Эргономика и технологичность конструкций оборудования

 

Эргономические требования к оборудованию определяются физиологическими, антропометрическими, биомеханическими и психологическими характеристиками человека и установлены для оптимизации его деятельности в системе "человек – машина".

Учёт эргономических требований при проектировании и конструировании изделий обеспечивает повышение эффективности и качества труда, удобства эксплуатации и обслуживания, улучшение условий труда, экономию затрат физической и нервнопсихической энергии работающего максимально возможным приспособлением изделий к его функциональным возможностям. При этом достигается значительный социально-экономический эффект, выражающийся в повышении привлекательности и содержательности труда, сохранении здоровья и поддержании высокой работоспособности человека, сокращении непроизводительных и потерь рабочего времени, уменьшении затрат на предоставление льгот и компенсаций за работу в неблагоприятных условиях.

В инженерной практике известны далеко не единичные случаи, когда использование новых производительных машин и устройств не давало должного эффекта из-за несоответствия их конструкции функциональным особенностям человека. Следовательно, эффективность машины определяется не только такими её характеристиками, как КПД, производительность, трудоёмкость изготовления, надёжность и др., но и тем, насколько легко и точно оператор сможет управлять машиной.

Современная техника требует от рабочего не столько значительных усилий, сколько точности реакций, продуманности действий, быстрых решений и, следовательно, значительного нервного напряжения. В связи с этим рациональную конструкцию изделия нельзя создать, не зная эргономики, изучающей функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью создания для него таких условий труда, которые обеспечивали бы не только высокопроизводительный и безопасный труд, но и необходимые удобства в работе, т. Е. Сохранение его сил, здоровья, работоспособности.

Эргономические показатели качества изделий определяет ГОСТ 16035 - 81:

антропометрические требования устанавливают соответствие изделия антропометрическим параметрам человека; последние определяют размерное построение и форму тела человека (оператора);

физиологические требования определяют соответствие изделия физиологическим свойствам человека (например, биомеханическим, силовым, скоростным);

психофизиологические требования устанавливают соответствие изделия особенностям функционирования органов чувств (рецепторов) человека-оператора;

психологические требования определяют соответствие изделия психологическим особенностям человека (особенности восприятия, памяти и др.);

гигиенические нормативы направлены на создание безопасных условий труда и предупреждение профессиональных заболевай, ориентированы на ограничение вредного воздействия факторов производственной среды.

Эргономический подход к гигиеническому нормированию должен предусматривать создание оптимальных условий для трудовой деятельности учетом комплексного воздействия факторов производственной среды (пыль, газ, вибрации, шум, температура, ионизирующие излучения, освещенность и др.); гигиеническое нормирование должно быть ориентировано не только на ПДК (ПДУ), но и на создание оптимальных условий производственной среды.

ПДК (ПДУ) — это предельно допустимые концентрации (уровни) вредных факторов рабочей зоны, которые при ежедневной работе в течение 8 ч, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не вызывают у работающих заболеваний или, отклонений в здоровье, обнаруживаемых о процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящего и будущих поколений. Необходимо учитывать, что дозы и уровни вредных факторов, значительно меньшие допускаемых, в ряде случаев при их комбинированном действии становятся опасными для здоровья работающих. Гигиенические требования органически связаны с другими эргономическими требованиями и их оптимальными показателями являются необходимые условия эффективности эргономических рекомендаций, используемых при конструировании изделий и организации рабочих мест.

Проектирование совершенных систем "человек – машина" и "человек-машина-среда" невозможно без учета всех связей изделия с человеком и средой. Уже на начальных стадиях проектирования тщательно рассматривают не только конструкторские особенности будущей системы, но и конкретные действия человека в этой системе. Такой анализ постоянно напоминает конструктору о функциях изделия, а эргономисту позволяет уточнить ряд положений эргономического характера. Эргономист помогает выбрать из ряда конструкторских решений оптимальный в эргономическом отношении вариант. Модели и макеты такого варианта не только служат для проверки композиционных решений, но и позволяют экспериментально проверить соответствие новой конструкции требованиям эргономики.

Таким образом, эргономика теснейшим образом взаимосвязана с художественным конструированием, так как критериями её анализа являются: оптимальное приспособление конструкции к психофизиологическим особенностям человека; возможность с помощью конструктивных решений воздействовать на раскрытие человеческих способностей и их стимулирование для оптимизации деятельности человека; возможность создания условий для возникновения положительных эмоций и оптимального жизненного тонуса у оператора в процессе взаимодействия человека и техники.

Распределение функций между человеком и машиной, т. е. определение операций, которые должны выполнять человек или машина для обеспечения требуемой эффективности системы человек - машина, является важной задачей сравнительного анализа возможностей человека и машины.

Машине целесообразно передать функции, требующие: приложения большой физической силы малосодержательного и монотонного характера; большой трудоёмкости; быстрой реакции на сигналы; высокой степени плавности и точности приложения усилий; приёма, переработки и хранения больших объёмов информации; принятия однотипных постоянно повторяющихся решений.

За человеком следует оставлять функции, требующие: решения задач планирования, программирования и контроля трудового процесса; принятия решений в непредвиденных ситуациях; более высокой, чем машина, чувствительности к различным сигналам; многообразия ответных реакций; приспособления к изменяющимся условиям.

Реализацию эргономических требований при проектировании и конструировании изделий обеспечивают соблюдением соответствующих стандартов на системы человек - машина и системы безопасности труда (СБТ), санитарных норм и правил, стандартов на термины и номенклатуру эргономических показателей качества и других нормативных материалов.

При создании нового изделия эргономическая проработка необходима на всех стадиях разработки конструкторской документации и технического задания.

На стадии разработки технического задания:

определяют назначения изделия, выполняют анализ аналогов и прототипов по их эргономическим характеристикам;

проводят эргономический анализ трудовой деятельности человека и ориентировочное распределение функций в реальной системе человек - машина;

разрабатывают ориентировочные эргономические требования на основе нормативных документов, справочных эргономических материалов.

На стадии разработки технического проекта:

окончательно распределяют функции в системе человек - машина;

определяют окончательные эргономические требования и их реализацию в проекте;

оценивают степень реализации эргономических требований аналитическими методами и методами моделирования.

На стадии разработки рабочих чертежей и испытаний:

выполняют анализ и дают эргономическую характеристику (оценку) созданного изделия для определения степени его соответствия эргономическим требованиям;

составляют предложения по совершенствованию (доводке) изделия и соответствующей корректировке технической документации.

Требования антропометрии и биомеханики. При конструировании изделия необходимо предусматривать его соответствие антропометрическим данным и биомеханическим характеристикам человека на основе учёта: габаритных размеров и размеров отдельных частей тела человека в рабочих позах и положениях; динамики изменений размеров тела при перемещении его в пространстве (динамические размеры); диапазона движений в суставах.

Используя антропометрические данные, при конструировании изделий следует определить контингент людей, для которых будет предназначено изделие; выбрать антропометрический признак (группу признаков), который является основным для определения размеров изделия, с учётом соответствующей поправки на вид одежды и обуви.

Рабочие зоны и закономерности рабочих движений. Все элементы рабочего места (размеры сиденья, рабочей поверхности, подставки для ног, органов управления и др.), которые непосредственно соприкасаются с телом человека, должны по возможности точно соответствовать его антропометрическим данным. Допускается округление размеров до 1 см. При расчёте минимальных пространств, занимаемых телом человека в разных положениях и позах, допускается округление на 2 - 3 см. Рабочее место оператора, взаимное расположение элементов рабочего места регламентированы ГОСТ 21958 - 76, ГОСТ 22269 - 76.

 

10.2. Эстетическое оформление технологического оборудования

 

Технологичность и художественное конструирование. В практике художественного конструирования во многих случаях требования технической эстетики связаны с некоторыми правилами создания технологических конструкций изделий, например:

требованием технологичности являются уменьшение длины кинематической цепи изделия, так как механизм с короткой кинематической цепью, как правило, менее трудоёмок в изготовлении; вместе с тем уменьшение длины кинематической цепи, замена механических устройств электрическими, рычажного управления - кнопочным и др. облегчают задачу конструктора при нахождении рациональной эстетической формы конструкции;

работая над эстетическим видом изделия, очень важно правильно подобрать пропорции основных сборочных единиц и всей конструкции, что удовлетворяет требованиям эстетики и улучшает технологичность конструкции; большое значение для улучшения эстетического вида изделия в целом имеет внешний вид таких деталей, как рукоятки и маховички управления, пусковые кнопки, сигнальные лампочки, фирменные таблички и др.: формы этих деталей должны соответствовать всей конструкции изделия и быть технологичными в изготовлении;

особое внимание должно быть уделено таким декоративным деталям, как кожухи и крышки, умелое использование которых позволяет решить сложные вопросы увязки эстетики изделий с их технологичностью.

Опыт показывает, что совместная работа технологов и конструкторов - разработчиков изделий с художниками конструкторских бюро способствует повышению технологичности изделий, улучшению их внешнего вида с учётом требований технической эстетики.

Техническая эстетика при конструировании и эксплуатации изделий. Для того, чтобы придать машиностроительному изделию красивый внешний вид, необходимо правильно использовать принципы художественного творчества с учётом требований технической эстетики.

Требования технической эстетики представляют собой комплекс социально – экономических, функционально – конструктивных, эргономических и эстетических требований, выполнение которых должно обеспечить создание общественно целесообразных, технически совершенных, экономичных, удобных в эксплуатации и эстетически выразительных изделий.

Требования технической эстетики реализуются методами художественного конструирования, которое направлено на достижение: единства эстетического и функционально – технического уровня изделия; композиционного единства и гармоничности форм; декоративности и гармоничности цветофактурного решения поверхностей с учётом особенностей тактильного восприятия; высокого качества отработки наружных элементов изделия.

Кроме общих требований технической эстетики к определённым видам изделий должны быть предъявлены конкретные требования в соответствии с особенностями формы, условий эксплуатации и обслуживания, а также условий среды (производственное помещение, открытая площадка и др.). К изделиям, имеющим посты оператора, следует предъявлять дополнительные требования, характеризующие композиционные решения.

Требования технической эстетики учитывают при разработке технического задания на изделие; техническое задание устанавливает также состав художественно – конструкторского проекта.

К оцениваемым эстетическим показателям относятся: современность художественно – конструкторского решения изделия; функционально – конструктивная выразительность формы; гармоническая целостность композиционной структуры; совершенство производственного исполнения элементов внешней формы.

Показатель современности художественно – конструкторского решения изделия характеризует:

степень и специфические особенности проявления основных принципов художественно – конструкторского решения изделия;

степень соответствия художественно – конструкторского решения изделия современному уровню техники;

степень применения в художественно – конструкторском решении изделия прогрессивных конструкций и материалов;

степень соответствия стилевого решения изделия прогрессивным тенденциям формообразования;

степень оригинальности и новизны художественно – конструкторского решения;

степень согласованности формы изделия с современным подходом к решению функционально – предметной среды.

Показатель функционально – конструктивной выразительности формы характеризует:

функциональную целесообразность художественно – конструкторского решения каждого элемента формы;

образную информативность формы, свидетельствующую как о прямом назначении изделия, так и о его месте и роли в окружающей функциональной среде;

выраженность в форме изделия его конструктивных закономерностей (тектоничность).

Показатель гармонической целостности композиционной структуры характеризует:

гармоничность пропорций, масштабную соразмерность частей и целого, ритмичность композиционных элементов изделия;

целостность пластического решения формы, стилевое единство всех его элементов;

значение в объемно-пространственной структуре изделия основных и второстепенных элементов, их соподчинённость и группирование вокруг композиционного центра;

гармоничность цветового и фактурного решения, их соответствие общему композиционному замыслу;

согласованность графических и декоративных элементов с композиционным решением изделия.

Показатель совершенства производственного исполнения элементов внешней формы характеризует:

стабильность товарного вида изделия в процессе эксплуатации, устойчивость элементов формы к повреждениям;

степень отделки поверхности изделия (их механической обработки, нанесение защитно-декоративных покрытий и др.);

тщательность исполнения швов, стыков, соединений, сопряжений, креплений;

четкость исполнения графических и декоративных элементов.

Рекомендации и примеры цветовой отделки изделий. Традиционный подход к выбору покрытий, как завершающему этапу конструкторской разработки далеко не всегда может обеспечить требования технической эстетики, что следует из определения покрытий как органической части формы и образующего ее материала. В связи с этим покрытия и способы их нанесения следует выбирать в процессе конструирования отдельных деталей, сборочных единиц и изделия в целом с учетом основных эксплуатационных и технологических факторов. Например, для получения надежного в эксплуатации стеклоэмалевого покрытия необходимо избегать сварных швов и острых ребер в конструкции сборочных единиц (деталей). При необходимости электролитического хромирования детали ее конфигурацию следует конструировать с учетом низкой рассеивающей способности электролитов хромирования.

В случаях, когда поверхность детали несет доминирующую функциональную нагрузку (отражатели, шкалы, номограммы и др.) покрытие в известной мере определяет выбор конструкционного материала.

Сложный комплекс факторов, которые необходимо учитывать при выборе покрытия, исключает какие-либо универсальные рекомендации. Однако, общие сведения могут способствовать оптимальному решению конкретных задач. Схема иллюстрирует необходимость одновременного учета основных функционально-эксплуатационных требований, предъявляемых к деталям конструкции, и технологических характеристик последних

Цвет играет важную роль в оптимальном режиме функционирования системы машина – человек – среда; значение цвета проявляется в цветовой отделке изделий машиностроения.

Цветовое решение должно удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: информационно-смысловое значение (информация о функциях изделия, сигнализация о состоянии производственной среды с точки зрения безопасности, обозначение органов управления и др.); рекламная эффективность (товарный вид изделия); эмоционально-эстетическое воздействие на человека.

Положительное эмоционально-эстетическое воздействие цветового решения на человека обеспечивают: созданием комфортных психофизических условий функционирования человеческого организма в ходе трудового процесса; формированием обстановки, способствующей творческому подходу человека к своей работе.

Цветовой фактор психофизического комфорта обеспечивает: оптимальные условия восприятия человеком формы предметов (машины, станка, инструментов и т.д.); оптимальные условия восприятия пространства, в котором происходит трудовой процесс; частичную компенсацию неблагоприятных воздействий производственного процесса (снижение зрительной утомляемости и т.д.); улучшение санитарно-гигиенических условий; повышение степени безопасности производственных процессов.

Гармония цветовых соотношений изделий и интерьера (по цветовому тону, насыщенности цвета) способствует выполнению следующих основных требований технической эстетики к изделию: современность художественно – конструкторского решения; функциональная выразительность формы; гармоническая целостность композиционной структуры (особенности архитектурной композиции и цветовое решение интерьера, характер естественного и искусственного освещения при эксплуатации изделия); красота изделия.

При выборе рационального цветового решения изделий определенного вида следует проанализировать комплекс конкретных условий и факторов: характер технологического производственного процесса, выполняемого изделием; функциональное назначение изделия; размеры изделия; условия безопасности процессов труда.

Цвет влияет на качественное восприятие готового изделия. Темные цвета, создающие эффект тяжести, можно использовать для окраски фундаментов, несущих конструкций, в некоторых случаях станин; такие цвета как бы подчеркивают их назначение, выполняемую функцию. Однако изделия, полностью окрашенные в темные тона, имеют неприглядный вид, поглощают много света и создают фон, затрудняющий выявление очертаний изделий при выполнении, например, точных работ. Такие яркие цвета, как желтый, красный, оранжевый, вызывают впечатление напряженности, тревоги. В то же время они способствуют появлению ощущения теплоты. Светлые тона используют для уменьшения впечатления массивности. Если, например, часть машины нависает над головой работника и утомляет его своей громоздкостью, то можно создать впечатление мнимого удаления окрашиванием её в бледно-голубой цвет.

Многие специалисты рекомендуют окрашивать оборудование в светло-серые, светло-зелёные, светло-голубые тона, так как они обладают высоким коэффициентом отражения (около 60 %). Кроме того, изделия должны быть окрашены таким образом, чтобы создавался цветовой контраст между их отдельными частями. Такой метод окрашивания в значительной мере способствует выявлению чёткости разделения деталей и, следовательно, способствует повышению производительности труда. Необходимо, однако, избегать слишком резких цветовых контрастов, так как они утомительны для глаз. Особенно важно не окрашивать большие площади в яркие цвета. Ярко окрашенные поверхности могут вызвать явление ослепления (из-за чего нарушается чёткость видения), утомление глаз и общее физическое недомогание.

Внутренние поверхности корпусных деталей целесообразно окрашивать в тёмные тона, так как это облегчает сборку, контроль и регулирование механизма, собранного в корпусе. Внутренние части панелей, люков нужно окрашивать в яркие цвета для того, чтобы они отчётливо выделялись в открытом положении. Цветовое обозначение приспособлений и некоторых инструментов облегчает обслуживание сложных машин и установок.

Подвижные устройства (транспортная техника, краны, автопогрузчики, автомашины, электрокары и др.) должны чётко выделяться на общем фоне. Для привлечения к ним максимального внимания необходимо окрашивать их, например, в ярко-оранжевые цвета, на передние и задние части машины наносить чёрные и жёлтые полосы. Число цветов должно быть минимальным. Во многих случаях два или три цвета обеспечивают необходимый эффект.

Особое значение приобретает цвет при использовании его в сигнальных системах. Применение цвета для любых кодирующих систем должно совпадать с его укоренившимся значением. Очевидно, красный цвет, обозначающий опасность или «стоп», не следует применять для других целей. Экономное употребление предупреждающего цвета для окрашивания лишь наиболее опасных мест, более эффективно, чем применение его для общего покрытия.

Учёт психологического воздействия различных цветов играет важную роль в технике безопасности. Использование цвета в качестве кода-носителя информации об опасности может быть дополнительным средством предупреждения несчастных случаев.

Рациональное использование сигнальных цветов во многих случаях может значительно повысить надёжность работы человека, уменьшить число ошибок в опасных случаях. Окраску изделий лакокрасочными материалами сигнальных цветов и нанесение (установку) знаков безопасности должно выполнять предприятие-изготовитель изделия в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.026 – 80 (СТ СЭВ 1412 - 78).

Выбирая покрытие для отдельных элементов конструкции и изделия в целом, наряду с рассмотренными технологическими особенностями их изготовления нельзя не учитывать специфики конкретного производства.