3.3. Биомеханические основы трудовых действий и приемов.

Эффективность трудовых действий, экономия мускульной силы, быст­рота и точность движений во многом обусловлены тем, насколько их струк­тура, направленность, последовательность отвечают биомеханическим осо­бенностям человека, специфике его двигательного аппарата.

Биомеханикой называется раздел физиологии человека, изучающий ус­ловия движения частей тела, перемещения всего тела, равновесия и поддер­жания рабочей позы. Она использует методы математики и механики, данные физиологии и анатомии двигательного аппарата, законы рефлекторной регу­ляции двигательной деятельности.

Двигательный аппарат человека состоит из костно-опорного звена, скелетных мышц, двигательных нервных центров головного и спинного моз­га и нервов, связывающих их с мышцами. Это — исполнительный механизм, с помощью которого человек осуществляет трудовые действия, использует орудия труда. Надо отметить, что двигательная деятельность — необходимое условие нормального существования и развития человека, недостаточная двигательная активность (гиподинамия) отрицательно сказывается на его здоровье. Оптимальные физические нагрузки укрепляют мышцы, повышают координированность движений, увеличивают сопротивляемость организма заболеванием. Движение является мощным источником нервных импульса- ций, тонизирующих мозговую деятельность: вот почему физические нагруз­ки необходимы и для работников умственного труда. По данным физиологов, количество энергии, ежесуточно расходуемой на мышечную работу должно быть не менее 1200 ккал.

Мышцы совершают полезную работу, сокращаясь. Те из них, которые длительное время находятся в состоянии сокращения - статические обеспе­чивают поддержание позы, подогнанности суставов и т. п. Динамические мышцы сокращаются периодически, обеспечивая сильные и быстрые движе­ния, удержание орудий труда. Существуют смешанные мышцы, выполняю­щие обе функции.

Мышечные усилия позволяют выполнять два основных вида физиче­ской работы: статическую и динамическую. Динамическая работа — это уси­лия, осуществляемые для перемещения в пространстве тела или конечностей человека, а также груза. Она выполняется динамическими мышцами, кото­рые укорачиваются при мышечном сокращении. Эта работа является менее утомительной, чем статическая, так как работа мышц носит прерывный ха­рактер: сокращение чередуется с расслаблением, отдыхом, при этом ритми­ческое движение мышц способствует кровообращению. Измерить динамиче­скую работу можно в единицах механической энергии — килограммометрах (величине грузопереработки за смену). В санитарных нормах в качестве до­пустимой указывается общая динамическая нагрузка (с участием мышц рук, корпуса и ног) — до 83 ООО кгм за смену, региональная (при работе мышц плеча, пояса) — до 42 ООО кгм. Так, если за смену рабочий перемещает груз весом 20 кг на расстояние 200 м десять раз, то совершает динамическую ра­боту 40 000 кгм (20 кг х 200 м х 20). Сокращение динамической нагрузки достигается рациональной планировкой рабочего места, разработкой опти­мальных маршрутов движения работников, применением средств механиза­ции и автоматизации, малой механизации и т. п.

Статическая работа производится с целью фиксации орудий и предме­тов труда (удержание груза), для поддержания определенной рабочей позы. В основном она выполняется статическими мышцами, которые, сокращаясь, не изменяют длину. Мышцы в этом случае находятся в состоянии длительного сокращения, их отдыха в процессе деятельности не происходит, что часто вызывает затруднение оттока венозной крови. Поэтому очень важно разрабо­тать рациональную рабочую позу, предусмотреть возможность ее перемены в процессе труда (либо физкультминутки — разминки), сконструировать удоб­ные рукояти органов управления, орудий труда, оснастки, обеспечить удоб­ную рабочую мебель. Измерить величину статической работы можно по рас­ходу энергии — в калориях, или в килограммосекундах. Нормальными в со­ответствии с санитарными нормами, являются в расчете на смену статиче­ская нагрузка на одну руку — до 36 ООО кг-с, на две руки — до 86 ООО кг-с, на все тело — до 123 ООО кг-с. Следует отметить, что для женщин и лиц старше 50 лет допустимые нормы нагрузки берутся в пределах 70% приведенных ве­личин.

Мышечная сила человека в значительной мере зависит от регулирую­щей роли центральной нервной системы. В физиологии известен закон кон­центрации мышечной силы, в соответствии с которым по мере упражнения и совершенствования рабочего динамического стереотипа выполняемое дви­жение точнее локализуется во времени и пространстве, становится ритмич­ным, что ускоряет его выполнение и повышает эффективность. В то же время в труде большое значение имеет мышечная выносливость, способность ра­ботника не только развивать в определенный момент усилие известной вели­чины, но и поддерживать его в течение необходимого времени.

С помощью сухожилий мышцы прикреплены к опорно-скелетному ап­парату, с помощью которого сила их сокращений передается механическому звену (пальцам, ногам и т. п.). Сочленения опорно-скелетного аппарата (на­пример, кисть-палец) можно рассматривать как кинематическую пару, со­члененную подобием шарнира — суставом.

В соответствии с законами механики в любой кинематической паре за­ложены сила рычага и сила сцепления. Двигательный аппарат представляет собой, по-существу, совокупность взаимосвязанных рычагов, которые и по­зволяют совершать механическую работу.

Сила сцепления обеспечивает упорядоченность перемещения тела и его частей в пространстве. Каждый сустав обладает определенной степенью свободы — взаимной подвижностью сочленений в различных направлениях. Две степени свободы (перемещение в одной плоскости, «согнуть-разогнуть») имеют одноосные суставы, например, межфаланговые сочленения пальцев; четыре степени (перемещения в двух взаимно перпендикулярных направле­ниях) — двухосные, например лучезапястный; шесть степеней (в дополнение к сказанному еще и вращение в двух направлениях) — трехосные, как тазо­бедренный.

Сумма всех степеней свободы конечностей и головы человека по от­ношению к туловищу составляет свыше 100, т. е. он в' пределах своего роста и длины рук располагает практически абсолютной свободой действий.

В любом трудовом процессе человек выполняет комплекс связанных определенной целью трудовых движений, называемый двигательным ан­самблем. Последний является физическим воплощением рабочего динамиче­ского стереотипа. Данные законов биомеханики предъявляют определенные требования к i формированию двигательного ансамбля, заключающиеся в следующем.

Большое значение имеет использование силы инерции, что происхо­дит за счет плавности движений, округлости, овальности их траекторий.

Овальные движения соответствуют строению суставов, они в 1,5 раза быст­рее прямых. Плавные движения могут гармонично переходить одно в другое; таким образом сила инерции используется максимально, так как не требуется затрачивать дополнительную энергию на «торможение» одного движения и «разгон» для следующего. С этим связана еще одна рекомендация — непре­рывность движений.

Планировка рабочего места, размещение и параметры основного и вспомогательного оборудования, органов управления инструмента, оснастки, рабочей мебели должны обеспечивать наиболее рациональную протяжен­ность движений, их диапазон (пределы досягаемости) с учетом параметров тела человека.

Необходим учет направленности движений, сочетания работы рук и ног, что обеспечит выигрыш в силе и расходовании энергии, устойчивость рабочей позы. Так, по ГОСТ 21752—76 «Маховики управления и штурвалы», вытянутой прямой рукой оператор может тянуть на себя рукоять с силой до 22 кг, толкать II от себя — до 20 кг, выжимать вверх — до 5,5 кг, тянуть вниз — до 7 кг. Скорость движения рук «от себя» меньше, чем «к себе». В верти­кальном направлении меньше, чем в горизонтальном. Сочетание сгибания правой руки с разгибанием левой повышаете силу, развиваемую правой, на величину до 40%.

Экономию физических усилий, снижение расходования энергии обес­печивает ритмичность движений, физиологический оптимальный темп рабо­ты. Применительно к отдельным звеньям двигательного аппарата оптималь­ный темп не должен превышать 1/5 максимальных возможностей человека, которые составляют: для пальцев — 6 движений в с, для ладони — 3 движе­ния в с, для руки — 80 движений в мин, для ноги — 45 движений в мин, для корпуса — 30 движений в мин. Оптимальный темп находится в обратной за­висимости от величины прилагаемых усилий.

Важно также ограничение статических нагрузок, удобство и устойчи­вость рабочей позы. Обычно, если работа не требует больших физических усилий, рекомендуется поза «сидя» или произвольная, по усмотрению работ­ника; при развитии усилий 10—20 кг — поза «стоя». Однако и рациональная рабочая поза при длительной неизменной фиксации вызывает утомление.

Для оптимизации рабочих движений, формирования рационального двигательного ансамбля разрабатываются нормали рабочих движений (опти­мальные их варианты), при проектировании трудовых процессов использу­ются таблицы усредненных антропометрических показателей, характери­зующих параметры человеческого тела, а также данные по силе различных мышечных групп. На основе этого формируются и некоторые требования к эргономическому обоснованию конструкции и размещения оборудования, органов управления и других параметров системы «человек-техника-среда».

Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль центральной нервной системы в жизнедеятельности че­ловека? Какие основные процессы в нервной системе обеспечивают выпол­нение ее функций?

2. Сущность понятия«рефлекс». Особенности безусловных и условных рефлексов. Приведите примеры.

3. Какова роль второй сигнальной системы в обучении и трудовой дея­тельности человека?

4. Охарактеризуйте понятие «рабочий динамический стереотип» и ус­ловия его формирования. Приведите пример формирования рабочего дина­мического стереотипа в своей трудовой деятельности. Приведите примеры интерференции и переноса навыков.

5. Охарактеризуйте основные типы нервной системы и их особенности с точки зрении трудовой деятельности.

6. Раскройте сущность и основные стогны процесса обмена веществ. Какие основные виды обменных процессов Вы знаете?

7. В чем заключаются и как изменяются в процессе труда функции сер- дечно-сосудиетой и дыхательной систем?

8. Что представляет собой двигательный аппарат человека? Охаракте­ризуйте его основные элементы.

9. В чем особенности статических и динамических физических нагру­зок? Каковы методы их измерения и снижения в процессе труда?

10. Перечислите основные требования к формированию рационального двигательного ансамбля.