Экология и безопасность жизнедеятельности / Egorov - Posobiye po bezopasnosti zhiznedeyatelnosti 2003

Вся трудовая деятельность протекает по по фазам. Фазы работоспособности человека в течение рабочей смены приводится на риc 5.2 [28].

Из приведённого рисунка видно, что в начальный период наблюдается фаза врабатываемости, затем фаза устойчивой работоспособности и, наконец, фаза снижения работоспособности, наступающая в результате развивающегося утомления. В конце работы может наблюдаться т.н. конечный порыв за акт эмоционально – волевого напряжения.

В первой фазе совершенствуется динамический стереотип, формируется рабочая доминанта зависимости от характера труда и индивидуальных особенностей эта фаза длится от нескольких минут до 1,5 часов, а иногда больше.

Рис. 5.2 Характер изменения работоспособности в течение рабочего дня.

Фаза устойчивой работоспособности в зависимости от тяжести труда может удерживаться в течение 2 - 2,5 часов и более. Для этой фазы характерно сочетание высоких показателей результатов труда с относительной стабильностью или даже некоторым снижением напряжённости физиологических функций, физиологической нормой этой фазы считается 2/3 смены.

В третью и четвёртую (утомление) фазы в результате развивающегося утомления снижается функциональная работоспособность основных работающих структур. В результате снижается скорость реакций, притупляется внимание, появляются лишние и ошибочные движения и, как следствие, уменьшается выработка, растёт брак.

Описанные фазы работоспособности повторяются и после обеда. Но при этом фаза врабатываемости протекает быстрее, фаза устойчивой работоспособности по уровню ниже и менее длительна, снижение работоспособности наступает раньше и развивается быстрее. Соответственно могут быть отслежены показатели: выработка; брак, %; затраты времени на операцию, с; простои оборудования, % к обслуживаемому; частота ошибок.

Развитию утомления могут способствовать повышенная тяжесть и напряжённость труда, слишком высокий и слишком низкий ритм и темп трудовой деятельности, монотонность труда, отклонение от гигиенических нормативов, рабочая поза и отсутствие (или наличие) соответствия конструкции производственного оборудования и организации рабочего места требованиям эргономики. Влияние специфики выполняемой работы характеризует рис. 5.3 [28].

Н а основании кривых работоспособности устанавливается норма времени на отдых в зависимости от характера и продолжительности работы. В течении суток работоспособность также изменяется определенным образом (рис.5.4) [28]. На кривой работоспособности, записанной в течение суток, выделяются три интервала, отражающие колебания работоспособности. С 6 до 15 ч – первый интервал, во время которого работоспособность

311

постепенно повышается. Она достигает своего максимума к 10 – 12 ч, а затем постепенно начинает понижаться. Во втором интервале (15 …22 ч) работоспособность повышается, достигая максимума к 18 ч , а затем начинает уменьшаться до 22 ч. Третий интервал (22…6 ч) характеризуется тем, что работоспасобность существенно снижается и достигает

своего минимума около трех часов утра, затем начинает возрастать, оставаясь при этом, однако ниже среднего уровня.

Рис.5.3 Изменение работоспособности человека в течение рабочего дня в зависимости от вида вполняемой работы

а- легкая физическая нагрузка и рыциональная скорость выполнения операций; б - обслуживание сложного пульта управления; в – средняя физическая нагрузка; г- згачительная физическая нагрузка при

большой концентрации внимания и выполнения быстрых и точных движений; д – постые зрительные работы; е

– сложные зрительные работы.

Рис.5.4. Колебания работоспособности в течении суток [28]

По дням недели работоспособность также меняется (рис 5.5) [28]. Врабатывание приходится на понедельник, высокая работоспособность – на вторник, среду и четверг, а развивающееся утомление на пятницу и особенно на субботу.

312

Изменение функционального состояния органов и систем при развитии утомления отслеживается по показателям скорости двигательных реакций на зрительные и слуховые раздражители по состоянию анализаторов, их функциональной подвижности; экскреции катехоламинов, креатина, кетостероидов, протеинов; уровню сахара в крови, вязкости крови и другим биохимическим показателям.

Биологическое значение утомления. Утомление - это приспособительная реакция организма, предохраняющая исполнительный аппарат - прежде всего за счёт уменьшения работоспособности корковых центров - от глубоких местных сдвигов и позволяющая возобновить работу после отдыха, поскольку функциональные траты не успевают широко развиться к моменту наступления утомления.

Умеренное утомление не является нашим врагом, оно биологически полезно. Наступив сегодня, оно становится предпосылкой роста производительности труда завтра.

Если интенсивность трудовой деятельности остаётся невысокой, восстановление функционального потенциала физиологических систем полностью происходит во время выполнения работы.

При возрастании трудовой нагрузки восстановление затрат не успевает произойти во время работы и переносится на период после её прекращения - послерабочий отдых, т.к. в конце периода работы наступает состояние утомления.

Если физиологические затраты и соответствующий уровень утомления в период деятельности были достаточно велики и было обеспечено необходимое время на их восстановление, то в процессе восстановления будет не только достигнут исходный уровень функционального состояния, но и его определённое повышение, т.е. наблюдается эффект тренировки (упражнение).

Если после работы отдых оказывается недостаточным для восстановления работоспособности к началу следующего трудового периода, то будет происходить накопление (кумуляция) утомления.

При продолжении работы кумуляция утомления может привести к появлению признаков переутомления, т.е. хронического утомления, не ликвидируемого за обычные периоды отдыха: ежедневного, еженедельного. Признаками переутомления являются:

-быстрое падение работоспособности в течение рабочего дня - первая степень;

-снижение работоспособности против обычной в первый час работы - вторая степень. Хроническое переутомление отмечает наличие утомления ещё до начала работы,

повышенная раздражительность, снижение интереса к работе, к окружающим, нарушение сна, потеря аппетита. Такое состояние может быть определено как перенапряжение - пограничное состояние между нормой и патологией, чреватое возникновением общих и профессиональных заболеваний вследствие снижения сопротивляемости организма.

В любом случае развитие утомления – угроза безопасности.

Для сохранения высокого уровня работоспособности необходимо отодвинуть время наступления утомления, влияя на физиологические механизмы его формирования, о чём будет говориться в последующем материале.

Следует, однако, помнить, что, помимо физиологических факторов, на скорость развития у работающего человека процесса утомления влияет целый ряд факторов иного свойства.

Социальные факторы: материальное и культурное благосостояние (жизненный уровень), уверенность или неуверенность в завтрашнем дне, интенсивность темпа жизни.

Внутренние факторы: здоровье, конституционные особенности нервной системы, эндокринная система.

314

Санитарно-гигиенические факторы внешней среды, в том числе отрицательные неблагоприятный микроклимат, шум, загазованность и др. Положительно влияют рациональное освещение, оформление рабочих мест в соответствии с требованиями производственной эстетики и др.

Рационализация трудовых процессов: механизация и автоматизация их, конвейерные формы труда, совершенствование рабочих движений, рабочей позы, рабочего места.

Психологический фактор мотивации труда.

Широкое и рациональное использование этих факторов - безусловный залог снижения утомления и повышения производительности труда.

Специальные методы, направленные на физиологические механизмы развития утомления, можно подразделить на две группы:

- меры устойчивого длительного повышения работоспособности;

-меры, применяемые для временной стимуляции - допинги.

Кпервой группе относятся производственное обучение, профотбор рационализация режимов труда и отдыха, активный отдых.

Эффект активного отдыха открыт И.М. Сеченовым. В опыте с работой мышц на эргографе он установил, что после наступления утомления мышц одной руки восстановление их работоспособности происходит быстрее и лучше, если во время отдыха этой руки будут работать мышцы другой руки. Этот эффект, связанный с динамикой процессов возбуждения

иторможения в коре головного мозга, получил название эффекта активного отдыха и широко используется физиологами при рационализации трудовых процессов.

5.1.4 Влияние тяжести, напряженности, темпа и ритма труда на безопасность

Тяжесть труда в узком понимании – количественная характеристика физического труда. В широком понимании под тяжестью работы (труда) понимается степень совокупного воздействия всех факторов условий труда – санитарно-гигиенических, социальнопсихологических и прочих на работоспособность человека и его здоровье.

Физическим трудом (работой) называют вид производственной деятельности, связанный с существенными энергетическими затратами, обеспечивающими усилия опорнодвигательного аппарата и систем, необходимых для его функционирования.

Физическая работа подразделяется по следующим признакам.

Работа относится к локальной, если при её выполнении используется менее одной трети всей мышечной массы. Практически к локальной работе её относят, если в ней участвуют мышцы обеих рук.

Если в работе участвует одна десятая мышечной массы, работу считают

узколокальной.

Работа называется региональной, если используется от одной до двух третей всех мышц. К региональной относится работа, выполняемая обеими руками с участием большинства мышц туловища, а также ходьба без перемещения больших грузов;

Работа относится к глобальной, если задействованы более двух третей мышечной массы. Глобальной считают работу если задействованы три или четыре конечности с участием мышц туловища.

Хотя технический прогресс вытесняет физический труд, около 1% работающих, тем не менее, заняты тяжёлым физическим трудом, а около 20 - 30% связаны с ручными

315

немеханизированными формами труда - локальной работой. Поэтому основной задачей является механизация и автоматизация производственных процессов, уменьшение физической тяжести труда, нормирование физической тяжести труда в соответствии с физиологическими возможностями человеческого организма

Опорно-двигательный аппарат человека состоит из костного скелета и прикреплённых к костям скелетных мышц. Подвижность костей скелета возможна благодаря многочисленным суставам, укреплённым связками. Получается сложная шарнирная система, в которой возможны движения: сгибание-разгибание, отведение-приведение, вращения, зависящие от вида сустава. В отличие от технических механизмов биокинетические механизмы характеризуются временными силовыми связями, налагаемыми на кинематическую цепь. Осуществление рабочих движений происходит лишь одним распределением мышечных напряжений. Сумма степеней свободы в кинематической цепи очень велика в концевых звеньях. Так, кисть руки имеет по отношению к лопатке 7 степеней свободы, кончик пальца по отношению к грудной клетке 16,по отношению к неподвижной стопе -32. Однако, в каждый момент исключаются все степени свободы, кроме одной, соответствующей целесообразному движению.

Каждое рабочее движение получает определённость благодаря центральному регулированию, когда происходит определённая последовательность включения в работу различных мышц и их групп. Эта упорядоченная в пространстве и времени единая система условных рефлексов, воспроизводимая при каждом законченном движении, получила название рабочий двигательный стереотип. В блок-схеме двигательной реакции задающим, программирующим и регулирующим устройством является центральная нервная система, эффектором - мышца, рецептором восприятия - мышечный проприоцептор, сличающим прибором - зрительный анализатор.

Скелетная мускулатура, участвующая в произвольных движениях, состоит из поперечно-полосатых мышц. Поперечно-полосатая мышца состоит из нитей актина и миозина, которые скользят, входят в промежутки между другими, уменьшают длину, обеспечивая напряжение, сокращение и движение. Свойства мышцы, знание которых необходимо для построения рабочих гипотез о рациональной организации физического труда, изучались на нервно-мышечном препарате - седалищном нерве и икроножной мышце лягушки. Основное свойство мышцы - способность развивать напряжение. Различают следующие типы сокращения мышцы и работы:

-динамическое сокращение (изотоническое) и, как результат - положительная работа;

-статическое сокращение (изометрическое) и нулевая работа мышц, например, работа мышц туловища, необходимая для поддержания его в вертикальном положении;

-плиометрическое сокращение, когда мышца развивает напряжение при увеличении

еедлины, способствуя регулированию скорости движений, и, как результат, отрицательная работа. Например, увеличение длины мышцы-разгибателя сустава при движении сгибания.

Из сказанного следует, что опорно-двигательный аппарат человека в процессе трудовой деятельности выполняет два вида работы: динамическую и статическую.

Динамическая работа. При оценке энерготрат и степени тяжести той или иной внешней механической работы следует помнить, что нормируется т.н. полезная работа, рассчитываемая как произведение силы на путь и на косинус угла между направлением силы

ипути. Полная же динамическая работа мышц может быть определена по формуле:

А= (РН +РL/9+PH1/2)К,

316

где А - количество механической работы, выполненной мышечным аппаратом, кгм,

Р - масса перемещаемого груза, кг, Н - высота подъёма груза, м, L - расстояние перемещения груза по горизонтали, м, Н1 - расстояние опускания груза, м, К - коэффициент, равный 6 .Он вводится, поскольку полная внешняя механическая работа мышц в среднем в 6 раз превышает полезную, затрачиваемую непосредственно на перемещение груза.

Необходимость введения коэффициента объясняется тем, что значительная часть энергии расходуется на перемещение вместе с грузом в пространстве тела человека и отдельных его частей, на статическую работу. Усреднённый КПД при выполнении работы за счёт мышц рук и плечевого пояса равен 10% с колебаниями от 6 до 16%;при участии мышц корпуса и ног 20% с колебаниями от 12 до 24%. В целом же усреднённый коэффициент получается равным приблизительно 17%.

Для того, чтобы перевести величину внешней механической работы - полной или полезной - в реальные условия энергетических трат организма, следует помнить, что 1 ккал тепловой энергии эквивалентна 427 кгм работы.

Статическая работа - это поддержание человеком усилий без перемещения тела, рук и ног в пространстве. Она выражается через импульс силы (F Т) в кгс и определяется хронометражем. Статическая работа более утомительна. Это обусловлено как особенностями центральной регуляции («долбление в одну точку»,имея в виду соответствующие нервные центры коры головного мозга),так и своеобразием кровообращения через работающие мышцы.

Поскольку организму небезразлично, за какое время выполняется та или иная работа, существует понятие - мощность работы (темп) -определяемая по формуле:

N = A/TK1,

где N -мощность работы, Вт/с; Т - время, за которое совершается работа, с; K1 - коэффициент перевода кгм в Вт; К1 = 10.

Мощность работы является одним из основных факторов, определяющих физическую тяжесть труда. Дополнительным показателем является максимальная величина перемещаемого груза. Для оценки статической (и динамической) работы используется понятие выносливость - способность длительно осуществлять и поддерживать мышечное усилие. Выносливость оценивается в % от первоначальной, зафиксированной в начале работы. Длительно поддерживать статические мышечные усилия удаётся, если они очень невелики и не превышают 7-8% (до 20%) от максимальных, доступных мышце: F<20%Fmax,

При динамической работе выносливость оценивается по предельному времени и предельной работе заданной мощности или с помощью велоэргометра.

Степень физической тяжести труда нормируется. Если примерно до 1950 года физиология труда больше занималась изучением вопросов, связанных с утомлением и переутомлением, то на современном этапе изучаются новые проблемы: напряжение и перенапряжение, связанные в основном с информационной перегрузкой головного мозга, с дефицитом времени в условиях хронического эмоционального стресса.

Напряженность труда - это характеристика трудовой деятельности, отражающая физиологическую стоимость нагрузки при психической работе, сопровождающейся активацией корковых структур. Любая умственная работа вызывает нервно-эмоциональное напряжение. Эмоциональное напряжение возникает от осознания значимости работы, её опасности, ответственности и т.п. Обостряется восприятие, внимание, память, сопровождающиеся вегетативными сдвигами в организме. Эмоциональное решение сложных

317

мыслительных задач опережает их интеллектуальное решение. Для каждого рода деятельности необходим определённый оптимум эмоционального напряжения.

Причинами повышения напряжения организма и нарушения адекватной регуляции функций являются высокая нагрузка на звенья цепи анализатора, например, необходимы тонкие различения -зрительные и слуховые - или точные и быстрые движения, или принятие решений при дефиците времени.

Анализ распространённых нервных и особенно сердечно-сосудистых заболеваний среди работников разных форм умственного труда показал, что сам по себе напряжённый умственный труд, не осложнённый эмоциональными факторами, не вызывает неблагоприятного влияния на организм человека. К дестабилизации функций нервной и сердечно-сосудистой систем приводят как длительное и постоянное нервное напряжение, так и однократные стрессовые воздействия.

На современных предприятиях уходит в прошлое тяжёлый физический труд, но возрастает число людей, занятых выполнением простых однообразных операций с ограничением мышечных усилий и общей подвижности, появляется монотонный труд. По состоянию на 1983 г таким трудом в США было занято 70% работающих, в СССР - около трети.

Монотонность (греч.) - однообразие, однообразно повторяющийся процесс. Признаки монотонности: число элементов в повторяющихся операциях - 5 и менее, продолжительность простого производственного задания – 24 с и менее. Монотонность труда свойственна многим видам работ в машиностроении, приборостроении, лёгкой, пищевой и других отраслях промышленности, где имеются поточно-механизированые и конвейерные линии. Монотонность характерна и для рабочих профессий, в которых преобладают однотипные и мелкие операции, выполняемые не на конвейерах: это станочники, штамповщики, прессовщики, ткачи, печатники, аппаратчики, операторы полуавтоматов, пультов управления и другие.

Состояние монотонии - комплекс физиологических (объективных) и психологических (субъективных) изменений в организме человека, развивающихся при однообразном труде. Монотонный труд прежде всего вызывает изменения функционального состояния в центральной нервной системе - снижение возбудимости. Корковая клетка под влиянием однообразных раздражений - «долбление в одну клетку» - рано или поздно приходит в тормозное состояние, которое распространяется по коре головного мозга и в крайнем его выражении проявляется у человека сонным состоянием. Электроэнцефалограмма показывает одновременное увеличение альфа - и тета - ритмов, что свидетельствует о снижении активности и параллельном напряжении, направленном на преодоление снижения активности, с тем, чтобы обеспечить продолжение работы. Одновременно снижается частота сердечных сокращений (на 25 - 30), снижается артериальное давление, дыхательная активность.

Субъективно рабочие испытывают скуку, снижается интерес к работе, появляется сонливость, апатия, рассеянность внимания, раздражительность, неудовлетворённость.Чем меньше повторяющихся элементов в рабочих циклах, чем проще элементы и вся операция в целом, тем в большей степени развивается монотония. Чем меньше информации воспринимает оператор, чем менее содержательна и ответственна работа, чем продолжительнее пустые интервалы, тем монотоннее трудовой процесс. Чем меньше число объектов наблюдения у оператора и чем ограниченнее зона их расположения, тем больше монотонность труда.

Развитию состояния монотонии способствует гипокинезия, фиксированная рабочая

318

поза, отсутствие возможности отвлекаться во время работы.

При этих видах трудовой деятельности 50 - 60% работающих обычно недовольны работой. Их число уменьшается с увеличением стажа - идёт т.н. пассивный профотбор, т.к. многие недовольные уходят. Ощущение монотонности возникает на 2-ом году работы и возрастает в динамике. Параллельно возрастает число жалоб на снижение работоспособности.

Развитие состояния монотонии зависит:

-от уровня квалификации. Монотония быстрее развивается у профессионалов с отработанным автоматизмом;

-от устойчивости к ней. Всех людей можно разделить на монотофилов и монотофобов;

-от типа нервной деятельности. Менее чувствительны к монотонии люди со слабым типом нервной системы - интраверты.

Влияние монотонии на производственные показатели заключается в снижении «надёжности» работающего человека, что особенно актуально для «опасных» профессий. В большинстве случаев ухудшаются качественные и количественные показатели работы, возрастает опасность травматизма, растёт текучесть кадров.

В разделении монотонного труда просматриваются две основные категории:

-труд, при котором состояние монотонии возникает в связи с выполнением однообразных движений и имеет место перегрузка отдельных отделов коры головного мозга информацией;

-труд, при котором монотония возникает в связи с монотонностью обстановки и вызывается дефицитом информации.

Развитие монотонии усугубляет низкая ответственность и малая двигательная активность.

Монотонность в конвейерных видах труда и ряде других трудовых процессов часто сочетается с ограниченной подвижностью человека, для обозначения чего употребляются

термины ″гиподинамия″ (″адинамия″) и ″гипокинезия″. Понятие ″гиподинамия″ применяется, когда малы мышечные усилия (динамо - сила), наблюдается недостаток движений, нагрузки носят локальный характер. Понятие ″гипокинезия″ (кинезис - движение) используется, когда, кроме названных признаков, низок уровень энерготрат, имеет место локальный характер, однообразие и упрощение мышечных действий, вынужденная поза со статическим напряжением ограниченных групп мышц. Минимумом энерготрат считается затрата 1,5 - 2 ккал в минуту или менее 800 - 1200 ккал в сутки на трудовые функции.

Гипокинезия рассматривается как фактор риска, имеющий значение для развития таких заболеваний, как гипертоническая болезнь, остеохондроз, снижение сопротивляемости организма, усиления влияния на человека отрицательных эмоций. Сочетание монотонности с гипокинезией усиливает эффект снижения работоспособности организма.

Специфической особенностью поточно-конвейерного способа производства является его ритмичность.

Рабочий ритм - правильное чередование во времени отдельных элементов работы и пауз между ними. Физиологическое значение ритма состоит в том, что условным раздражителем становления и последующего изменения двигательного динамического стереотипа является время. Ритм в работе создаёт основу для высокой производительности и одновременно делает работу менее утомительной. Нарушение ритма вызывает значительное перенапряжение нервной системы из-за необходимости восстановления усвоения ритма, нарушение работоспособности, срывы высшей нервной деятельности - неврозы.

319

В трудовой деятельности ритм неотделим от темпа. Под рабочим темпом, понимают число повторяющихся законченных циклов рабочих движений (операций) в единицу времени. Темп рабочих операций зависит от скорости протекания нервно-рефлекторных реакций. Скорость эта зависит от мышечного, рефлекторного и церебрального механизма замыкания рефлекторной дуги.

Так, продолжительность одиночного мышечного сокращения зависит в первую очередь от величины нагрузки на мышцу. Максимальная производительность мышцы соответствует развитию активного процесса в мышце 1 раз в секунду, оптимальная производительность при этом равна 1/4 или 25%. Работа человека наиболее производительна при нажимании на педаль велосипеда 60-70 раз в минуту, наименее утомительна ходьба при ходьбе человека со скоростью 60 шагов в минуту, приблизительно в таком же темпе в течение всей жизни работает и сердце человека.

Рефлекторный механизм предполагает, что сигнал с анализатора в виде возбуждения распространяется по рефлекторной дуге. Важнейшей особенностью функционирования рефлекторной дуги является существование, скрытого времени между моментом возникновения сигнала и ответной двигательной реакцией. Продолжительность скрытого времени зависит от анализатора, через который осуществляется двигательная реакция, от состава нейронов дуги и свойств проводящих путей, от протяжённости нейронного пути. Так, реакции на световой раздражитель требуют больше времени, чем на звуковой; двигательный ответ пальцами требует меньше времени, чем ладонью.

Корковый центральный механизм определяется уровнем функциональной подвижности процессов возбуждения и торможения, превышение пределов подвижности ведёт к истощению нервных клеток и развитию торможения.

Вот поэтому чрезвычайно большие скорости или замедления в конвейере, где рабочий темп задаётся не самим человеком, отрицательно влияют на состояние физиологических функций работающих и в конечном итоге на их работоспособность.

5.1.5 Эргономические факторы повышения безопасности труда.

Процесс постепенной замены естественных функций человека средствами техники достиг особой значимости в период современной научно-технической революции. Механизация, электрификация, автоматизация производственных процессов, применение программных устройств, счётно-решающих и электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и автоматических схем управления (АСУ) изменили уровень и характер труда человека. Внедрение пульта управления позволило вынести производство за пределы технологического процесса, а применение ЭВМ исключает необходимость наблюдения за сигнальными устройствами.

Проблему гуманизации отношений человека с техникой призвана решить возникшая инженерная наука - эргономика. В её задачу входит необходимость решить вопрос взаимоотношений человека с техникой с точки зрения соответствия конструкций технических устройств анатомо-физиологическим и психологическим возможностям человека.

Эргономическая система ″Человек-машина″ (ЧМ), а правильнее ″Человек - Машина - Среда″ (ЧМС) означает, что человек, применяя то или иное орудие или обслуживая то или

320