.);

– факторы, связанные с использованием техники (загрязненность воздуха газами, шум, вибрация, освещение, неудобство рабочей позы и т. п.);

– факторы, связанные с нарушением режима труда и отдыха (недостаточность времени для восстановления сил при утомлении, неправильное использование перерывов в работе, чередование работы и отдыха и т. д.).

Специфический вид утомления возникает также при отсутствии деятельности и у работающих в режиме ожидания. Снижению общего уровня возбуждения II появлению быстрого утомления способствует монотонный труд. Неблагоприятным фактором является недостаточная двигательная активность (профессиональная гипокинезия), т. е. работа с малыми затратами усилий, в фиксированной позе, с однообразными движениями. Продолжительная гипокинезия не только снижает работоспособность, но и приводит к заболеваниям. Если недостаток такой работы не компенсируется в нерабочее время, то отрицательное влияние гипокинезии усиливается.

Ориентировочными критериями наличия профессиональной гипокинезии считаются следующие: затраты энергии на мышечную работу в среднем за смену не превышают 0,5–1 ккал/мин; 75 % рабочего времени трудовые действия выполняются только предплечьями и кистью рук при фиксированной позе сидя; труд монотонный, включает до 5–7 элементов действий и до 8–10 вариантов выбора решений.

Профессиональная гипокинезия ведет к снижению рабочего напряжения в течение смены и работоспособности. В целях борьбы с ней необходимо осуществлять конкретные мероприятия, направленные на улучшение функционального состояния организма человека. Эти мероприятия должны охватывать не только рабочее время, но и перерывы.

Работоспособность человека во многом зависит от структуры рабочего процесса. В связи с этим устанавливать единые критерии утомления для всех видов деятельности не следует. Их необходимо определять применительно к конкретным видам работы. В современных условиях в связи с повышенными требованиями к управлению и в целях обеспечения надежности работы оператора в системе ЧМС необходимо соблюдать общие требования инженерной психологии и проектировать надежность не только машины, но и работы человека, правильно распределять функции между ними.

При распределении функций между человеком и машиной эргономические требования устанавливаются с учетом возможностей человека или машины по выполнению конкретных операций, соответствия загрузки человека его возможностям, мотивации его деятельности в системе.

В зависимости от назначения системы «человек – машина» на человека могут быть возложены различные функции, в частности:

в системах обнаружения сигналов, наблюдения и обобщения информации – обнаружение, наблюдение, классификация сигналов с использованием тех признаков, которые не могут быть учтены автоматическими устройствами; обобщение информации, ее согласование с пропускной способностью каналов связи, возможностями и задачами потребителей и др.;

в командно-диспетчерских системах – ввод исходных данных, выдача команд на пуск системы, принятие решений в неясных ситуациях, прогнозирование обстановки при недостаточности информации, контроль результатов работы системы и др.;

в системах связи – выбор каналов и технических средств связи в зависимости от обстановки; классификация информации, ее передача и др.;

в технологических системах – контроль за выполнением технологических операций в автоматическом режиме; принятие решения о их переводе на ручное управление и др.

При распределении функций между человеком и машиной необходимо решить ряд вопросов: какие функции выполняются машинными звеньями и операторами; каким должно быть качество выполнения функции и как повлияет оно на выходные характеристики системы «человек – машина»; какое влияние будет иметь принятый вариант распределения функций на психическое и физиологическое состояние операторов, обеспечит ли он выполнение оператором установленных для него квалификационных требований.

Разнообразие решаемых оператором задач и условий окружающей среды обусловливает динамику психического состояния человека. Функциональное состояние оператора в значительной мере зависит от совокупности качеств личности: интереса к работе, темперамента, настойчивости и смелости, сообразительности, внимательности, способности переносить напряжения, скорости и точности реакции, эмоциональной устойчивости и др. Положительные эмоции препятствуют наступлению утомления, повышают работоспособность и являются основой творчества.

В экстремальных случаях и опасных ситуациях у человека возникает эмоциональное напряжение, т. е. состояние, при котором активизируются функции организма. В таких ситуациях человек мобилизуется, повышаются его бдительность и собранность, ускоряется процесс мышления, возрастает работоспособность и т. д. Однако эмоциональная стимуляция имеет предел, за которым (стрессовое состояние) нарушается психическое состояние и изменяется поведение человека.

Стресс (от англ. stress – давление, нажим, напряжение) – это крайняя форма психической напряженности человека, граничащая с нервно-эмоциональным срывом. Стрессовое состояние чаще всего появляется у людей, связанных с ответственной работой. Возникновение стресса зависит от субъективных особенностей человека, его психофизиологического склада. Повышенная напряженность приводит к общему возбуждению' человека, снижению устойчивости его физиологических функций, внимания, памяти, ответных реакций, что способствует появлению ошибок в действиях.

Для определенных профессий, сопряженных с возможностью возникновения стрессовых ситуаций, необходимо проводить профессиональный отбор и тренировки.

Работоспособность человека в значительной степени зависит от факторов рабочей среды. Чем больше они отклоняются от оптимальных, тем быстрее наступает утомление и снижается работоспособность.

Материальные факторы рабочей среды вызывают соответствующие физиологические реакции человека. Например, шум раздражает органы слуха, вызывает утомление человека, что может привести к функциональным изменениям в центральной нервной системе, системе кровообращения и т. д. Различные физические и химические факторы среды действуют одновременно, при этом их влияние на человека может взаимно усиливаться или ослабляться.

Все пути и способы, которые отдаляют наступление утомления, разделяют на специфические и неспецифические. К первой группе относятся подготовка оператора к профессиональной деятельности и рациональная организация рабочего процесса (организация рабочего места и разработка таких физиологических приемов и навыков, которые соответствуют физиологическим особенностям систем организма). В данном случае необходимо точно знать структуру рабочего процесса и разрабатывать рекомендации по организации конкретного вида труда. Неспецифические методы поддержания работоспособности связаны в основном не с особенностями труда, а с воспитанием и общей физической подготовкой человека.

В зависимости от вида труда необходимо применять такие оздоровительные меры, чтобы они снижали развивающиеся во время трудовой деятельности психофизиологические механизмы производственного утомления. Наиболее эффективными средствами уменьшения утомления во время работы являются те, которые нормализуют активную трудовую деятельность. Для поддержания высокого уровня работоспособности необходимо организовать ритмичную работу, исключив случайные перебои. Нарушение нормального ритма работы или появление простоев не отдаляют утомление, а, наоборот, могут его ускорить.

Одним из важных физиологических мероприятий по снятию утомления является правильный режим труда и отдыха. Чередование периодов работы и перерывов для отдыха должно быть обосновано физиологически и психологически.

При организации отдыха необходимо учитывать особенности восстановления функционального состояния после работы. Так, если к концу работы утомление было значительное, то в первый час отдыха состояние организма не изменяется. Восстановление происходит постепенно. При этом в первую очередь восстанавливается работа органов, обеспечивающих жизненно важные функции. Следовательно, организация отдыха должна определяться характером работы, а также условиями быта человека и его склонностями. Например, при сосредоточенной работе с повышенным вниманием рекомендуются короткие, но частые перерывы, так как длительные могут привести к потере ритма. Такие же перерывы необходимы и при длительном монотонном труде, однако в период повышенной работоспособности они должны быть более короткими, а после появления усталости – более продолжительными.

Правильная организация режима труда и отдыха, при котором физиологические функции человека нормализуются, является необходимым условием для снятия утомления и сохранения высокой работоспособности. Разработка такого режима должна вестись с учетом конкретных условий и характера работы.

В заключение покажем некоторые особенности функционального состояния и работоспособности человека, а также пути оптимизации системы ЧМС па примере одной из распространенных и сложных профессий – водителя автомобиля.

Работа водителя связана с недостаточной двигательной активностью, требует высокой координации движений, концентрации внимания, постоянной готовности к восприятию и оценке информации, немедленного принятия решения и его осуществления и т.д. Это обусловливает жесткие физиолого-гигиенические требования к условиям труда и отдыха, параметрам автомобиля и к среде движения.

Исследования А. И. Вайсмана показали, что период врабатывания у водителей длится 1,5– 2,5 ч. Изменения в состоянии организма появляются после 3–4 ч работы и принимают отчетливый характер через 7–8 ч вождения. За счет перестройки работы функций организма, т. е. за счет его мобилизации, работоспособность поддерживается в течение 10 ч, после чего у большинства водителей резко падает. Продолжительность этих периодов зависит от многих условий.

Для уменьшения физиологической нагрузки на организм водитель должен получать только необходимую информационную нагрузку. Система средств отображения информации многих автомобилей требует существенной доработки. Не менее важна оптимизация информационной нагрузки со стороны среды, формируемой в основном случайно. Недостаток информации приводит к состоянию монотонии, а избыток – к существенным физиологическим изменениям в организме водителя вплоть до эмоциональных стрессовых ситуаций. Частое повторение эмоциональных нагрузок связано с быстрой утомляемостью водителя и снижением работоспособности.

В физиолого-гигиенических требованиях к среде движения должно учитываться влияние на организм человека таких факторов, как цвет дорожного покрытия, его ровность, запыленность среды, окружающий ландшафт и др. Особое значение имеют гигиенические параметры кабины: температура, концентрация токсических веществ, уровень шума, вибрация и т. д. Следует иметь в виду, что все неблагоприятные факторы действуют на водителя в совокупности и часто усиливают отрицательное влияние друг друга. В связи с этим важнейшей задачей оптимизации системы «водитель – автомобиль – среда движения» является разработка физиолого-гигиенических требований как к среде движения, так и к автомобилю.