Антропометрические характеристики человека

Антропометрические характеристики определяются размерами тела человека и его отдельных частей и используются для проектирования наиболее рациональных, а значит и безопасных условий труда, так как они позволяют рассчитывать пространственную организацию рабочего места, устанавливать зоны досягаемости и видимости, размеры конструктивных, параметров рабочего места и приспособлений (высота, ширина, длина, глубина и т.п.).

Антропометрические характеристики (АХ) делятсяна динамические и статические. Их состав показан на рис.

 

Рис. 9. Классификация антропометрических характеристик.

 

Динамические характеристики используются для определения объема рабочих движений, зон досягаемости (табл. 15, рис, 10) и видимости, по ним рассчитывают пространственную организацию рабочего места.

Статические АХ могут быть линейными и дуговыми. 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 др.). Последние две группы линейных АХ иначе называются диаметрами.

Минимальные и максимальные значения антропометрических характеристик используются с учетом характера выполняемой рабочей операции или выбора параметра приспособления; в тех случаях, когда оператор что-то должен доставать, до чего-то дотянуться, выбирают минимальные значения, а при определении размеров сиденья, высоты ниши для ног и т.п. - максимальные.

 

Рис. 10. Зоны досягаемости рук человека в вертикальной плоскости: 1 - 8 номера зон досягаемости человека

Таблица 15 Размеры зоны досягаемости человека, мм

Номер позиции	В вертикальной плоскости		В горизонтальной плоскости
на рисунке	для женщин	для мужчин	для женщин	для мужчин
1	1400	1550	1370	1550
2	1100	1350	1100	1350
3	730	800	660	720
4	430	500	200	240
5	630	700	200	240
6	1260	1400	300	335
7	680	770	480	550
8	720	800	---	---

Вместе с тем, поза "стоя" требует больших энергетических затрат и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Поэтому в этой позе быстрее наступает утомление.

 

 

Рис. 36. Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой (а и б) и неустойчивой (в и г) позах; а, в - стоя; б, г - сидя.

Рабочая поза "сидя" имеет целый ряд преимуществ: резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела, значительно сокращаются энергетические затраты организма для поддержания такой позы, вследствие этого она является менее утомительной.

Рабочая поза выбрана правильно, если проекция общего центра тяжести лежит в пределах площади опоры.

Если в процессе работы действует небольшая группа мышц, то предпочтительнее поза "сидя"; при работе большой группы мышц -поза "стоя".

Всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за границы площади опоры, будет вызывать значительные мышечные усилия, т.е. статические напряжения (рис. 36, в и г). Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, профзаболевания (искривление позвоночника, расширение вен, плоскостопие) и травматизм. При проек­тировании рабочего места необходимо учитывать следующее: если при прямой позе "сидя" мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе "стоя" мышечная работа составляет 1,6; при наклонной позе сидя - 4, а при наклонной позе стоя - 10. Статичная поза утомительнее, нежели динамическая.

В строительном производстве наряду с этими двумя основными видами рабочих поз приходится применять другие всевозможные их разновидности, отдельные из которых являются опасными, неудобными и непроизводительными. Такие неудобные рабочие позы чаще всего применяются работающими вынужденно, так как несвоевременно осуществляется подготовка объекта к возведению в части изготовления и обеспечения объекта средствами подмащивания, закладываемыми в проект производства работ (ППР).

Наиболее важными моментами, определяющими выбор рабочей позы являются: а) применяемое усилие в процессе работы; б) степень подвижности рабочего, обусловленная характером и конкретным содержанием технологического процесса: в) величина рабочей зоны и соотношение между антропометрическими характеристиками человека и пространственной организацией рабочих мест.

В тех случаях, когда в процессе работы происходит смена поз, учитывают следующие требования: сохранять одинаковое положение рабочего по отношению к рабочей поверхности как при работе стоя, так и при работе сидя; создавать необходимые условия свободного перехода от одной позы к другой и прежде всего за счет выбора наиболее рациональных геометрических размеров рабочей поверхности средств подмащивания.

Часть пространства рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, может быть разделена на рабочие зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна только при условии, если рабочая зона сконструирована правильно.

Правильное конструирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. учитывая динамические антропометрические характеристики), а движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором. На рис. представлены структурные схемы рабочих зон: а - при позе "сидя" в горизонтальной плоскости; б - при позе "стоя" в вертикальной плоскости.

При производственном процессе для позы "сидя" (так же, как и для позы "стоя") каждая зона может быть оценена следующим образом.

Зона 1 является самой благоприятной, поскольку она наиболее применима для точных и мелких сборочных работ, так как в ней работают обе руки и хорошо осуществляется зрительный контроль. В случае оперативной работы в этой зоне следует разместить органы управления и индикаторы, которыми оператору придется пользоваться наиболее часто, интенсивно и быстро.

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 часто берет правой (левой) рукой, или органы управления, зрительный контроль за которыми не требуется постоянно.

           

Рис. Структурная схема рабочих зон

           

Зона 4 (запасная) - труднодоступная зона; в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 2 и 3.

Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки; здесь можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка (например, измерительные инструменты), или органы управления, которыми пользуются "не глядя".

В соответствии в рабочими зонами и антропометрическими данными проектируются рабочие места в любом производственном процессе и любые машины и механизмы, обслуживаемые человеком.

Органы управления могут быть ручными и ножными. Предпочтительнее управление ручное, причем выгоднее использовать регуляторы, которые приводятся в движение рукой к себе или от себя. Следует иметь в виду, что движения руки к себе более быстрые, но менее точные, тогда как от себя - более точные, но менее быстрые.

Если органы управления не требуют усилий, то оператор "не чувствует" рукоятки и действует очень неточно. Для предотвращения дрожания руки и повышения точности движений требуется определенный момент сопротивления рукоятки в пределах 3 - 16,7 Нм. Для ножных педалей при полном их нажатии момент сопротивления должен составлять от 20 до 80 Нм.

Ножные органы управления используют тогда, когда требуются большие усилия и небольшая точность: включение - выключение, грубая регулировка напряжения или тока и т.п.

При ручном управлении максимальные усилия могут быть приложены к рычагам, которые захватываются стоящим оператором на уровне плеча, а сидящим -на уровне локтя (рис.), поэтому органы управления, которые используются наиболее часто, следует располагать на высоте между локтем и плечом.

В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия, так как отсутствие их (что может быть, например, при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к биомеханической перегрузке.

 

Рис. 38. Зона размещения органов управления: а - поза стоя; 6 - поза сидя

Форма и размеры органов управления должны быть согласованы с размерами и биомеханическими особенностями руки оператора. Чтобы исключить биомеханическую перегруженность следует придерживаться соответствия управляющего воздействия на оборудование биомеханическим возможностям человека. Ниже приведены показатели силы (в Н) различных мышечных групп для мужчин (в числителе) и женщин (в знаменателе). Кисть (сжатие динамометра):

Кисть (сжатие динамометра):

       правая рука                                             38.6/22.5

       левая рука                                                36.2/20.4

Бицепс:

       правая рука                                             27.9/13.6

       левая рука                                                26.8/13.0

Кисть (сгибание):

       правая рука                                             27.9/21.7

       левая рука                                                26.6/20.7

Кисть (разгибание):

       правая рука                                             11.9/9.0

       левая рука                                                10.9/8.3

Стан (мышцы, выпрямляющие

согнутое туловище)                                           123.1/71.0

Машинный компонент СЧМ в плане влияния на человека-оператора из-за проявления вредных факторов разделяется на два направления: 1) факторы, образующиеся при работе оборудования; 2) условия окружающей среды.

Эргономические основы безопасности при взаимодействии человека с техническими системами.

Безопасность жизнедеятельности - комплексная дисциплина, опирающаяся на данные смежных наук. Одной из таких наук является эргономика.

Эргономика изучает функциональные возможности человека в процессе деятельности с целью создания таких условий, которые делают деятельность эффективной и обеспечивают комфорт для человека. Другими словами, речь идет об определенных совместимостях характеристик человека, техники и производственной среды.

При этом решаются определенные задачи безопасности и в этом случае эргономика выступает как средство решения. Однако не следует отождествлять эти области знаний. Эргономика стремиться приспособить технику к человеку. Но это не всегда разрешимая задача. Безопасность рассматривает и проблемы приспособления человека к технике.

Выделяют пять видов совместимостей, обеспечение которых гарантирует успешное функционирование системы: информационная, биофизическая, энергетическая, пространственно - антропометрическая и технико-эстетическая.

1. Информационная совместимость. В сложных системах оператор обычно непосредственно не управляет технологическими процессами. Зачастую он удален от места их выполнения на значительные расстояния. Объекты управления могут быть невидимы, неосязаемы, неслышимы. Оператор видит показания приборов, экранов мнемосхем, слышит сигналы, свидетельствующие о ходе процесса. Все эти устройства называют средствами отображения информации (СОИ). При необходимости оператор пользуется рычагами, ручками, кнопками, выключателями и другими органами управления, в совокупности образующими сенсомоторное поле. СОИ и сенсомоторные устройства - так называемая информационная модель машины (комплекса). Через нее оператор и осуществляет управление самыми сложными системами. Задача эргономики состоит в том, чтобы обеспечить создание такой информационной модели, которая отражала бы все нужные характеристики машины в данный момент и в тоже время позволяла оператору безошибочно принимать и перерабатывать информацию не перегружая его внимание и память. Эта задача очень сложная. От ее решения зависят безопасность, точность, качество, производительность труда оператора. Иначе говоря, информационная модель должна соответствовать психофизиологическим возможностям человека. В этом и заключается требование информационной совместимости.

2. Биофизическая совместимость. Подразумевает создание такой окружающей среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физиологическое состояние оператора. Эта задача стыкуется с требованиями безопасности труда. Предельные значения для многих факторов окружающей среды установлены законодательством, но они не всегда увязаны с функциональными задачами оператора. Поэтому при разработке машин или технологических процессов появляется необходимость специального исследования параметров шума, вибрации, освещенности, воздушной среды и т.д.

3. Энергетическая несовместимость. Предусматривает согласование органов управления машиной с оптимальными возможностями оператора в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений. Силовые и энергетические параметры человека имеют определенные границы. Для приведения в действие сенсомоторных устройств (рычагов, кнопок, переключателей и т.п.) могут потребоваться очень большие или чрезвычайно малые усилия. И то и другое плохо. В первом случае человек будет уставать, что может привести к нежелательным последствиям в управляемой системе. Во втором случае возможно снижение точности работы системы, т.к. оператор не почувствует сопротивления рычагов.

4. Пространственно- антропометрическая совместимость. Предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положение оператора в процессе работы. При решении этой задачи определяют объем рабочего места, зоны досягаемости для конечностей оператора до приборного пульта и др. Некоторая сложность в обеспечении этой совместимости заключается в том, что антропометрические данные у всех людей разные.

5. Технико-эстетическая совместимость. Заключается в обеспечении удовлетворенности человека от общения с машиной, от процесса труда. Всем знакомо положительное ощущение при пользовании изящно выполненным прибором или устройством. Для решения многочисленных и чрезвычайно важных технико-эстетических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.