Конспект лекций РиКМОНГП. Конспект лекций по дисциплине Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Для специальности
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Тема7 Эргономические основы проектирования машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов 7.1 Эргономика – её история, предмет и развитие В процессе работы от машины к человеку поступает поток осведомительной информации: показания приборов, положения рабочих органов, звуковые сигналы и т. д. В результате обработки этой информации человек дает новые команды, воздействуя на органы управления, что в свою очередь приводит к появлению новых элементов в потоке информации. Таким образом, органы управления и контроля являются звеньями, объединяющими человека и машину в единую функциональную систему «человек-машина». На современном этапе, благодаря эволюции техники, резко изменившей характер трудовой деятельности человека, промышленность ставит перед создателями машин важную задачу - сделать систему «человек-машина» эффективным производственным элементом. Решение этой задачи невозможно, если в период проектирования не принимались во внимание характер и условия деятельности человека, если конструкция машины не согласована с оптимальными условиями работы, т. е. с требованиями гигиены, физиологии, психологии и эстетики. Этот комплекс вопросов является предметом изучения новой научной дисциплины, получившей название эргономики. Термин «эргономика» (греч. ЭРГОН - работа + НОМОС.-.закон) был принят в Англии в 1949 г., когда группа английских ученых организовала Эргономическое исследовательское общество. В СССР эргономика как самостоятельная научная дисциплина начала развиваться в 50-е годы. Ее развитие было обусловлено, прежде всего, теми изменениями в трудовой деятельности, которые произошли благодаря реконструкции народного хозяйства на базе новой техники, механизации и автоматизации производства, а также возросшей общественной потребностью в научной организации труда, Мощный толчок прогрессу эргономики дало развитие отечественной космонавтики. Именно космонавтика заставила вплотную столкнуться с проблемой организации труда человека как звена замкнутой на него многоконтурной системы управления сложным автоматизированным объектом. Коренным образом меняются условия, методы и организация работы на современных предприятиях: рабочий все более освобождается от трудоемких операций, требующих физического напряжения, возрастает доля умственного труда, основными для него становятся функции контроля, программирования и управления. Работа оператора высокомеханизированного и автоматизированного производства оказалась весьма сложной: неизмеримо возросла «цена ошибки», ответственность, увеличились нагрузки на его нервную систему. Резкое повышение роли «человеческого фактора» потребовало многомерной оптимизации трудовой деятельности - отдельные частные рекомендации физиологии психологии гигиены труда и других научных дисциплин уже не приносят должного успеха - необходим комплексный, а точнее сказать, системный учет всех факторов. Решение практических задач оптимизации трудовой деятельности человека в современном производстве как раз vстало той реальной основой, на которой складывается взаимодействие различных наук не только технических, но и психологии, физиологии, гигиены труда и т. д. На их стыкевозникла эргономика. Предметом эргономики является трудовая деятельность человека, а объектом исследования - система «Человек-машина-производственная среда». Конструкторы, проектируя новые машины, станки, автоматические линии, подчас не задумываются о том, насколько эти устройства удобны для людей, которые будут на них работать. По этому поводу достаточно привести характерный пример. Управление основной массой горных машин и механизмов до настоящего времени характеризуется повышенными психофизиологическими, а в ряде случаев и физическими нагрузками операторов. Так, например, машинист экскаватора за один цикл (15—60 с.) выполняет 12-18 операции, совершая 60 - 70 движений в минуту (более 25 тыс. движений за смену), и, практически не имея никаких пауз в работе, к концу смены чрезвычайно устает. Этот фактор утомляемости даже учитывается в расчетных формулах производительности одноковшовых экскаваторов коэффициентом управления. Анализ негативных последствии неблагоприятных условий труда в различных отраслях промышленности показал, что в 75-80% случаев причиной их является применение несовершенного оборудования и технологических процессов, в конструкции которых не соблюдены технические, эргономические, эстетические и другие требования За последние годы в нашей стране достигнуты определенные успехи в развитии эргономики как комплексной дисциплины. Требования эргономики все чаше учитываются при проектировании новой техники и организации труда. Опыт свидетельствует, что без использования достижений эргономики и технической эстетики уже невозможно добиться повышения качества товаров широкого потребления. 7.2 Антропологическое соответствие машины человеку Полтора, а то и два миллиона лет назад, когда в восточной Африке близ вулкана Нгоронгоро Гомо Хабилис (лат. - человек умелый) смастерил свои чопперсы - примитивные рубящие орудия из заостренной гальки - впервые возникло взаимодействие человека с камнем, образовалась система «человек-орудие». Тогда же, вероятно, возникла проблема приспособления орудий, предметов обихода и др. к анатомическим возможностям человека. Однако с тех далеких времен и до наших дней эта проблема решалась довольно приблизительно, учитывались лишь наиболее очевидные анатомические требования, основным мерилом оставались «чутье» и «интуиция» мастера. В инженерной практике известны далеко не единичные случаи, когда применение новых машин не приводило к должному аффекту главным образом из-за несоответствия конструкции функциональным особенностям человека. Наиболее остро проблема антропологического соответствия машины человеку возникла во время Второй мировой войны, когда были созданы новые виды вооружения, но своим техническим свойствам намного превосходившие все ранее известное. Использование этой техники требовало от человека большого напряжения, часто в бою секунды и доли секунды решали вопрос жизни и смерти. В такой ситуации предельное выполнение анатомических требований в конструкции было особенно важным. Не приходится много говорить, насколько важны данные антропометрических измерений в наши дни, дни бурного развития технического прогресса, когда с ростом автоматизации производства особое значение приобретает рациональная организация рабочего места оператора. Итак, если антропология - наука о человеке, то антропологическое соответствие учитывает, прежде всего, анатомические особенности человека и обязывает конструктора во всех случаях проектирования изделий учитывать «человеческий фактор». На основании изложенного можно сделать вывод, что антропологическое соответствие изделии характеризуется правильно выбранными параметрами конструкции, исходя из анатомических особенностей человеческого тела, его размеров, веса, физической силы и возможностей движений, необходимых для управления совершенной техникой. И  зучением особенностей строения тела человека путем измерения его роста, веса, пропорций занимается один из разделов антропологии - антропометрия.Для конструкторских расчетов новой машины, прежде всего, нужны данные о среднем росте человека и средних размерах между наиболее характерными точками тема, названными антропометрическим и. На теле взрослого человека имеется семь основных антропометрических точек (рис.7.1): 1 - верхушечная (наивысшая точка темени); 2 -плечевая (наиболее выступающая в сторону точка бокового края акромиального отростка лопатки; 3 - лучевая (верхняя точка головки лучевой кости с наружной стороны); 4 - шиловидная (самая низкая точка на шиловидном отростке лучевой кости); 5 - пальцевая (конечная точка мякоти среднего пальца); 6 - верхнеберцовая Рис.7.1 внутренняя (самая высокая точка внутреннего края мыщелка большой берцовой кости); 7 - нижнеберцовая внутренняя (самая нижняя точка па конце внутренней лодыжки). Антропометрические обмеры работоспособного населения страны производятся, прежде всего, по этим точкам. Как же учитываются антропометрические данные в процессе художественного конструирования машин? Прежде всего, они используются при проектировании рабочих мест операторов, при выборе, например, высоты сиденья или высоты кабины экскаватора, при определении габаритных параметров пульта управления и т. п. Машина должна быть удобной не только в управлении, но также и в периоды ее ремонта и наладки. Поэтому оптимальные габаритные размеры смотровых люков, окон, проемов между узлами и ответственными деталями должны проектироваться с учетом антропометрических данных. П  римечание: Пояснения к позициям 1—24 даны на рис. 2.Особые требования в антропологическом отношении предъявляются к рабочему Рис. 7.2 месту оператора, которое должно составлять с конструкцией машины единый комплекс. Во время работы необходимо обеспечить естественное положение тела с возможностью смены и чередования рабочих положений, то есть рабочее место и зона размещения органов управления должны диктовать оператору удобную рабочую позу. В этом случае при установлении пространственных взаимосвязей на рабочем месте весьма важную роль играет правильное определение размеров рабочего пространства, в пределах которого оператор совершает главные и вспомогательные производственные процессы. Это пространство называется моторным полем оператора. Для практических целей, прежде всего, необходимо выявить на основании антропологических показателей, учета рабочей позы (сидя, стоя) и характера движений оператора — границы основных зон досягаемости (для рук и ног) моторного поля. Четкое знание границ этих зон в каждом конкретном случае проектирования необходимо в первую очередь для правильного размещения органов управления и приборов на пульте. 7.2 Физиологическое соответствие изделий человеку Комплекс физиологических требований человека изучает физиология труда, которая является специальным разделом физиологии — науки, занимающейся изучением функции опального состояния организма под влиянием его рабочей деятельности. На основании этого физиологическое соответствие изделий характеризуется особенностями органов чувств человека — зрения, слуха, о  боняния, осязания и определяется различными факторами окружающей оператора физической среды:Рис. 7.3 состав воздуха, шум, вибрации, температурные условия, освещение и т. п. Наряду с изучением факторов среды, большое внимание физиология труда уделяет проблема: утомления, монотонности в труде, соответствия изделия силовым, скоростным возможностям человека, непосредственно связанным с конструированием машины. Например, для сохранения высокой работоспособности большое значение имеет правильный выбор основной рабочей позы. Если при прямой позе сидя мышечную работу принять равной 1.0, то при прямой позе стоя мышечная работа возрастает в 1,6 раза, при наклонной позе сидя — в 4 раза, а при наклонной позе стоя — в 10 раз. А ведь многие машины, например станки, из-за неудобства управления и наблюдения диктуют станочникам при выполнении самой важной части работы наихудшее, утомительное положение — наклонную позу стоя да еще с углом наклона корпуса до 45°. Причем по «привычке» конструкторы считают, что так эту и нужно. Изучение функциональных процессов, протекающих в организме человека во время труда и отдыха, и выполнение физиологических требовании, позволяют ученым и конструкторам создавать комфортные условия труда и отдыха, обеспечивающие человеку нормальную жизнедеятельность и работоспособность. Совокупность комфортных условий труда показана на диаграмме (рис. 7.3). Следует отметить, что невыносимые - это такие условия, при которых человеческий организм существовать не может, и работа в таких условиях производится при полной или частичной изоляции организма от внешней среды (например, скафандры, кессоны и т. п.). При некомфортных условиях один из показателей внешней среды резко отличается от нормы. С помощью таких диаграмм специалисты разрабатывают эффективные средства защиты организма от вредного воздействия внешней среды. Особенно эти работы важны и актуальны для горнодобывающих предприятий, где стоит весьма остро проблема наиболее рационального сочетания физиологических и психологических характеристик человека с горно-геологическими условиями и техническими характеристиками машин. На угольных шахтах проводятся большие работы по пылеулавливанию, установлению оптимальной температурной среды, осушению и др. В комплекс мер следовало бы ввести и два основных элемента технической эстетики: рациональное освещение рабочих мест и горных выработок, где выполняются наиболее сложные и трудоемкие процессы; цветовое покрытие транспортного и другого оборудования, степ камер и зданий основного грузопотока, неподвижных и вращающихся конструкций и частей забойных машин и комплексов. Эти мероприятия, несомненно, будут способствовать созданию оптимальной среды, комфортных условий труда горнорабочих. Рассмотрим, как практически учитываются некоторые физиологические факторы при разработке требований на художественное конструирование машин и производственной среды. 7.2.1 Температура Климат производственной среды достаточно полно определяется температурой воздуха, температурой излучения, влажностью воздуха и скоростью ветра (воздуха). Климат оказывает существенное влияние на работу человеческой системы регулирования температуры тела, которая должна поддерживаться постоянной и равной ≈ 37°С. При этом должно выполняться условие теплового баланса. Климат называется комфортным, если сумма тепла, полученного телом извне, равна количеству тепла, отданному окружающей среде: Qк + Qи = Qп, где Qк, Qи, Qп — тепло, передаваемое конвекцией (движением среды), излучением, отбираемое у человека испаряющимся потом (продуцируемое тепло) соответственно. Если нарушено равновесие между теплопоглощением и теплоотдачей, климат называется неблагоприятным, время работы оператора ограничивается. . Исследования показали, что при t = 20 - 22°С, φ = 70% и v=0,5 м/с., т. е. при значениях, находящихся в пределах норм промышленной санитарии, создаются благоприятные условия для теплового состояния рабочих, при котором возможна высокая производительность труда. Работа машиниста буровой, подъемно-транспортной или строительной машины занимает промежуточное положение между тяжелой работой и работой средней степени трудности. Как в холодное, так и в теплое время года климат рабочего места относят к одному из упомянутых типов - благоприятному или неблагоприятному, характеристики которых с учетом рекомендаций СЭВ приведены в табл. 7.1. Таблица7. 1
Примечание: Б-благоприятный климат; НБ - неблагоприятный климат. Приводимые характеристики благоприятного климат; должны устанавливаться в течение 30 мин рабочего времени после запуска двигателя. Для всех кабин и пунктов управления, где температура окружающей среды t ≥ 30°C, рекомендуются кондиционированные установки воздуха. Практический опыт показывает, что повышение температуры среды вызывает серьезное понижение внимания за показаниями приборов и ухудшается точность реагирования. Так, например, при температуре 19; 24; 29; 33°С количестве ошибок оператора составило соответственно 179; 180; 231 239. Как видно из приведенных данных, физиологическое влияние температур и влажности, значения которых отличаются от нормальных, весьма серьезно, и поэтому конструкторы и проектировщики должны обеспечивать сохранение величин этих факторов в допускаемых пределах путем хорошей изоляции источников тепла и холода. 7.2.1 Шум Шум - это звуковое явление, вызывающее неприятное, метающее или вредное ощущение, влияющее, не только на органы слуха, но и на всю нервную систему человека вызывая общее утомление и понижение работоспособности. Для измерения шума служит прибор-фонометр, указывающий уровень звукового давления в звуковом поле, вызванного звуковыми волнами, в децибелах (дБ). Слух различает в шуме не только частотный состав, но также и громкость. Громкость —-это субъективный показатель, которым обозначают интенсивность слухового ощущения. Единицей громкости является фон. Громкость в 1 фон имеет тон частоты 1000 Гц при уровне звукового давления 10 дБ. Громкость более 5 фон вызывает изменение деятельности вегетативной нервной системы. Раздражение и угнетенность возникают при 30 фон. При уровнях шума 110-125 дБ, действующих в течение одного часа ежедневно, возникает опасность наступления глухоты, а при уровнях, превышающих 130 дБ, глухота может вступить даже при эпизодическом воздействии шума. Высокие и очень низкие частоты также оказывают травмирующее влияние на организм человека. Например, длительное воздействие звука с частотой 25... 45 и 60... 90 Гц существенно влияет на остроту зрения. Наиболее раздражающими являются звуки с частотой 4000 Гц и выше. Вредное влияние шума существенно сказывается на реакции оператора, ведет к ослаблению его внимания. Например, при шуме в 100 дБ от внимания операторов ускользало на 30% больше сигналов, чем при шуме в 70 дБ. Для эффективной борьбы с шумом нужно, прежде всего, выявить источники шума, далее — наиболее сильные из этих источников, и какой силы звук стимулирует первичные причины шума. Только после этого можно решить, какие средства можно и целесообразно применить для защиты от шума. Согласно медицинским данным, вредное влияние шума обусловлено, прежде всего, его интенсивностью и частотным спектром, поэтому границы допустимого шума определяются величинами именно этих двух параметров. В табл. 2 приведены нормативные значения шума в производственных помещениях. Таблица 7.2
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||