Физические качества, энерготраты и тяжесть труда оператора
На результаты выполнения управляющих действий оператора большое влияние оказывают его физические качества. Под ними понимаются такие качества человека, которые обусловливают возможность выполнения им физической (мускульной) работы. К основным физическим качествам оператора относятся сила, быстрота, выносливость, координация и точность движений, ловкость и гибкость [104].
Сила человека определяется его способностью преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий. Различают следующие разновидности силы: статическая, проявляющаяся при напряжении неподвижных мышц; динамическая, проявляющаяся при движениях; амортизационная, проявляющаяся при уступающих воздействию движениях; взрывная, характеризующая способность проявить силу большой величины за короткий промежуток времени.
Выносливость характеризует способность к длительному выполнению какой-либо деятельности без заметного снижения ее эффективности. Различают динамическую и статическую выносливость (см. главу X), а также общую и специальную выносливость. Общая выносливость определяется по отношению к продолжительной работе умеренной тяжести, включающей функционирование большей части мышечного аппарата. Специальная выносливость представляет выносливость по отношению к определенной деятельности.
Координация движений есть согласованность одновременно или последовательно выполняемых движений. Точность движений определяется степенью соответствия движений двигательной задаче. Различают три вида точности: по силе, пространственную и временную. Под гибкостью понимается способность выполнять движения с большой амплитудой.
Комплексным качеством двигательных способностей человека является ловкость. Она измеряется следующими показателями: координационной сложностью задания, точностью и временем ее выполнения, количеством функциональных двигательных единиц, вовлеченных в движение. Значение ловкости особенно велико при выполнении сложных непрерывных движений, оно существенно меньше при выполнении дискретных действий.
Управляющие действия определяют физический компонент деятельности оператора. В соответствии с основными положениями физиологии труда физическую работу можно разделить на два вида [44, 75]:
■ динамическую мышечную работу, при которой мышцы различных групп попеременно растягиваются и сокращаются, т. е. ритмично напрягаются и расслабляются;
■ статическую мышечную работу, при которой мышцы не движутся (например, когда человек держит груз на вытянутой руке или работает согнувшись, на корточках).
При статической работе напряжение в среднем в 5 раз превышает напряжение, вызываемое динамической работой. При статической работе требуется в 3 — 4 раза больше времени на восстановление затраченной энергии, чем при динамической работе. Статическая нагрузка, возникающая при манипулировании органами управления, не должна превышать 15% максимального усилия соответствующей конечности (руки или ноги) при данной рабочей позе оператора.
Физическая нагрузка во многом определяет энерготраты оператора (хотя следует сразу оговориться, что только ею не ограничиваются энергетические затраты организма). Поэтому в целом ряде случаев энергетический подход нередко используют для измерения тяжести работы. При этом тяжесть работы оценивают или по величине грузопереработки или по количеству расходуемой человеком энергии (калориметрический метод).
Первый способ основан на предположении, что между величиной мышечных усилий, требующих определенного количества энергии, и степенью утомления работающего существует пропорциональная зависимость. Поэтому в ряде случаев для классификации работ по тяжести пытаются использовать законы механики. За меру тяжести при этом принимается работа, совершаемая по перемещению груза на определенное расстояние, выраженная в килограммометрах или килоджоулях. Такой подсчет выполняемой человеком внешней механической работы не всегда дает точные результаты, поскольку процессы, протекающие в организме, очень сложны, и работа человека не может быть приравнена к работе механического устройства. Попытки учесть некоторые психофизиологические особенности человека (вес его тела, подъем и спуск с грузом или без него, повороты и наклоны корпуса тела, тягу, толкание груза и т. д.) принципиально положение дел не меняют, поскольку общий подход к определению энерготрат по прежнему остается чисто механистическим.
Другой способ (калориметрический) основан на том, что выполняемая человеком механическая работа сопровождается расходованием тепловой энергии, источником которой является потребляемая пища. Такой подход вытекает на основании рассмотрения условной модели энергетики организма. [3].
Рис. 14.7. Условная модель энергетики организма.
Энергетику организма условно можно представить в виде системы биохимических аккумуляторов энергии, получающих ее из общего энергетического резерва организма и питающих органы — потребители (рис. 14.7). Каждый аккумулятор обладает определенной энергоемкостью, поэтому утомление любого органа (мускулатуры руки или всего тела, органов чувств, мозга и центральной нервной системы и т. д.) можно представить как израсходование энергии в аккумуляторе, питающем этот орган. Время же отдыха можно представить как время зарядки аккумулятора.
С учетом сказанного, как следует из рис. 14.7, общие энерготраты организма можно представить как сумму двух составляющих
где Аакт — энерготраты на активную деятельность (нервно-мозговую и физическую), Асо — энерготраты на самообслуживание организма.
Из сказанного видно, что энерготраты на выполнение мышечной работы составляют лишь часть общих энерготрат. Поэтому оценка тяжести труда лишь путем оценки величины внешней механической работы, выполняемой человеком, является очень упрощенной и неточной. Такая оценка нужна лишь для установления нижней и верхней границ физической нагрузки человека: известно, что как чрезмерно низкая физическая нагрузка (гиподинамия), так и чрезмерно высокая отрицательно сказываются на физическом состоянии и работоспособности человека.
Более точную оценку энерготрат организма дает применение калориметрического метода. Различают методы прямой и непрямой калориметрии. В первом случае оценка ведется по количеству выделенного человеком тепла, которое можно измерить с помощью специальных калориметров, представляющих собой теплоизолированные помещения (калориметрические камеры), улавливающие отдаваемое организмом тепло. Точность такого метода весьма высока, однако его применение возможно только в лабораторных условиях.
Поэтому на практике используют методы непрямой калориметрии. Они основаны на анализе выдыхаемого воздуха с последующим расчетом дыхательного коэффициента (отношение объема выделившегося углекислого газа к объему поглощенного кислорода). Для сбора выдыхаемого воздуха используется мешок Дугласа, а для определения энерготрат — газовый счетчик и газоанализатор выдыхаемого воздуха. Анализ проводится с учетом температуры воздуха и барометрического давления.
Энергетический расход для мужчин при условии, что в работе участвуют большая часть мышц приведен в табл. 14.10 [207]. Для женщин эти величины следует брать примерно на 20% ниже. Как следует из табл. 14.10 верхняя граница физической мощности составляет 8300 кДж израсходованной рабочей энергии за смену. Средний энергетический расход за смену у мужчин при шестидневной рабочей неделе не должен превышать 6650 кДж (у женщин — 4150 кДж). Чистый энергетический расход за неделю у мужчин не должен превышать 33000 кДж в оптимальных микроклиматических условиях. Максимальный энергетический расход за сутки, включая основной обмен и расход энергии в нерабочее время, не должен превышать 20000 кДж.
Таблица 14.10
Энергетический расход для мужчин
при различных видах нагрузки
Нагрузка | Чистый расход, кДж | Потребление кислоро да, л/мин | Частота пульса, ударов в 1 минуту | Примеры | |
за смену | в минуту | ||||
Очень легкая | <1250 | <6 | 0,5 | 70—80 | Канцелярская работа сидя |
Легкая | 1250—2500 | 6—12 | 0,5—1,0 | 80—90 | Работа преимущественно сидя |
Умеренная | 2500—4150 | 0,5—1,0 | 90—100 | Переноска легких предметов | |
Средняя | 4150—6250 | 20—33 | 1,0—1,5 | 100—125 | Большая часть работ, выполняемых на производстве, переноска грузов массой 15 кг |
Тяжелая | 6250—«300 | 33—45 | 1,5—2,0 | 125—150 | Переноска грузов массой более 30 кг |
В зависимости от величины энергетического расхода различают несколько категорий тяжести работ (табл. 14.10). Среднетяжелую работу, когда энергетический расход за смену составляет 6250 кДж (или 33 кДж в минуту), здоровый человек может выполнять в течение долгого времени. Очень тяжелую работу, когда энергетический расход за смену составляет 10500 кДж (или 46 кДж в минуту), может выполнять лишь здоровый человек в возрасте от 20 до 30 лет в течение короткого времени.
Многие виды работ связаны с передвижением (ходьбой), подъемом и перемещением груза. Это также влияет на энерготраты оператора. Основные рекомендации по выполнению таких работ сводятся к следующему [207]. При рабочем усилии приблизительно до 50 Н (до 5 кг) рекомендуется положение сидя. При усилии от 50 до 100 Н положение тела не влияет на эффективность труда. При усилии более 100 Н работу в положении сидя выполнять не следует. При подъеме груза массой 20 — 25 кг работа мышц наиболее эффективна. Подъем с земли грузов до 10 кг не является эффективным ввиду необходимой затраты сил на подъем тела. Наиболее экономичной высотой для подъема грузов является высота от 50 до 100 см над уровнем пола. Процессы подъема грузов необходимо механизировать во всех случаях, когда работнику приходится поднимать груз массой более 10 кг с пола на высоту выше головы, массой более 20 кг — до уровня плеча, массой более 30 кг — по пояса, более 40 кг — до колена, а также когда масса груза при доставке достигает 40% массы человека. Более подробные рекомендации по выполнению работ, связанных с подъемом и перемещением груза, можно найти в [7].
При организации работ, связанных с передвижением, следует учитывать следующее. Средняя частота шагов при естественной ходьбе взрослых мужчин составляет 1,8 Гц, при ходьбе женщин — 1,9 Гц, варьируя в довольно широких пределах от 40 до 180 шагов в минуту. Конструкции для пешего передвижения, например пешеходные мосты, должны иметь полосу собственных частот, выходящую за пределы основных гармоник спектра опорной реакции при ходьбе. В противном случае может возникнуть опасность резонанса.
Довольно большой физической нагрузкой для человека является подъем по лестнице: при нормальной скорости передвижения энерготраты могут достигать 63 кДж/мин, что равно энерготратам при ходьбе по ровной поверхности со скоростью 3 км/час с заплечным грузом до 10 кг. Поэтому желательно, чтобы конструкции лестниц были оптимальными. Оптимальные размеры ступеней определяются на основе двух групп требований: во-первых, соответствия размеров ступеней размерам тела и кинематике и, во-вторых, минимального уровня энерготрат при подъеме по лестнице. Лестницы, удовлетворяющие этим требованиям, являются в то же время наиболее безопасными. Рекомендации по выполнению этих требований приведены в [7]. Одна из них сводится к выполнению условия
где а — высота; b — ширина ступеней.
При организации работ, связанных с передвижением, следует учитывать также фрикционные свойства обуви и опорной поверхности, осуществлять мероприятия по демпфированию ударных нагрузок, учитывать биомеханические свойства обуви [7].
Энергетический подход к изменению тяжести труда и оптимизации трудовой деятельности человека довольно широко применяется на практике. Например, плодотворные попытки использования такого подхода для оптимизации конструкторских решений по организации рабочего места оператора, улучшения качества управления машиной, распределения функций между человеком и машиной в СЧМ предприняты Н.В. Адамовичем [3].
Однако измерение лишь одних энергетических затрат человека во многих случаях недостаточно для оценки тяжести его труда. Возможны ошибки, когда работу в неблагоприятных условиях относят к числу легких и наоборот. Например, в условиях конвейерного производства рабочие могут затрачивать небольшое количество энергии. Однако, как показывают физиологические исследования, утомляемость при этом может быть весьма большой за счет высокого нервно-психического напряжения.
Известны случаи, когда у операторов прокатных станов, работающих в условиях большой информационной нагрузки и неблагоприятных санитарно-гигиенических условий труда, очень быстро возникают отрицательные сдвиги в функциональном состоянии. Сходные же явления обнаружены у аппаратчиков высокоавтоматизированного химического производи ства, работающих в условиях сенсорного «голода» при благоприятных условиях труда. Оба примера показывают, что противоположные воздействия вызывают у операторов один и тот же результат — глубокое утомление и ухудшение функционального состояния организма [75].
Эти примеры лишний раз показывают, что только по величине энергетической или информационной нагрузки не всегда можно судить о тяжести и напряженности труда. При этом следует отметить, что зачастую понятие тяжести работы отождествляется на трудовую деятельность с преобладанием нагрузки на мышечную систему. А труд с преимущественным напряжением нервной системы обычно характеризуют понятием напряженности работы. Однако такое разделение является довольно условным, поскольку в трудовой деятельности компоненты физической и умственной нагрузки неотделимы друг от друга. Это объясняется тем, что трудовая деятельность человека всегда совершается при участии сознания, а утомление всегда состоит в функциональных изменениях в деятельности центральной нервной системы. При таком подходе степень нагрузки организма определяют единым понятием — тяжесть труда, понимая под ней как физическую тяжесть, так и нервно-психическую напряженность [110].
В этом случае для оценки тяжести труда измерению подвергаются факторы условий труда, а не энергетические затраты организма. При этом исходят из того, что именно факторы условий труда при их определенном значении являются причиной тех функциональных изменений в организме, которые в конечном счете характеризуют тяжесть труда. Отсюда вытекает стремление дать количественную оценку этим факторам, не исследуя сами реакции организма на их воздействие. Согласно такому подходу, о тяжести работы судят по сумме отклонений условий труда от нормальных, выраженных в баллах. Подобный подход к решению данной проблемы является попыткой найти критерии для аналитической оценки тяжести работы.
Как физиологическое понятие тяжесть труда учитывает степень комплексного воздействия всех факторов, составляющих условия труда (санитарно-гигиенических, психофизиологических, социально-психологических, эстетических и др.), на работоспособность человека, его состояние и здоровье. Физиологическое понятие тяжести труда одинаково применительно как к физическому, так и к умственному труду, в том числе и к тем работам, которые выполняются во вредных или опасных условиях, а также в условиях высокой ответственности за выполняемые действия. Более подробно подход к комплексной количественной оценке условий труда рассматриваются в главе XIX. При таком подходе энерготраты организма или величина выполняемой человеком физической работы учитываются (наравне с другими) лишь как один из факторов, характеризующих условия труда. При этом следует иметь в виду, что чрезмерно малая физическая нагрузка (менее 2000 кДж за смену) является отрицательным фактором [160]. Поэтому при проектировании трудовых процессов и организации труда оператора следует предусмотреть специальные меры, обеспечивающие его физическую нагрузку, не меньшую минимально допустимого уровня.
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 494;