Podstawy ergonomii

czynniki ergonomiczne w projektowaniu procesu pracy.

Ergonomiczna ocena maszyn, urządzeń i warunków pracy

Ergonomia może być określona jako: interdyscyplinarna nauka, zajmująca się przystosowaniem narzędzi, maszyn, środowiska i warunków pracy do autonomicznych i psychofizycznych cech i możliwości człowieka, zapewniając sprawne, wydajne i bezpieczne wykonanie przez niego pracy, przy stosunkowo niskim koszcie biologicznym.

Ergonomia zajmuje się przystosowaniem narzędzi, maszyn, urządzeń i stanowisk pracy oraz metod pracy i materialnego środowiska pracy do człowieka, do jego możliwości oraz potrzeb biologicznych i psychicznych. Celem tego przystosowania jest zapewnienie dużej sprawności działania z jednoczesnym optymalizowaniem wysiłku fizycznego i psychicznego człowieka oraz zagwarantowaniem zdrowych i bezpiecznych warunków pracy.

Ergonomia a bezpieczeństwo.

Kolejny etap rozwoju ergonomii następuje gdy zaczynamy rozważać wpływ projektowania systemowego na społeczeństwo jako całość.

Jednym z najważniejszych celów ergonomii jest zwiększenie bezpieczeństwa.

Zwiększenie bezpieczeństwa, lub odwrotnie, eliminacja wypadków jest sprawą zasadniczą dla interesu publicznego, bowiem powodują one poważne straty ekonomiczne i społeczne.

Urządzenia i środowiska, które gwałcą zasadę ergonomii należy uważać obecnie za ukryte niebezpieczeństwa na podstawie tego, że od zwykłych ludzi nie można oczekiwać pełnej świadomości ryzyka połączonego z używaniem takich urządzeń lub przebywaniem w takich środowiskach.
Zastosowanie zasad ergonomicznych może znacznie zwiększyć bezpieczeństwo.

Ergonomia również analizuje m.in. zagrożenia powstające w relacji człowiek-technika-otoczenie oraz optymalizuje te relacje.

Prowadzone prace badawcze teoretycznie i praktycznie jasno określiły cele ergonomii, przedmiot badań, problematykę badawczą, przy czym występują trudności w sprecyzowaniu metodologicznych zasad i kryteriów ergonomicznych w projektowaniu.

W ergonomii dominującym elementem jest człowiek, stąd powyższe założenie stanowi podstawę podziału dyscyplin składowych ergonomii na dwie grupy nauk:

A. dotyczących człowieka:  społecznych i medycznych,

B. dotyczących techniki:  technicznych i ekonomiczno-organizacyjnych.

Dyscypliny grupy A badają i przystosowują "człon ludzki", dyscypliny grupy B badają i dostosowują "człon techniczny". Wspólnym ich celem jest zrównoważony stan układu człowiek - maszyna i niezawodność jego funkcjonowania, a zasadą metodologiczną kompleksowość i komplementarność działań.

Najważniejsze dyscypliny kształtujące dorobek współczesnej ergonomii to:

•            fizjologia pracy,

•            psychologia pracy,

•            antropologia,

•            organizacja pracy,

•            nauki techniczne,

•            medycyna pracy,

•            ochrona środowiska,

•            bionika,

•            pedagogika pracy,

•            socjologia pracy,

•            estetyka,

•            prawo ergonomiczne.

Często określa się cel ergonomii jako zapewnienie człowiekowi dobrego życia, zadowolenia, poczucia bezpieczeństwa i komfortu psychicznego, jakie może on doznawać z chwilą stworzenia mu optymalnych warunków do pracy, wypoczynku i w ogóle życia.

Ergonomia może uczynić wiele dla poprawy "jakości życia" człowieka poprzez permanentne
i sterowane przez naukę stwarzanie najkorzystniejszych warunków do niezawodnego funkcjonowania układu człowiek-technika poprzez obustronne przystosowanie jego elementów.

Zadania ergonomii można najogólniej ująć w dwóch punktach:

•           opracowanie planów i programów działań dla nauk technicznych, aby dostosować technikę nie tylko do możliwości psychofizycznych człowieka, lecz także do jego potrzeb i oczekiwań,

•           opracowanie planów i programów działań dla nauk społecznych, aby przygotować człowieka do roli nie tylko twórcy techniki (ergonomicznej) ale także do roli konsumenta, umiejącego z niej korzystać i doceniać jej wartości.

Konsekwentne wdrażanie wyników badań ergonomicznych przy projektowaniu maszyn, urządzeń i narzędzi oraz urządzaniu stanowisk pracy i kształtowaniu materialnego środowiska pracy przynosi istotne i konkretne efekty :

•         zmniejszenie znaczenia różnic indywidualnych, tzn. im bardziej cechy maszyn, urządzeń i narzędzi są przystosowane do przeciętnych możliwości człowieka, tym większa jest liczba osób, które maszyny te mogą obsługiwać i tym mniejsza jest potrzeba badań selekcyjnych, eliminujących osobników o mniejszej sprawności fizycznej i psychicznej,

•         zmniejszenie znaczenia czynnika szkolenia zawodowego, tzn. krótsze szkolenie umożliwia osiągnięcie niezbędnej sprawności zawodowej, 

•         zmniejszenie zmęczenia pracą,

•         zwiększenie wydajności pracy,

•         zapobieganie patologicznym skutkom wykonywania pracy, ograniczenie ilości chorób zawodowych,

•         zmniejszenie liczby wypadków przy pracy - szacuje się, że około 85% wypadków wiąże się z działalnością człowieka, a przede wszystkim z nieodpowiednim zsynchronizowaniem maszyn z możliwościami psychofizycznymi człowieka.

Główne kierunki działania ergonomii.

Stan wdrożeń ergonomii do praktyki jest jeszcze niezadowalający. Jednym ze źródeł kłopotów, jakie przechodzi współczesna ergonomia, jest brak dokładnego rozróżnienia pomiędzy:

•         badaniami podstawowymi, badaniami stosowanymi i zastosowaniem ergonomii, ergonomią korekcyjną i koncepcyjną,

•         ergonomią warunków pracy i ergonomią wyrobów.

Ergonomia korekcyjna  - zajmuje się analizą już istniejących stanowisk pracy z punktu widzenia ich dostosowania do psychofizycznych możliwości pracowników oraz formułowaniem zaleceń mających na celu polepszenie warunków pracy, zmniejszenie istniejących obciążeń oraz poprawą wydajności i jakości pracy.

Ergonomia koncepcyjna - celem jej jest takie zaprojektowanie narzędzia, urządzenia, maszyny czy wreszcie całego obiektu przemysłowego, aby spełniał on podstawowe wymagania ergonomii.

Układ człowiek - praca.

W celu prowadzenia rozwiązań ergonomicznych najlepiej używać pojęcia układu człowiek - praca jako najbardziej szeroko pojętego.

Przedstawiony na rysunku układ jest typowym układem cybernetycznym.

Zadaniem tego układu jest wykonanie jakiejś pracy, przy czym względna wartość obu stron tego układu (człowieka i maszyny) może być bardzo różna. Rysunek pozwala też dokładniej zorientować się w zakresie problematyki ergonomicznej do której należą cztery grupy zagadnień:

•         odbiór informacji od maszyny do człowieka,

•         oddziaływanie człowieka na maszynę poprzez urządzenia sterujące,

•         czynniki materialnego środowiska pracy,

•         czynnik antropotechniczny i organizatorski na stanowisku roboczym.

W dowolnym procesie pracy problem ergonomiczny sprowadza się do optymalnego skojarzenia czynnika ludzkiego z maszyną.

Ergonomia podejmuje się rozwiązywać kompleksowo systemy człowiek - maszyna, człowiek - praca.

Urządzenia sygnalizacyjne

Ogólne zasady sygnałów urządzenia sygnalizacyjnego:

a)      dostrzeganie sygnałów zależne jest głównie od ich siły. Należy stosować bodźce wyraźnie przekazujące wartości progowe. Ważne są nie tylko wartości bezwzględne bodźców lecz także ich kontrast z tłem.

b)      rozróżnianie sygnałów - oprócz czynników warunkujących dostrzeganie sygnałów (wzroko-wych, słuchowych) istnieje cały szereg czynników warunkujących rozróżnienie (identyfikację).

W przypadku konieczności przekazania informacji o charakterze ilościowym, muszą być zastosowane przyrządy wychyłkowe.
Tu rozróżnienie zależy od szeregu czynników:

•         kształt tarczy,

•         wielkość tarczy,

•         wielkość działek podziałkowych,

•         wielkość kresek podziałkowych,

•         wielkość i rozmieszczenie liter na tarczach.

Zasady rozmieszczania większej liczby urządzeń sygnalizacyjnych na jednym stanowisku roboczym prezentuje McCormick:

•         zasada optymalnego umiejscowienia z punktu widzenia przyjętych kryteriów,

•         zasada ważności - urządzenia grupuje się zgodnie z ich znaczeniem dla danego działania,

•         zasada spełnianej funkcji - grupuje się urządzenia, których działanie jest podporządkowane wspólnej funkcji,

•         zasada kolejności używania - umieszcza się w miarę możliwości urządzenia używane bezpośrednio po sobie,

•         zasada częstotliwości użycia - urządzenia używane najczęściej należy umieszczać
w najlepszych miejscach.

•         dla przycisków ręcznych istnieją następujące zalecenia:

o       opór powinien być elastyczny, początkowo słaby,  potem szybko rosnący z nagłym spadkiem  sygnalizującym  uruchomienie przycisku,

o       wierzch przycisku powinien być lekko wklęsły (kształt zakończenia palca) lub o rowkowanej  powierzchni przycisku;

•         pożyteczne jest wprowadzenie sygnału słuchowo (szczęknięcia) wskazującego na moment uruchomienia przycisku,

•         ustawienie wskazówki na skali liniowej za pomocą dźwigni przebiega najszybciej, o ile koniec dźwigni wykonuje ruchy do czterech razy dłuższe od ruchów końca wskazówki,

•         w wielu rodzajach czynności ruchowych istnieją przedziały warunków optymalnych, w których wydajność jest największa. Zjawisko to znane jest pod nazwą hipotezy „U”,

•         urządzenia sterownicze mające jedno lub więcej ustalonych położeń są pewniejsze w eksploatacji, jeżeli wyposażone zostaną w zapadki, które same wskazują, wskutek naciągu sprężyny, w odpowiednie położenie i wydają przy tym charakterystyczny dźwięk,

•         rozróżnianie elementów sterowniczych następuje zwykle na podstawie:

o       kształtu,

o       rozmiaru,

o       umiejscowienia,

o       barwy.

Podstawowym zadaniem organizacji pracy w procesie produkcji jest:

•         wybór optymalnych metod pracy,

•         zapewnienie bezpieczeństwa pracy,

•         zapewnienie odpowiednich warunków środowiska materialnego pracy,

•         właściwy dobór pracowników,

•         zapewnienie najdogodniejszej organizacji czasu pracy,

•         zapewnienie właściwej przemienności wysiłku i odpoczynku.

Aby zapewnić optymalną metodę pracy, należy przestrzegać następujących zasad:

•         stanowisko robocze musi zapewniać wygodny i bezpieczny dostęp obsługującym pracownikom,

•         należy ustalić stałe miejsce na materiały i narzędzia,

•         materiały i narzędzia winny być umieszczone w funkcjonalnym polu pracownika, przedmioty ciężkie i najczęściej używane w polu optymalnym i na wysokość powierzchni roboczej,

•         materiały i narzędzia muszą być rozmieszczone w taki sposób, aby zapewniały ustaloną kolejność ruchów,

•         odległości między przedmiotami na stanowisku roboczym winny być jak najmniejsze,

•         ułożenie przedmiotu powinno pozwalać na szybkiei łatwe uchwycenie,

•         należy używać pojemników stołowych, przenośników grawitacyjnych, uchwytów itp.

•         w celu ułatwienia pracy i odciążenia rąk.

Fizjologiczny aspekt procesu pracy.

•         Fizjologię można zdefiniować jako naukę o funkcjach żywych organizmów, ich częściach strukturalnych oraz zachodzących w nich procesach fizykochemicznych.

•         Fizjologia pracy wchodzi w skład fizjologii człowieka i zajmuje się badaniem wpływu pracy wykonywanej przez człowieka na jego ustrój jako całość, a także na funkcjonowanie poszczególnych jego organów i układów oraz bioenergetykę.

Różne  rodzaje pracy można klasyfikować z punktu widzenia fizjologii, określając:

•         wielkość wysiłku mięśniowego dynamicznego - związany jest z kurczeniem i rozkurczaniem się mięśni szkieletowych, co prowadzi do przemieszczania się ciała lub jego części w przestrzeni,

•         wielkość wysiłku mięśniowego statycznego - związany jest z długotrwałym skurczem
(napięciem) niektórych mięśni szkieletowych,

•         stopień zaangażowania procesów poznawczych - określa złożoność mechanizmów przetwarzania informacji zachodzących w mózgu w trakcie wykonywania pracy.

•        W organizmie ludzkim zachodzi ciągły proces przemiany materii. Podstawowa przemiana materii  jest to najmniejsza ilość energii zużywana przez człowieka w stanie spoczynku.

•        U osób dorosłych norma w zakresie podstawowej przemiany materii wynosi
w granicach 1.400 - 1.700 kcal/dobę i jest wyższa u mężczyzn niż u kobiet.

Klasyfikacja rodzajów pracy fizycznej według całkowitego dobowego wydatku energetycznego (przy 8-godzinnym dniu pracy)

Stopień ciężkości	Wydatek energetyczny [kcal/dobę]
Lekka	230...
Umiarkowana	2801 - 3300
Średnia	330...
Ciężka	3801 - 4300
Bardzo ciężka	430...

Składnikami dobowego wydatku energetycznego są:

  1.  podstawowa przemiana materii,

  2.  wydatek na pracę zawodową - w ciągu 8 godzin (patrz tabela),

  3.  wydatek energetyczny związany ze swoiście dynamicznym działaniem pożywienia,

  4.  wydatek na czynności poza pracą.

Ocena wydatku energetycznego na pracę zawodową

Wydatek energetyczny na pracę stanowi jeden z elementów obciążenia człowieka pracą.

Do innych składników zalicza się:

•         obciążenia statyczne,

•         monotypowość (powtarzalność) ruchów.

Oceny obciążenia statycznego dokonuje się na podstawie określenia pozycji ciała przy wykonywaniu danej czynności.

Postawa przy pracy.

Na straty energii, związane z wykonywaniem pracy statycznej, składają się następujące elementy:

•         straty związane z koniecznością zachowania określonej pozycji ciała przy pracy; człowiek stojąc i nie wykonuje żądnej pracy zużywa o 11 - 12 % więcej kalorii niż siedząc,

•         straty wywołane koniecznością przeciwdziałania ciężarowi przedmiotów utrzymywanych siłą mięśni (podtrzymywanie, przenoszenie narzędzi),

•         wysiłek mięśniowy związany z zachowaniem równowagi i przeciwdziałaniem przesuwania się środka ciężkości poza podstawę stóp, wysiłek ten jest znaczny, gdyż środek ciężkości u człowieka umieszczony jest dość wysoko (na około 57 % wysokości ciała licząc od dołu),

•         energia związana z przesuwaniem środka ciężkości ciała przy pochylaniu się podczas pracy, przy podnoszeniu ciężarów z ziemi itp.

Źródła straty energii podczas pracy można poważnie zmniejszyć przez racjonalną organizację stanowiska roboczego z uwzględnieniem zasad ergonomii.

Siedzisko. Najlepszym rozwiązaniem krzeseł do pracy są krzesła nastawne o zmiennej wysokości siedziska i zaopatrzone w sprężynujące, nastawne oparcia, wspierające ciało w okolicy krzyżowej.

Wysokość robocza. Wysokość robocza jest krytycznym parametrem geometrii stanowiska, gdyż to ona głównie decyduje o przyjmowanej postawie ciała. Niedostosowanie wysokości roboczej do pracownika może być przyczyną bólu i schorzeń narządu ruchu, jak również obniżenia produkcji. Wysokość robocza zależy przede wszystkim od charakteru pracy (precyzyjna, lekka, ciężka, wymaganych ruchów itd.) oraz od wymiarów ciała ludzkiego. 

Pomiary antropometryczne.

Polska posiada bogaty zbiór cech antropometrycznych zebranych przez Komisję Antropometrii PAN we Wrocławiu.

Zebrane dane antropometryczne układają się zgodnie z normalnym prawem rozrzutu według tzw. krzywej normalnej Gaussa (krzywa będąca wykresem rozkładu normalnego).

Do niedawna w praktyce wykorzystywano wyłącznie  pojęcia “człowiek przeciętny” z punktu widzenia cech antropometrycznych.

Pojęcie osoby przeciętnej - jest zasadniczo błędne, a więc dostosowywane do takich maszyn, urządzeń, czyli mebli nie dawałoby pożądanych rezultatów. Wprowadzono więc do antropologii pojęcie wartości progowych (kwantyki): maksymalnych i minimalnych. Człowiek “maxi”
ma za sobą 95 % ludzi, człowiek “mini” 5 %.
W granicach pomiędzy 5 a 95 % można zaspokoić potrzeby 90 % ludności, odrzucając 5 % najwyższych i 5 % najniższych.

Dostosowanie wymiarów maszyn, urządzeń i mebli do pracy dla potrzeb 90 % ludności jest ideałem trudnym do osiągnięcia.

Wnioski.

1. Wiele niebezpieczeństw tkwiących we współczesnych urządzeniach i organizacji pracy ma charakter ukryty, tzn. nie są one bezpośrednio i w sposób oczywisty widoczne nawet dla osób ostrożnych.

2. Problematyka bezpieczeństwa jest wyraźnie zaznaczona w statucie Międzynarodowego Stowarzyszenia Ergonomicznego (International Ergonomics Association).

3. Ergonomia jest nauką, a ochrona pracy (bhp) jest praktyką.

4. Ergonomia powinna wspomagać wynikami swoich badań działania praktyczne ochrony pracy (bhp).

5. Cele ergonomii są zbliżone do celów nauki o bezpieczeństwie.

6. Istotny aspekt społecznego zastosowania ergonomii wiąże się z poprawą stanu bezpieczeństwa i higieny pracy.

7. Inny aspekt społeczny zastosowania ergonomii to wygoda w pracy i dobre samopoczucie oraz poprawa wydajności pracy.

8. Zastosowanie ergonomii ma również znaczenie polityczne. Znaczenie to staje się widoczne wówczas, gdy obserwuje się reakcje załogi na starania kierownictwa zakładu o polepszenie warunków pracy i bezpieczeństwa pracy. Starania takie zostają natychmiast zauważone i przychylnie komentowane przez pracowników. Wpływa to dodatnio na ocenę celów działania zakładu, na uznanie tych celów za własne, właściwy stosunek do pracy. Jak wykazują badania socjologiczne, ocena przez przeciętnego pracownika jego stosunku do państwa w znacznym stopniu kształtuje się pod wpływem stosunku do zakładu, w którym pracuje.

9.  W interesie społeczeństwa leży wprowadzenie nauczania ergonomii w szkołach.

10. Nauczanie ergonomii należy wprowadzić w szkołach zasadniczych, technikach, liceach zawodowych i w szkołach wyższych.

---