1 Лекция 1. Вводная
1.1 Объект, предмет и предпосылки возникновения эргономики
Термин "эргономика" в переводе с греческого означает "закон работы". Польский биолог Войтех Ястшембовский, впервые предложивший его в 1857 году, имел ввиду науку о труде, основанную на закономерностях науки о природе.
Эргономика – это наука, комплексно изучающая трудовую деятельность человека в системе "человек-техника-среда" (СЧТС), с целью обеспечения её эффективности, безопасности и комфорта, повышения за счет этого производительности человека, сохранения его здоровья и работоспособности.
Объектом исследования эргономики является система "человек-техникасреда", а предметом – трудовая деятельность человека. Область применения эргономики довольно широка: она охватывает организацию рабочих мест, как производственных, так и бытовых, а также промышленный дизайн.
Предпосылками возникновения и развития эргономики послужили проблемы, связанные с внедрением и эксплуатацией новой техники и технологии. Изменения условий трудовой деятельности, за которыми не поспевает биологическая перестройка организма человека, обуславливают возникновение целого ряда негативных явлений. Работая на пределе психофизиологических возможностей и в неблагоприятной производственной среде, человек допускает ошибки, цена которых в современном производстве резко возросла. В большинстве случаев действия человека оказываются неправильными не из-за низкой его квалификации, а по причине несоответствия конструктивных особенностей техники возможностям человека. И как бы не была совершенна техника, ее эффективное и безопасное применение в конечном итоге зависит от того, насколько полно согласованы конструктивные параметры с оптимальными условиями работы человека, с его психофизиологическими возможностями.
Высказывания врача: «Любопытно, что к эргономике я пришел сам. В процессе работы с пациентами, я постоянно задавался вопросами: "Откуда "взялось" это заболевание? Можно ли предупредить рецидив?" И, как говорится, "тропинка" привела меня на рабочее место моих пациентов. В большинстве случаев это был офис, иногда – производство, у кого-то – сфера обслуживания, некоторые проводят много времени за рулём. И практически всегда, в результате "разбора полётов" с пациентом, удавалось выяснить, в чём заключаются травмирующие факторы на рабочем месте и как их избежать. (Вариант "не работать" – не в счёт). Потом я стал изучать эргономику, всё больше убеждаясь в том, что эта наука строится на знании биомеханики и постурологии, т.е. законов движения и баланса человеческого организма, распределения нагрузок в теле человека».
Собственно эргономика возникла несколько десятилетий тому назад, однако можно считать, что ее истоки восходят к временам первобытного общества, которое научилось сознательно изготовлять орудия труда, придавая им удобную для определенной работы форму и расширяя тем самым возможности человеческих органов. Уже со времени второй межледниковой эпохи, как показывают археологические находки, критериями оценки вносимых изменений в орудия труда с целью их улучшения служили удобство применения и соразмерность с естественными органами человека. В доисторические времена, удобство и точное соответствие орудий труда потребностям человека были вопросом жизни и смерти, так как если он изготовил плохое оружие и не мог достаточно эффективно его применять, на свете очень скоро становилось одним плохим конструктором меньше. Американский ученый Дж. М. Кристенсен также относит предпосылки возникновения профессии эргономиста ко временам первобытного человека, чем законно могут гордиться, специалисты в области эргономики. "Специально отобранные камни, простейшие орудия и посуда явились результатом специфических осознанных реакций на взаимодействия между человеком и средой… Разница между первобытной эпохой и нашим временем заключается главным образом в степени сложности. Эта сложность, – подчеркивает ученый, – является основанием для существования эргономики".
Не только искусные ремесленники отдаленных времен, но и многие инженеры-конструкторы наших дней интуитивно и в меру полученного практическим путем знания законов психофизиологии проектируют машины, удобные в эксплуатации и легко управляемые. Так, рулевое управление первых несовершенных в конструктивном отношении летательных аппаратов соответствовало логике движений пилота и гарантировало от ошибок в критических ситуациях. Чтобы набрать высоту, летчик тянул ручку "на себя", а при посадке "отдавал ручку от себя". Однако на современном этапе научнотехнического прогресса многие вопросы взаимодействия человека и техники уже невозможно решать только на основе здравого смысла, опыта и интуиции.
Первые шаги в научном изучении трудовой деятельности обычно связывают с именем американского инженера Ф. Тейлора, который проводит экспериментальные исследования простого машинного труда, результаты которых используются при его рационализации. В рамках системы Ф. Тейлора зарождается и практически реализуется в капиталистическом производстве концепция "инженерного проектирования" методов работы. Однако она не оградила систему Ф. Тейлора от проблемы борьбы с утомлением, которую капиталистическая система организации труда обостряла до предела. В конце XIX и начале XX века в Германии, Англии, США и других странах организуются специальные гигиенические и физиологические лаборатории, кафедры и институты, сотрудники которых изучают влияние на организм человека трудовых процессов и окружающей его производственной среды.
Первая мировая война и связанное с ней быстрое развитие военной промышленности привели к тому, что в результате интенсификации труда и удлинения рабочего дня до 13 – 14 часов, перенапряжение рабочих и быстро развивающееся утомление достигли крайних пределов. С утомлением было связано резкое увеличение количества травм на производстве. Положение было настолько серьезным, что вынудило образовать в Англии в 1915 г. Комитет по изучению здоровья рабочих, занятых в военной промышленности. С этим Комитетом, в состав которого входило несколько лиц со специальной подготовкой в области физиологии и психологии, связывают в Англии первое организационное вторжение специалистов этого профиля в промышленность. После войны Комитет был преобразован в Совет по изучению здоровья промышленных рабочих, исследования для которого проводили физиологи, психологи, врачи и инженеры. Эти специалисты, во многих случаях работавшие совместно, проявили интерес к широкому кругу проблем, начиная с изучения рабочей позы и заканчивая использованием функциональной музыки на производстве.
Технический прогресс и развитие производства поставили на повестку дня проблему профессионального отбора, т. е. выбора лиц, от которых можно ожидать с наибольшей вероятностью успешного выполнения определенной работы. Попытки в этом отношении с применением совершенно произвольных приемов предпринимал Ф. Тейлор. Одни из первых работ по определению профессиональной пригодности выполнил накануне первой мировой войны Г. Мюнстерберг.
В годы второй мировой войны был дан мощный толчок междисциплинарным исследованиям, направленным на выявление оптимальных условий деятельности человека, а также его предельных возможностей. Произошло это потому, что сложная военная техника, поступавшая на вооружение армий, зачастую не могла эффективно использоваться, так как предъявляла к обслуживающему персоналу требования, которые превосходили психофизиологические возможности человека. Поэтому стало необходимым приспособить "работу к человеку", т. е. проектировать такое оборудование, в котором были бы учтены границы человеческих способностей. Для этой цели большое число академических специалистов, занимающихся проблемами, связанными с человеком, – анатомов, физиологов, психологов – пригласили покинуть свои лаборатории и работать вместе с инженерами.
Термин "эргономика" (греч. ergon – работа+nomos – закон) был принят в Англии в 1949 г., когда группа английских ученых положила начало организации Эргономического исследовательского общества. О. Едхолм и К. Маррелл подчеркивают, "что это было объединение людей, работающих в сфере научных исследований. Вопрос о создании прикладной науки эргономики в это время не рассматривался". Инициаторы создания общества, среди которых называют К. Маррелла, О. Едхолма, П. Рэндла, У. Флойда, У. Хика и других, были единодушны в том, что объединение ученых смежных научных дисциплин для совместной работы по решению общих проблем позволяет добиваться лучших результатов, которые в принципе не могут быть получены в рамках какой-либо одной из этих дисциплин. Общество росло в него привлекались специалисты из различных стран. В 1961 году создана Международная эргономическая ассоциация, которая объединяет представителей разных стран (свыше 30). В Англии издается с 1957 года журнал "Эгономик", ставший официальным органом Международной эргономической ассоциации.
В 1965 г. К. Маррелл издает фундаментальный труд "Эргономика". "Эргономика", – по определению К. Маррелла, – это научные исследования взаимодействия человека и рабочей среды". Он поясняет, что имеется в виду не только непосредственное окружение, в котором работает человек, но также станки и материалы, методы и организация работы. В это время в ФРГ развивается аналогичная наука под названием "антропотехника".
В США наука развивалась также особенно во время и после Второй мировой войны. В 1957 г. образовано Общество инженерных психологов как отдельное подразделение Американской психологической ассоциации. Термин "человеческие факторы" возник в результате буквального перевода и сокращения американского выражения "техника человеческих факторов" (human factors engineering) и получил распространение главным образом в США, где он обозначает область знания и новую профессию, которую в Европе определяют термином "эргономика". Уже к 1970 г. подготовку кадров в области человеческих факторов США на уровне бакалавра, магистра и доктора наук осуществляли соответственно 20, 43 и 42 университета. Одновременно с расширением подготовки кадров в США издаются работы по теоретическим проблемам и методам исследования человеческих факторов, а также руководства для инженеров, дизайнеров, архитекторов и других специалистов. В 1921 году японский ученый К.Таканака издал книгу "Человеческая инженерия" и тем самым впервые ввел в Японии этот термин. В этом же году создан частный институт по изучению труда – в настоящее время указанный институт является государственной организацией и называется Научноисследовательский институт труда. Затем еще один мощный толчок эргономика получила, как и в других странах, во время второй мировой войны. Уже в 1970 году было издано 10 учебников по эргономике, для студентов технических отделений университетов были введены курсы в объеме 40-60 учебных часов (для сравнения у вас 34/17). В последующие после войны годы Япония заметно обогнала другие страны в развитии эргономики. Создавая совершенную во всех отношениях технику японцы уже давным-давно задумались как приспособить её наилучшим образом под потребности человека. Без учета эргономических требований эта страна не заняла бы одно из ведущих мест в мире по производству промышленного радиоэлектронного оборудования, бытовых электронных приборов, роботов и гибких производственных систем, легковых и грузовых автомобилей.
Изучение эргономики в России является делом новым для нашей высшей школы, в этом отношении она отстает от промышленно развитых стран. На одной международной конференции был задан вопрос: "Смогут ли русские догнать американцев в развитии эргономики?" Последовал ответ: "Этого не произойдет, так как русские бесконечно будут обсуждать определение эргономики как науки, и пока не придут к бесспорной формулировке, ничего не будут делать для её развития". По мнению западных коллег эта одна из причин более позднего развития эргономики в России.
В 1959 г. в Ленинградском университете им. А. А. Жданова была организована первая университетская лаборатория инженерной психологии, а в 1966 г. создана кафедра инженерной психологии и эргономики. В 1962 г. во Всесоюзном научно-исследовательском институте технической эстетики создается первый в Советском Союзе отдел эргономики. В 1963 г. вышла книга Б. Ф. Ломова "Человек и техника", а в 1964 г. под редакцией А. Н. Леонтьева, В. П. Зинченко и Д. Ю. Панова издана коллективная монография "Инженерная психология". Эти работы сыграли важную роль в систематизации и анализе накопленного инженерной психологией и эргономикой экспериментального материала. Координацию работ в области эргономики осуществлял Всесоюзный научно-исследовательский институт технической эстетики (ВНИИТЭ) в Москве, который имел десять филиалов в столицах союзных республик и крупных городах Советского Союза.
С каждым годом увеличивается число специалистов в области эргономики, работающих непосредственно на промышленных предприятиях. Их усилия направлены прежде всего на модернизацию существующей техники и улучшение условий труда. Эргономика занимается проблемой нахождения взаимодействия между человеком или группой людей, технической системой и окружающей средой. При нахождении этого взаимодействия наука эргономика столкнулась со следующими проблемами.
Первой проблемой эргономики является недостаточная эффективность системы, которая часто оказывается ниже расчетной, ожидаемой. Это связано со многими причинами, например с несогласованностью параметров оборудования и возможностей человека работать в условиях дефицита времени и информации, мощного воздействия вредных факторов.
Второй проблемой СЧТС является феномен роста травматизма людей, взаимодействующих с техническими системами. Число людей, ежегодно страдающих в мире от технических устройств, составляет более 10 млн. человек, причем около полумиллиона из них погибает. Анализ причин травматизма показывает, что он часто обусловлен ошибочными действиями людей, связанными с недостатками в конструкциях техники, органов управления машин и механизмов.
Третья проблема трудовой деятельности человека в СЧТС связана с высокой текучестью кадров, которая является результатом неудовлетворенности работника своим трудом, тем, как спроектирован технологический процесс, как организовано его использование. В настоящее время эргономисты отмечают усиливающуюся тенденцию к отказу рабочих от тяжелой, опасной, грязной работы. Более половины работающих в СЧТС ориентированы на творческие моменты в труде.
Четвертая проблема современных СЧТС связана с ростом числа нервнопсихических заболеваний, так называемым "индустриальным стрессом". В современных условиях увеличилось воздействие на центральную нервную систему (ЦНС) на производстве, в быту, на отдыхе факторов, часто имеющих стрессовый характер. Значительная часть заболеваний обусловлена темпами и особенностями организации современного производства.
1.2 Основные цели и задачи эргономики
Первой и главной целью эргономики является повышение эффективности СЧТС, под которой понимается способность СЧТС достигать поставленной цели в заданных условиях и с определенным качеством.
Эффективность может быть определена по формуле:
где Э – эффективность системы;
П – производительность в единицах продукта системы;
К – качество продукта;
З – материальные, временные, энергетические, психические затраты.
Эффективность СЧТС невозможна без высокой работоспособности и надежности человека-оператора, за обеспечение которых несет ответственность эргономист. Работоспособность – это свойство человека, определяемое состоянием физиологических и психических функций, и характеризующее его способность выполнять определенную деятельность с требуемым качеством и в течение определенного интервала времени.
Надежность – это свойство, характеризующее способность человека безотказно выполнять деятельность в течение определенного интервала времени при заданных условиях.
Например, использование ЭВМ значительно увеличивает эффективность трудовой деятельности, но может в резко повысить психофизические затраты работника в случае пренебрежения эргономическим анализом и проектированием рабочего места оператора, параметров дисплея. Известно, что уже через 15 мин работы на видеотерминале у человека наблюдается расстройство цветового зрения, появляются признаки утомления глаз. Повысить эффективность труда оператора видеотерминала можно путем изменения соотношения яркости экрана и окружающего пространства от 3:1 до 5:1, увеличения минимальных размеров знаков на экране до 3,1 – 4,2 мм, снижение силы удара по клавише до 25 – 150 г, уменьшения длины пробега клавиши до 1 – 4 мм и т.д.
Безопасность труда является второй целью эргономики. К системе техники безопасности относятся службы техник безопасности и производственной санитарии во всех отраслях народного хозяйства. Надзор и контроль за соблюдением правил по охране труда осуществляют специально уполномоченные государственные органы: Гостехнадзор, Госэнергонадзор, Госпожарнадзор и др. Деятельность человека-оператора стала столь сложна, что во многих случаях действия его являются опасными из-за невозможности их правильного и своевременного выполнения, из-за того, что при проектировании устройств не учитывается человеческий фактор.
Третьей целью эргономики является обеспечение условий для развития личности трудящегося в процессе труда. Основным путем её достижения служит постепенное органическое соединение физического и умственного труда в производственной деятельности.
Рассмотренные выше цели эргономики определяют ее задачи.
Первая задача. Разработка теоретических основ проектирования деятельности человека с учетом специфики эксплуатации им технических систем и окружающей среды. В результате не человек рассматривается как простое звено, включенное в техническую систему, а машина – как звено, включенное в деятельность человека.
Вторая задача. Исследование закономерностей взаимодействия человека с техническими системами и окружающей средой, определяющих качество деятельности. Разработка различных методов исследования и проектирования СЧТС для обеспечения эффективной, безопасной и комфортной деятельности и удовлетворения человека своим трудом.
Третья задача. Поиск, обнаружение и описание факторов, демонстрирующих связь качества труда человека с эргономическими параметрами технических систем и внешней среды.
1.3 Стандартизация в области эргономики
Основные понятия эргономики сосредоточены в ГОСТ 26387-84 «Система "человек-машина". Термины и определения».
Эргономика находит в стандартизации организационную форму адаптации к быстрым темпам научно-технического прогресса. Эргономические стандарты – это тщательно отобранные, проверенные, предельно сконцентрированные данные и требования эргономики, представленные в наиболее приемлемой для практического использования форме.
Подготовленная опытом нормирования требований безопасности труда, гигиены и физиологии труда, а также данных антропометрических измерений стандартизация в области эргономики – закономерный результат её развития как комплексной научно-технической дисциплины в современном мире.
Важной задачей стандартизации становится определенная регламентация процедур и методов эргономических исследований. Неупорядоченность в этой сфере приводит к затруднениям в интерпретации этих исследований.
Первоначально в стандартах фиксировались лишь показатели предельно допустимых факторов, которые могут воздействовать на здоровье человека. Постепенно стало уделяться все больше внимания комплексному действию факторов, которые содействуют благополучию, развитию личности работника и одновременно повышают эффективность, надежность и безопасность рабочих систем. Функционирование СЧТС регламентируется системой стандартов безопасности труда (индекс-12), системой стандартов эргономических требований (индекс-29) и системой стандартов эргономики и технической эстетики (индекс-30).
1.4 Структура и состав эргономики
В состав эргономики входят следующие разделы (рисунок 2):
– антропометрический;
– санитарно-гигиенический;
– физиологический;
– психофизиологический;
– психологический.
Структуру эргономики составляют:
– эффективность СЧТС;
– безопасность работы в ней;
– создание комфортных условий работы.
Эргономическую оценку системы "человек-техника-среда" можно осуществлять дифференцированным методом с учетом всех перечисленных показателей.
Рисунок 2 – Структура и состав эргономики
Первый групповой показатель, антропометрический, отражает соответствие машины размерам и форме тела работающего человека, подвижности частей тела и другим параметрам. Его единичные показатели:
– рациональная и удобная поза;
– правильная осанка, оптимальная хватка рукояток;
– оптимальные и максимальные позы рук и ног и т.д.
Второй групповой показатель характеризует гигиенические условия жизнедеятельности и работоспособности человека при его взаимодействии с СЧТС. Он предполагает создание на рабочем месте нормальных условий микроклимата и ограничения воздействия вредных факторов внешней среды. Групповой показатель включает в себя такие единичные показатели, как освещенность, вентилируемость, температуру, влажность, давление, заземленность, радиацию, шум, вибрацию, силу электромагнитных излучений.
Третий и четвертый групповые показатели, физиологический и психофизиологический, характеризуют те эргономические требования, которые определяют соответствие СЧТС силовым, скоростным, энергетическим, зрительным, осязательным, обонятельным возможностям и особенностям человека. Так, например, при проектировании необходимо представлять возрастные, половые, психологические и другие особенности операторов, потому что с возрастом падает чувствительность к свету: потребность освещенности у человека 30 лет в два раза, у 40-летнего в три раза, а у 50летнего в шесть раз больше, чем у 10-летнего.
Пятый групповой показатель, психологический отражает соответствие машины возможностям и особенностям восприятия, памяти, мышления, психомоторики, закрепленным и вновь формируемым навыкам работающего человека, степени и характеру группового взаимодействия, опосредования межличностных отношений совместной деятельностью по управлению системой ЧТС. Эргономические показатели представлены на рисунке 3.
Достижение всех целей эргономики представляется весьма сложным делом, потому что уже при постановке задач, проектирования и эксплуатации системы необходимо, в соответствии с рисунком 2, контролировать 15 точек, каждая из которых может решающим образом повлиять на успешность технической разработки. Можно оптимально произвести взаимную адаптацию человека и технических устройств по любым 14 точкам, т.е. антропометрическим (точки 1-3), гигиеническим (4 – 6), физиологическим (7- 9) и другим параметрам, но не придать значение точке – 14 (безопасность – психологический групповой показатель) – и вся разработка потеряет смысл.
В настоящее время эргономика в России развивается по трем направлениям: техническая эстетика, инженерная психология, производственная эргономика.
Техническая эстетика – это художественное конструирование оборудования и производственная эстетика.
Инженерная психология – изучает связи конструкций пультов управления важнейшими объектами, например, аэропортами, атомными станциями и т.д. и особенностями восприятия, переработки данных человеком.
В эргономике особо выделяются разделы, которые обосновывают гигиенические, физиологические и психофизиологические требования к конструкциям производственного оборудования, которые и составляют производственную эргономику. Её задачей является осуществление принципа обязательности соответствия конструкций производственного оборудования анатомо-физиологическим и психологическим особенностям человека.
Рисунок 3 – Эргономические показатели