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 импульсаций, 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 83 000 кгм за смену, региональ­ная (при работе мышц плеча, пояса) — до 42 000 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 36 000 кг-с, на две руки — до 86 000 кг-с, на все тело — до 123 000 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 сердечно-сосудистой 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.