Информационная совместимость

Эргономические основы БЖД.

БЖД – 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. Т.е. речь идет о совместимостях характеристик человека и характеристик среды. Эргономика стремится приспособить технику к человеку (что не всегда удается), а БЖД рассматривает проблемы приспособления человека к технике.

Специалисты в области эргономики выделяют 6 видов совместимостей, обеспечение которых гарантирует успешное функционирование системы:

1. Информационная;

2. Биофизическая;

3. Энергетическая;

4. Пространственно-антропометрическая;

5. Технико-эстетическая;

6. Социальная.

Информационная совместимость

В сложных системах оператор обычно непосредственно не управляет физическими процессами. Зачастую он удален от места их выполнения на значительные расстояния. Объекты управления могут быть невидимы, неслышимы, неосязаемы. Операторы видят 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 и другими органами управления, в совокупности образующими сенсомоторное поле.

СОИ и сенсомоторные устройства образуют информационную 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 то же время позволяла бы 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 заключается требование информационной совместимости.

Биофизическая совместимость

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

Силовые и энергетические параметры человека имеют определенные границы. Для приведения в действие сенсомоторных устройств (рычагов, кнопок, переключателей и т.д.) могут потребоваться очень большие 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 сопротивление рычагов.

Энергетическая совместимость

Предусматривает согласование органов управления машиной с оптимальными возможностями оператора в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений.

Пространственно-антропометрическая совместимость

Предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы. При решении этой задачи определяют объем рабочего места, зоны досягаемости до приборного пульта и т.д. Некоторая сложность обеспечения этой совместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей разные. Сидение, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться неудобным для человека низкого или высокого роста. Как поступать в данном случае? Ответ дает эргономика.

Технико-эстетическая совместимость

Заключается в том, чтобы обеспечить удовлетворенность человека от общения с машиной, от процесса труда. Для решения многочисленных и чрезвычайно важных Технико-эстетических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.

Социальная совместимость

Зрительный анализатор

Органы зрения обеспечивают человеку более 80 процентов информации о внешнем мире.

Система зрения состоит из двух глаз, зрительного нервного пути и центра в зрительной зоне затылочной области коры больших полушарий мозга.

Зрительная система управляется большим количеством биокибернетических устройств.

Существует система саморегулирования, обеспечивающая четкость изображения на сетчатке за счет изменения кривизны хрусталика (аккомодация). Другое кибернетическое устройство регулирует диаметр зрачка, контролируя освещенность сетчатки и глубину резкости (прямая и обратная реакция на свет – сужение и расширение зрачка) – явление адаптации глаза.

Зрительный анализатор обладает наибольшей величиной адаптации. При темновой адаптации чувствительность достигает некоторого оптимального уровня через 40-50 минут. Световая адаптация, т.е. снижение чувствительности длиться 8-10 минут.

Чувствительность к яркостному контрасту является основным показателем зрения. Его порог (минимально воспринимаемая разность яркостей) зависит от среднего уровня яркости в поле зрения к ее равномерности. оптимальный порог существует при естественном освещении.

Яркость – это отношение силы света (интенсивности), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности. Яркость измеряется в нитах (нт, nt), в СИ – свеча(св, кд)

1нт=1кд/м²

При очень больших яркостях возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлемая яркость – до 5000нт.

Яркостной контраст (контраст чувствительности) позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости от фона, чтобы его было видно.

При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения или минимальная способность раздельного восприятия. Это способность различать и воспринимать раздельные мелкие детали и характеризуется миним. углом, под которым две точки видны как раздельные.

Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объектов и других факторов. С увеличением освещенности возрастает острота зрения. Со снижением контрастности снижается острота зрения.

Поле зрения состоит из центральной области бинокулярного зрения, обеспечивающего стереоскопичность восприятия, и двух монокулярных флангов. Его границы у отдельных лиц зависят от анатомических факторов (размеров и формы носа, век, орбит и др.) Оно охватывает угол до 240 градусов по горизонтали и 130 градусов по вертикали.

Любое снижение освещенности сетчатки, некоторые болезни (особенно глаукома), дефекты сосудистой системы и недостаток кислорода приводят к резкому сокращению поля зрения.

Цветовосприятие. Оптический анализатор включает два типа рецепторов: колбочки и палочки.

Колбочки – обеспечивают хроматическое зрение, а палочки _ ахроматическое зрение.

Цветовосприятие или хроматическое зрительное восприятие – это способность различать цвета предметов.

При равенстве энергии действующих волн различие их длин ощущается как различие в цвете источников света или поверхностей предметов, которые их отражают.

Цветовое зрение – это одновременно физическое, физиологическое и психологическое явление.

Различают ахроматические цвета (белый, серый, черный) и хроматические цвета (семь простых цветов спектра). Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Цветовые ощущение вызываются воздействием свет. волн, имеющих длину от 380 до 780 нм.

На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения.

Зрительный анализатор обладает определенным спектральной чувствительностью, которая называется относительной видностью монохроматического излучения. Наибольшая видность днем соответствует желтому цвету, а ночью или в сумерках – зелено-голубому.

Ощущение, вызванное световым сигналом, в течении определенного времени сохраняется, несмотря на изменение характера сигнала или его исчезновение. Инерция зрения находится в пределах 0, 1-0, 3 с.

Инерция зрения обуславливает стробоскопический эффект.

При резком действии прерывистого раздражителя возникает ощущение мельканий, которые при неопределенной частоте сливаются в ровный немигающий свет.

Частота, при которой мелькания исчезают, называется критической частотой слияния мельканий.

При стробоскопическом эффекте возможна иллюзия движений при прерывистом наблюдении отдельных объектов или иллюзия неподвижности (замедленного движения), возникающая, когда движущийся предмет периодически занимает прежние положения.

Цветовое зрение является важным фактором при работе. Различные заболевания зрения или центральной нервной системы могут приводить к цветовой слепоте.

Цветовое зрение обладает способностью меняться под влиянием принимаемых лекарственных средств или других химических веществ.

Обычные лекарственные вещества, вызывающие значимые изменения цветового зрения.

Слуховой анализатор

Движение частиц упругой среды относительно занимаемого ими положения равновесия вызывают акустические колебания.

Звук – акустические колебания, способные восприниматься органом слуха.

Частота слышимого звука находится в диапазоне 16-20000 Гц.

Физики-радисты определяют шум как совмещение звуков различных частот и интенсивность без какой-либо корреляции по фазе. Физиологи считают, что шумом является любой неприятный или беспокоящий звук.

Шум – это сочетание частот, которое может быть широкополосным или узкополосным (малое число полос).

Частотный состав шума называют спектром.

Шум характеризуется своим состоянием во времени:

– стационарный (непрерывный и не изменяющийся);

– импульсный (отдельные короткие импульсы через определенное время);

– прерывистый;

> 20000Гц – ультразвук

< 16Гц – инфразвук

Шум может мешать восприятию речи, вызывать раздражение или ослаблять внимание, способствует снижению производительности и отрицательно влияет на эффективность труда, вызывает утомление и другие нарушения здоровья, не относящиеся непосредственно к воздействию на органы слуха.

Физиологическое действие шума отражается на сне и стрессовой реакции.

По рекомендации ВОЗ для сохранения восстановительного процесса сна эквивалентный уровень звука должен быть < 35дб.

Шум, превышающий определенный уровень способствует увеличению выделения гормонов. Это ведет к изменению частоты ударов сердца, кровяного давления, частоты дыхания, может вызывать расширение зрачков и нарушение в органах внутренней секреции. Например, увеличение кровяного давления зарегистрировано у рабочих, длительное время подвергавшихся воздействию шума и токсических веществ, таких как СО.

Измерения шума производят таким образом, чтобы полученные данные наиболее точно определяли степень его воздействия и могли быть сравнимы с пороговыми значениями.

Нижняя граница – порог слышимости – зависит от частоты ощущаемых звуков.

Верхняя граница является порогом болевого ощущения, которое в меньшей степени зависит от частоты и лежит в пределах 130-140дб.

Соотношение уровня интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука. Экспериментально установлено, что человек определяет как равногромкие звуки, имеющие различную частоту и интенсивность. Наблюдается как бы взаимная компенсация интенсивности частотой.

Тактильный анализатор

Тактильный анализатор (от лат. taktilis – осязаемый) – совокупность периферийных и центральных нервных образований, обеспечивающих восприятие и обработку информации о действии на наружные покровы организма различных не болевых механических раздражителей (прикосновение, давление).

Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, которое производит едва заметное ощущение прикосновения.

Тактильная чувствительность является составной частью осязательных ощущений, а тактильный анализатор – частью соматосенсорного анализатора.

Механические воздействия, обуславливающие возникновение тактильных ощущений, подразделяют:

– прикосновение,

– давление,

– вибрация (разновидность ритмичных прикосновений).

Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется активностью наиболее активных механорецепторов, способных возбуждаться уже при смещении 0, 0001-0, 000001 мм.

Тактильная чувствительность характеризуется также дифференциальным порогом и порогом пространства.

Дифференциальный порог – величина, на которую нужно изменить действующий раздражитель, чтобы почувствовать миним. изменение ощущения.

Говоря о диф.пороге, необходимо иметь в виду, что характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Время адаптации зависит от силы раздражителя и для различных участков тела может изменятся в пределах 2-20 с.

Порог пространства – наименьшее расстояние между двумя точками кожи, при одновременном раздражении которых возникает ощущение действия двух различных стимулов. Пороги пространства различаются на разных участках кожи:

– на кончиках пальцев, губах, языке – 1-2, 5 мм

– на коже бедер, плеч, ср.линии спины – 6 мм

Пример абсолютного порога тактильной чувствительности:

– кончики пальцев – 3 г/кв.мм

– тыльная сторона пальцев – 5 г/кв.мм

– тыльная сторона кисти – 12 г/кв.мм

– на животе – 26 г/кв.мм

– на пятке – 250 г/кв.мм

Порог различения в среднем 0.07 исходной величины давления.

Тактильный анализатор обладает высоким временным порогом, который < 0, 1 с.

Тактильная чув-ть совместно с другими видами чувствительности кожи может в некоторой степени компенсировать отсутствие или недостаточность функций других органов чувств.

Теперь поговорим о вибрационной чувствительности.

Вредное влияние вибраций на организм человека заключается в их локальном раздражающем и повреждающем воздействии на ткани и содержащиеся в них рецепторы. (Специальные анализаторы, воспринимающие вибрацию, пока не найдены). Поскольку эти рецепторы связаны с центральной нервной системой, их рефлекторное действие оказывает влияние на различные системы организма.

Воздействие вибрации зависит от физических параметров колебательного процесса и от продолжительности контакта между телом и вибрирующей поверхностью.

При передачи вибрации на тело человека, амплитуда их колебаний уменьшается тем эффективнее, чем выше их частота, при этом коэффициент затухания не зависит от интенсивности колебаний в зоне возбуждения. Этим объясняется различие в воздействии низко- и высокочастотных вибраций.

При низких частотах (до 10 Гц) вибрации охватывают весь организм независимо от расположения их источника, почти не деформируются и передают вибрационные колебания на туловище и голову человека. Систематическое воздействие низкочастотных вибраций обычно поражает мышцы человека.

При воздействии высокочастотных вибраций зона их распространения ограничивается местом контакта, а интенсивный характер передаваемых руке колебаний приводит к увеличению плотности энергии в мягких тканях, что вызывает изменения в стенках кровеносных сосудов. Интенсивность этих изменений прямо пропорциональна частоте колебаний и обратно пропорциональна диаметрам сосудов. Поэтому длительность воздействия высокочастотных колебаний приводит к нарушению сосудистой системы.

Вибрационное раздражение воспринимается в диапазоне от долей до 1000-1200Гц (1-10000Гц по Русаку), но наибольшая чувствительность к вибрации в диапазоне 200-400Гц

Воздействие общей вибрации определенных частот (4-5Гц и 8-12Гц) связано с явлением резонанса, поэтому воздействие этих частот имеют наиболее негативные последствия. Общая вибрация поражает более всего нервную систему. В коре головного мозга начинают преобладать процессы торможения, нарушаются нормальные корковоподкорковые взаимосвязи и могут наблюдаться дисфункции автономной нервной системы.

Интенсивная общая вибрация приводит к повреждению внутренних органов человека. Длительное воздействие вибрации сопровождается различными типами гистологических, гистохимических и биохимических изменений, приводящих к дистрофическим явлениям.

Вибрация воздействует на сенсорную систему: общие вибрации ухудшают остроту и сужают поле зрения, уменьшают светочувствительность глаз и нарушают вестибулярную функцию. Воздействие локальных вибраций понижает вибрационную тактильную температуру, и болевую чувствительность.

При небольшой интенсивности и длительности воздействия вибрация может быть полезна, уменьшает утомляемость, повышает обмен веществ, увеличивает мышечную силу.

Теперь о температурной чувствительности.

Температурная чувствительность свойственна организмам, обладающим постоянной температурой тела, обеспечиваемой терморегуляцией. На коже человека обнаружено 2 рода рецепторов – нервных образований, чувствительных к изменению температуры окружающей среды. Различают холодовые терморецепторы с максимальной частотой импульсации при температуре кожи 25-30 градусов и тепловые – 40 градусов.

Терморецепторы располагаются в поверхностных слоях кожи. Наибольшая плотность рецепторов в коже лица, меньше их на туловище и нижних конечностях.

Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов:

– при контактном воздействии ощущение возникает уже на площади 1 кв. мм;

– при лучевом – начиная с 700 кв. мм.

Латентный (скрытый) период температурного ощущения равен около 250 мс. Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи. Для тепловых рецепторов он равен около 0, 2 градуса, для холодных – 0, 4 градуса.

Порог различительной чувствительности около 1 градуса.

Терморегуляция – это физиологическая функция поддержания постоянной температуры тела с помощью регуляции теплоотдачи и теплопродукции человека.

Нормальная температура тела человека (мозг, кровь, внутренние органы) в среднем колеблется около 36, 6 градуса. Физиологический предел колебаний этой температуры около 1, 5 градуса. Температура больше 43 градусов практически несовместима с жизнью человека. Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков:

– лоб, нос – 33, 5 гр.

– шея – 34

– грудь, предплечье – 33, 4

– живот – 31, 1

– лопатки – 33, 3

– локоть – 32, 4

– пальцы рук – 30, 0

– ягодицы – 32, 5

– колени – 32, 2

– голень – 29, 9

– пальцы ног – 27, 0

Средняя температура свободных от одежды участков кожи равна около 30-32 градуса.

Расстройства вызываемые воздействием повышенной температуры окружающего воздуха классифицируются следующим образом:

а) общее расстройство – тепловой удар (гиперпериксия), тепловое истощение (недостаточность кровообращения, тепловые обмороки), обезвоживание, солевая недостаточность, тепловые судороги или недостаточность потоотделения.

б) кожные нарушения (просовидная сыпь – потница), рак кожи (разъедающая эпителиома лица).

в) психоневротические расстройства – слабовыраженная хроническая (тропическая) тепловая усталость, внезапная потеря контроля над эмоциями.

Основное лечение при тепловом перегреве тела в понижении температуры тела и внутренних органов (обычно замеряется по температуре в прямой кишке) до 39 градусов, но не ниже, т.к. при резком падении температуры может наступить шок.

Снижение температуры достигается растиранием губкой, смоченной в холодной воде; обертыванием в мокрые полотенца; обдуванием холодным сухим воздухом.

Когда температура снижена до 39 градусов активное вмешательство следует прекратить, после чего температура должна естественным путем и снизиться до 37, 5 градусов.

Двигательный анализатор

Возможности двигательного аппарата представляют определенный интерес при конструировании защитных устройств и органов управления.

Сила сокращения мышц человека колеблется в широких пределах. Например номинальная сила кисти в 450-650Н при соответствующей тренировке может быть доведена до 900Н. Сила сжатия, в среднем равная 500Н для правой и 450Н для левой руки, может быть увеличена в 2 и более раз.

Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0, 01-8000см/с. Наиболее часто используются скорости 5-800см/с. Скорость зависит от направления движения: вертикальное движение рукой осуществляется быстрее, чем горизонтальное; движение к себе совершается быстрее, чем от себя.