Основы эргономики (Курс «Валеология») (96

которое можно назвать производственной эффективностью, следует иметь в виду другой вид эффективности, свойственный только системам, где paбoтaeт человек, – социально-личностную эффективность. Дело в том, что между техническим процессом и человеком существует взаимодействие, которое физиологи определяют как обратную биологическую связь. В настоящее время нет количественных показателей социально-личностной эффективности СЧМ. Однако учет этой характеристики, даже в ориентировочном качественном выражении, является существенной задачей при разработке и эксплуатации конкретных СЧМ.

На любом уровне рассмотрения СЧМ в основе показателей, выбираемых для оценки эффективности, лежит характеристика изменений свойств предмета труда. Эти свойства можно сгруппировать в три класса: 1) материальные, 2) энергетические, 3) информационные. Особым свойством является время, необходимое для изменения перечисленных выше свойств на требуемую величину. Для того чтобы СЧМ могла решать поставленную задачу, она должна обладать рядом свойств, характеризующих ее приспособленность к выполнению данной задачи. Cовокупность этих свойств характеризует адекватность системы.

Адекватность определяется:

1)информационной организацией СЧМ (наличием в структуре системы необходимых блоков, программ переработки информации, каналов связи, обученного соответствующим образом персонала и другими факторами);

2)физическими характеристиками (механическими, энергетическими и т. п.);

3)средствами активации функционирования (устройствами приведения в готовность, переключения работы с одного режима на другой и т. п.);

4)обеспечением с помощью эргономического подхода оптимальной адаптации человека к производственным нагрузкам.

Применительно к человеку информационная адекватность

определяется свойствами концептуальной модели. В ее содержание входит некоторый набор образов и моделей реальной и прогнозируемой обстановки, в которой функционирует система управления, и знание совокупности возможных управляющих и исполнительных действий и свойств системы управления. Основу этой группы качеств составляют функциональная организация и свойства анализаторов центральной нервной системы, психофизиологические законы преобразования информации человеком в

21

процессе деятельности. Физическая адекватность характеризует антропометрическое и силовое соответствие человека решаемым задачам.

Активационная адекватность определяется мотивами, уста-

новками, потребностями, заинтересованностью человека в выполнении данного вида деятельности, характером эмоциональных реакций, свойствами внимания.

Базовая адекватность определяется функционированием сер- дечно-сосудистой и дыхательной систем (в целом – вегетативных систем организма), особенностями биохимических процессов и психическими состояниями.

Адекватность трех видов – активационная, физическая и базовая – определяет в целом работоспособность человека, его приспособляемость к специфике производственного процесса.

Есть еще ряд понятий, характеризующих по разным показателям группы свойств СЧМ. Наиболее употребительны понятия, определяющие:

1)состояние СЧМ и ее составных частей, например: готовность, врабатываемость, рабочее состояние, состояние хранения – покоя;

2)переходные свойства, т. е. возможность преднамеренного перевода СЧМ из состояния хранения в рабочее состояние и обратно, oпeративность, мобильность и т. д ;

3)устойчивость, восстанавливаемость и пр.

Особое значение имеют такие характеристики СЧМ и ее составных частей, как выходные показатели и цена функционирования (это понятие раскрывается ниже). По выходным показателям определяют качество функционирования СЧМ (в том числе и качество деятельности человека как компонента системы). К выходным показателям относится также надежность. Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Таким образом, понятие надежности, поскольку оно определяется через заданные функции, следует считать производным от понятия эффективности. Это значит, что надежность связана со всеми свойствами системы, обеспечивающими ее адекватность, и проявляется через выполнение или невыполнение задачи благодаря тому или иному качеству функционирования.

Техногенные катастрофы происходят даже при совершенстве инженерного расчета. Анализ показывает, что на их количество в основном влияет человеческий фактор.

22

Отказом следует считать любое изменение функционирования СЧМ или ее частей, приводящее к невыполнению задачи на данном уровне рассмотрения системы. Все сказанное относится и к деятельности (действиям, операциям) человека. Временные отказы, обусловленные не потерей работоспособности психофизиологических систем, а неадекватностью информационных преобразований, являются ошибками.

Ценой (или величиной расходов) называются затраты материальных, энергетических или структурно-информационных средств на функционирование. Применительно к деятельности человека под ценой, очевидно, следует понимать напряженность физиологических функций и психических процессов, обеспечивающих осуществление деятельности определенного качества человеком.

Эргономическая оптимизация конкретной СЧМ невозможна без знания функциональной организации этой системы, в которой человек является основным компонентом. Поэтому определение структуры трудовой деятельности человека – необходимый этап любой эргономической paбoты.

Под структурой деятельности оператора понимается динамическая организация действий и операций, выполняемых человеком в процессе достижения определенной цели. Эта организация складывается из двух групп процессов, существенно отличающихся по своей роли в деятельности оператора. Первая группа – поведенческие информационные и биомеханические преобразования, представляющие собой суть трудового процесса и составляющие основу информационной и физической адекватности. Вторая группа – функции, обеспечивающие указанные преобразования биохимического, энергетического и психического характера (психические состояния) и составляющие основу активационной и базовой адекватности.

В определенной полосе физиологической и психологической нормы процессы первой группы протекают относительно независимо от процессов второй группы, и влияние факторов, непосредственно обеспечивающих повышение качества трудовой деятельности, практически не связано с влиянием факторов, обеспечивающих оптимизацию функционального состояния организма человека. Иначе говоря, при нормальном физиологическом и психическом состоянии человека можно в широчайших пределах варьировать характеристики сигналов, поступающих на пульт оператора, нагрузку на органы управления, формировать те или иные навыки или способы действия и т. п., изменяя качество его деятельности от мак-

23

симального до нулевого. В то же время благодаря психофизиологическим механизмам, лежащим в основе активационной адекватности, человек обладает способностью поддерживать трудовую деятельность на необходимом уровне, несмотря на довольно значительные изменения состояния организма.

В ряде случаев (особенно при работе в непривычных условиях среды) функциональное состояние организма человека может значительно отклониться от диапазона физиологической восприимчивости. В таких случаях при профессиональной некомпетентности могут возникать реакции, характеризуемые как социально-психо- логическая дезадаптация. Поэтому эргономическое нормирование должно соответствовать теории биотехнических систем, разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана академиком Г.А. Николаевым и профессором В.И. Лощиловым [5]. В соответствии с этой теорией параметры технической системы должны гармонично соответствовать физиологическим параметрам человека.

Научный прогноз может не полностью соответствовать реальной ситуации, но существующие различия находятся в пределах устойчивости биотехнической системы.

Специфика нормирования в эргономике состоит в том, что здесь уже нельзя ограничиться одним-двумя уровнями значений критерия типа «допустимо» или «предельно допустимо» (как это принято в физиологии труда и гигиене). Характеристики психофизиологического состояния оператора в СЧМ следует представлять в виде номограмм или таблиц, показывающих, как изменяются свойства концептуальной модели и показатели качества деятельности и как меняются физиологические и психические показатели, непосредственно связанные со здоровьем, физическим и психическим состоянием человека. Такое динамическое нормирование в эргономике совершенно необходимо, поскольку любые конструкторские и эксплуатационные решения связаны с выбором в многомерной системе показателей того из них (или нескольких), который оптимизирует различные варианты производственного процесса.

Существуют три группы признаков, по которым следует описывать структуру деятельности человека в СЧМ:

1)системные свойства и состав трудового процесса, т. е. характеристика совокупности свойств системы «человек – машина», психических и физиологических процессов;

2)специфическая напряженность, определяющая динамику и интенсивность психофизиологических процессов, лежащих в основе выполняемых человеком действий;

24

3) неспецифическая напряженность, которая характеризует состояние физиологических и психических функций, обеспечивающих работу организма во время трудового процесса.

3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРА

Обычно качество деятельности человека-оператора оценивается результатами его труда по выходным эргономическим показателям.

При этом необходимо учитывать, ценой каких физических и психологических затрат достигается определенный уровень качества деятельности. Такой анализ возможен на базе показателей психофизиологической цены деятельности.

Оценка по выходным эргономическим показателям с учетом цены деятельности позволяет прогнозировать не только эффективность СЧМ, но и состояние человека при длительных сроках работы.

Выходными эргономическими показателями могут служить обычные показатели результативности труда. Желательно, однако, для каждого конкретного вида деятельности выбирать такой комплекс легко регистрируемых показателей, который позволял бы судить о возможных психофизиологических причинах тех или иных изменений качества деятельности. Для этого необходимо предварительно проанализировать структуру деятельности. После выявления наиболее весомых и трудных элементов структуры должны быть выбраны соответствующие компоненты трудового процесса.

Такими компонентами могут быть, например, выполнение относительно стандартных операций считывания показаний приборов ввода данных в вычислительную машину, определение в уме местоположения самолета по двум пеленгам и т. п.

Выходные эргономические показатели деятельности человека могут быть точностными, временными и надежностными.

Именно эти показатели позволяют оценить влияние качества того или иного вида oпeраторской деятельности на эффективность всей системы. Благодаря наличию таких показателей можно провести оптимизацию операторской деятельности в интересах обеспечения требуемой эффективности СЧМ.

Важным показателем, используемым при изучении качества деятельности, является работоспособность, которая определяет

25

потенциальные возможности оператора выполнить конкретную деятельность при заданных режимах работы.

Следует иметь в виду, что выявление возможностей человека еще не позволяет судить о том, как они будут реализовываться в процессе его деятельности. В связи с этим целесообразно разделить показатели работоспособности на две группы: 1) показатели, характеризующие энергетическую (в широком понимании) и информационную обеспеченность рабочих действий человека, и 2) показатели состояния активационных процессов, в ходе которых реализуются его возможности при осуществлении трудовой деятельности.

Показатели энергетической обеспеченности позволяют оценить состояние почти всего комплекса вегетативных функций организма, обусловливающих течение процессов тканевого обмена. Наиболее широко используются показатели состояния сердечнососудистой и дыхательной систем, системы органов движения и некоторые биохимические характеристики, отражающие биоэнергетические особенности тканевого обмена [6].

Один из объективных показателей состояния сердечнососудистой системы – частота пульса. Как правило, в покое частота пульса колеблется между 60–80 ударами в минуту. Однако она зависит от времени суток, возраста, уровня атмосферного давления и ряда других факторов. По мере роста интенсивности физической работы частота пульса увеличивается. Принято считать, что свыше 180 ударов в минуту частота пульса уже не может значительно возрастать (критическая частота пульса по Венкебаху), хотя при комбинированном действии некоторых факторов, например высокой температуры и физической нагрузки, отмечены случаи, когда частота пульса достигала 280 ударов в минуту. Эти данные интерпретируются следующим образом. Если при выполнении физической работы заданной интенсивности частота пульса отклоняется не более чем на 10 %, то следует считать, что сердеч- но-сосудистая система обеспечивает энергетические потребности организма. При учащении пульса вероятно возрастание кислородной недостаточности, которая может привести или к снижению интенсивности работы, или к ее прекращению.

Однако приведенная трактовка не учитывает эмоционального фактора, воздействие которого на состояние сердечно-сосудистой системы весьма значительно. Так, повышение ответственности, даже при выполнении очень легкой физической работы, может привести к значительному учащению пульса.

26

Необходимо учитывать и особенность частоты пульса, связанную с начальным периодом работы, когда организм еще полностью не приспособился к характеру начатой работы. Это стадия гиперкомпенсации, когда частота пульса также превышает частоту, соответствующую физической нагрузке.

Второй показатель – ударный объем сердца. Этот показатель в покое равняется 50–60 мл, а при работе увеличивается до 150 – 200 мл. На практике чаще пользуются производной величиной – минутным объемом, т. е. произведением ударного объема на число ударов сердца в минуту.

Более точные выводы о работоспособности можно сделать по результатам сравнения частоты пульса и ударного объема сердца. Это связано с тем, что чем значительнее увеличение ударного объема опережает частоту пульса, тем выше потенциальная работоспособность человека, и наоборот, уменьшение ударного объема при учащении пульса говорит о сниженной работоспособности.

Третий показатель состояния сердечно-сосудистой системы – артериальное давление (максимальное, минимальное, пульсовое). Исходной величиной максимального (систолического) давления у людей в возрасте 20 – 40 лет является 110 – 120 мм рт. ст., а минимального (диастолического) – 60 – 80 мм рт. ст.

По мере увеличения интенсивности физической нагрузки максимальное давление растет, минимальное меняется по-разному, в зависимости от реакции периферических сосудов. При хорошо выраженной реактивности сосудов минимальное давление может снижаться, хотя в большинстве случаев оно также несколько возрастает.

Для оценки состояния дыхательной системы наиболее часто используются такие показатели, как частота дыхания и объем легочной вентиляции в минуту (минутный объем дыхания). По своей информативности второй показатель более значим. Объем легочной вентиляции зависит в первую очередь от расхода энергии в процессе работы, которая в свою очередь определяется по потреблению кислорода и выделению углекислоты. В ряде случаев используются и некоторые другие показатели, например изменение жизненной емкости легких и коэффициент использования кислорода.

Об энергоресурсах организма и степени их мобилизации в процессе работы можно судить и по некоторым биохимическим и морфологическим показателям крови и мочи. Так, при значительных физических нагрузках наблюдаются изменения красной кро-

27

ви, включающие фазу мобилизации крови, накопленной в организме, но не использующейся, если отсутствуют физические нагрузки. При этом усиливается функция эритропоза (увеличивается число эритроцитов), повышается гемоглобиновый индекс.

Изменяется и картина венозной крови. Изменения биохимических показателей крови, как правило, отражают состояние углеводного обмена. При тяжелой физической работе повышается содержание молочной кислоты, существенно возрастает концентрация глюкозы. В моче также отмечается повышение содержания молочной кислоты, глюкозы, креатинина и креатина.

Несмотря на то что работа оператора, как правило, не требует тяжелого физического труда, целый ряд его состояний характеризуется выраженными энерготратами организма, поэтому приведенные данные могут быть использованы для оценки степени неспецифической напряженности деятельности и при операторской работе, не связанной с тяжелым физическим трудом.

Для оценки специфических сторон деятельности оператора более существенны показатели, характеризующие психофизиологические процессы, непосредственно связанные с переработкой информации.

Состояние анализатора можно оценить с помощью таких показателей, как способность к восприятию количественных характеристик отдельных физических параметров сигнала, способность к восприятию свойств сигнала и способность удерживать наличные характеристики деятельности анализатора на каком-либо уровне (динамические свойства).

Способность к восприятию отдельных параметров сигнала определяется на основании анализа физических характеристик воздействующего объекта: интенсивности, частоты, пространственной и временной протяженности и прерывистости. Этим характеристикам сигнала соответствуют такие субъективные показатели, как сила звука, яркость света, интенсивность давления, высота тона, цвет и т. п.

Наиболее часто используемая для оценки этих показателей шкала – абсолютные и дифференциальные пороги, на основе которых формируются различные оценочные критерии, например шкала фонов, шкала яркостей и т. п.

Способность к восприятию комплексных свойств сигнала определяется на основании оценки восприятия некоторых производных от приведенных выше элементарных свойств сигнала (контраста, восприятия движения и направления, фактуры, объем-

28

ных признаков и т. п.). В основе оценочных критериев здесь также лежит пороговый принцип.

Динамические свойства анализатора оцениваются путем выявления характера изменений, найденных по каким-либо характеристикам показателей восприятия в процессе воздействия изучаемого сигнала или после него. В эту группу входят такие свойства, как адаптация, сенсибилизация, время развития ощущения и т. д. Оценочным критерием служит время, в течение которого достигается фиксированное состояние, или скорость развития процесса.

Выполнение оператором мыслительных действий можно оценивать двумя способами: либо по результатам выполнения этих действий в процессе деятельности, либо с помощью специальных оценочных тестов, требующих отвлечения оператора от его работы.

Для полного суждения о работоспособности оператора необходимо помимо характеристик его деятельности получить сведения о том, как может быть реализован потенциал оператора. Для этого используют один из следующих методов.

1.Метод тестирующих нагрузок, основанный на сравнении показателей деятельности человека-оператора до и после выполнения им дозированных стандартных работ-нагрузок. Довольно широкое распространение этот метод получил при изучении физического труда. При использовании данного метода для изучения умственного труда в качестве функциональных проб используются корректурные таблицы, пробы на внимание, память и др. При этом необходимо, чтобы проба требовала интенсификации деятельности по сравнению с осуществлявшейся до этого, т. е. необходимо обеспечить какую-то степень мобилизации функций.

2.Метод интенсифицирующих нагрузок отличается от пре-

дыдущего тем, что экспериментатор на каком-то этапе деятельности изменяет условия трудового процесса, чтобы увеличить интенсивность труда. Это достигается или сокращением времени выполнения операции (например, путем увеличения скорости конвейера), или увеличением количества информации, одновременно подающейся на информационное поле рабочего места оператора, или каким-либо другим аналогичным способом. Данный метод успешно используется в том случае, когда работа оператора состоит из более или менее однотипных коротких циклов, время которых соизмеримо со временем выполнения тестирующей нагрузки.

3.Метод встроенных нагрузок, при котором в обычную структуру трудовой деятельности вводятся новые, дополнитель-

29

ные операции, тесным образом связанные с рабочим процессом и создающие ряд трудностей для оператора.

Наиболее часто используются такие приемы, как введение отказов или сбоев аппаратуры, уменьшение информации, необходимой для принятия решения, перевод на другой, более сложный, алгоритм работы, введение дополнительной задачи и т. п.

4. Метод длительных нагрузок, как правило, является допол-

нительным по отношению к перечисленным методам и его можно рассматривать как модификацию метода тестирующих нагрузок. Он используется в тех случаях, когда невозможно менять структуру рабочей деятельности оператора или отвлекать его от работы, т. е. он применяется перед началом работы и после ее окончания. Данный метод основан на предположении о том, что использование краткосрочных тестирующих нагрузок не может дать достоверных показателей состояния человека, так как всегда возможна кратковременная мобилизация функционального состояния оператора для выполнения какой-либо кратковременной работы [ 4, 6].

Действительно, в практике психофизиологических исследований нередки случаи, когда оператор, находясь в состоянии явного утомления, показывал при выполнении различных проб прекрасные результаты, иногда даже лучшие, чем в исходном состоянии. Поэтому для суждения о состоянии испытуемого более целесообразно использовать длительные нагрузки, позволяющие исключить влияние временных компенсаций. Для этого используются длительные пробы, в ходе выполнения которых сравниваются результаты, полученные за ряд последовательных коротких отрезков времени, и изучается динамика изменений.

30