5. Основные формы деятельности человека в эргатической системе
Деятельность человека в эргатических системах можно разделить на три основные работы по характеру выполняемых человеком функций:
физический труд,
механизированные формы физического труда,
умственный труд.
Физическим трудом называют выполнение человеком энергетических функций в системе «человек-орудие труда». Тяжесть работы при этом определяется энергетическими затратами в процессе трудовой деятельности. Физический труд подразделяется на следующие категории:
легкие (1а – затраты менее 139 Вт, 1б – от 140 до 175 Вт),
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
средней тяжести (IIа – 175-232 Вт, IIб – 233-290 Вт),
тяжелые (свыше 290 Вт).
Механизированные формы физического труда – это деятельность человека-оператора машины. Деятельность эта может быть двух видов:
детерминированная – по заранее известным правилам, алгоритмам действий,
недетерминированная – когда возможны неожиданные события в выполняемом технологическом процессе, но в то же время известны управляющие действия при появлении неожиданных событий.
Умственный труд (интеллектуальная деятельность). Этот труд объединяет работы, связанные с приемом, переработкой и передачей информации и требующие напряжения внимания, памяти, сенсорного аппарата, активации процессов мышления, эмоциональной сферы (некоторые виды
операторского труда, управление, преподавание, наука, учеба, творчество).
6. Физиологические и психологические нагрузки на человека в эс.
Вопрос о рабочей нагрузке на человека в эргатической системе весьма важен и сложен. Неумение анализировать возможности человека приводит к таким последствиям как:
• низкая производительность труда;
• плохое качество производимой продукции или выполняемой работы;
• ошибки и несчастные случаи;
• аварии и катастрофы.
Изучением человека в ЭС, то есть с позиций его связи с рабочим местом, технологическим процессом и инструментом, с целью согласования условий производства с потребностями работника и адаптации его к интенсивной рабочей нагрузке, условиям труда и трудовому процессу занимаются специальные науки - физиология и психология туда. Здесь в системе "человек- работа" подсистема "человек" характеризуется конкретной квалификацией и степенью рабочей нагрузки, а подсистема "работа" - уровнем рационализации, механизации и автоматизации труда.
В оптимизированной системе рабочая нагрузка должна соответствовать реальным возможностям человека, его работоспособности, то есть быть адекватной. Работоспособность человека зависит, в свою очередь, от трех
основных и равнозначных факторов:
− от приспособленности физиологических функций к трудовой деятель- ности; эта приспособленность может значительно повышаться за счет тени- ровки;
− от эмоционального состояния человека;
− от состояния условий труда.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Пределом работоспособности является общее утомление организма, в основе которого лежат тормозные процессы в ЦНС и ее высшей отделе - коре головного мозга. Само по себе утомление - это реакция организма, сигна- лизирующая о перегрузке, и, тем самым, защищающая он нее организм. Утом- ление - процесс обратимый.
Есть и такое понятие - социально приемлемый уровень рабочей нагрузки,
то есть допустимый, приемлемый для данного общества в данный момент времени. этот уровень постоянно меняется.
Можно ли рабочую нагрузку человека измерить в строго физических
единицах? Если говорить о физической нагрузке, то, очевидно, можно.
Можно выделить следующие физиологические рабочие нагрузки:
1) тяжелая динамическая мышечная работа;
2) динамическая мышечная работа, выполняемая конечностями одной половины тела (работа малых групп мышц).
3) статическая мышечная работа;
4) умственная работа (напряжение функции сосредоточения и внимания).
5) однообразная работа в монотонной обстановке.
6) влияние атмосферных условий (температура и влажность воздуха,
вентиляция, инфракрасное излучение, характер одежды, степень ак-
климатизации организма.
7) напряжение организма, обусловленное другими факторами окружающей среды (например, физическими - шум, блики, плохое освещение, вибрация и социологическими - межличностные отношения или факторы, личностные м групповые проблемы.
Превышение уровней рабочих нагрузок приводит к негативным последствиям: снижению работоспособности, профессиональным заболеваниям, травматизму. В связи с этим существует понятие опасных и вредных факторов.
7. Опасные и вредные факторы
Опасные и вредные факторы. Одна из составляющих безопасности жизнедеятельности - охрана труда использует понятия опасных и вредных факторов. Система стандартов БЖД (ССБТ) дает следующие определения.
Опасным называется производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому резкому ухудшению здоровья.
Вредным называется производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности (ГОСТ 12.0.002-80).
Опасные и вредные факторы в зависимости от характера воздействия
подразделяются на
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
• активные - проявляющиеся благодаря заключенной в них энергии
(ионизирующие излучения, вибрация и т.п.);
• активно - пассивные - проявляющиеся благодаря энергии, заключенной в самом человеке (примером могут служить опасности скользких поверхностей, работы на высоте, острых углов и плохо обработанных поверхностей оборудования и т.п.).
• пассивные - проявляющиеся опосредствованно, как например,
усталостное разрушение материалов, образоование накипи в сосудах и трубах, коррозия и т.п.
Активные факторы могут, таким образом быть классифицированы по виду связанной с ними энергии. Такую классификацию дает ГОСТ 12.0.003-74. В соответствии с ним опасные и вредные факторы подразделяются на четыре группы:
• физические (движущие машины и механизмы, подвижные части производственного оборудования, разрушающиеся конструкции; повышенная запыленность воздуха рабочей зоны; повышенная или пониженная температура поверхностей оборудования, материалов, шум, электромагнитные излучения промышленных и радиочастот, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, лазерное излучение,
ионизирующие излучения, повышенные или пониженные температура,
влажность воздуха, повышенная скорость движения воздуха,
электрический ток, статическое электричество и т.п.)
• химические (химические вещества, присутствующие в воздухе, воде,
почве, продуктах питания);
• биологические (болезнетворные микроорганизмы, вирусы, грибы);
• психофизиологические (стресс, монотония, утомление, сонливость,
алкогольное опьянение и т.п.);
Принцип нормирования. Принцип нормирования опасных и вредных факторов заключается в установлении некоторых предельно допустимых значений уровней интенсивности опасных и вредных факторов, которые не должны превышаться (уровень звука, напряженности электрических и магнитных полей и т.п.), времени их воздействия или же установление диапазонов, за которые не должны выходить некоторые параметры окружающей среды (температура в помещении, освещение и т.п.).
Принцип нормирования, такм образом, это установление пределов
интенсивности и продолжительности воздействия на организм человека факторов окружающей среды.
Важными понятиями эргатических систем являются производственная
среда, рабочая зона, рабочее место, опасная зона, опасная ситуация.
Производственная среда – пространство, в котором осуществляется трудовая деятельности человека. Там же формируются опасные и вредные производственные факторы.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Рабочая зона – пространство над рабочей площадкой, ограниченное высотой 2 м, в котором находятся места постоянного или временного пребывания работающих.
Рабочее место – часть рабочей зоны; оно представляет собой место постоянного или временного пребывания работающих в процессе трудовой деятельности.
Условия труда – сочетание различных факторов, формируемых
элементами производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека.
Опасная зона – пространство, в котором проявляется действие опасных и вредных факторов.
Опасная ситуация (ОС) возникает тогда, когда происходит совмещение опасной зоны и пространство, в котором находится человек (совмещение ноксосферы и гомосферы).
Контрольные вопросы
1. Что является объектом и целью изучения дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» в вузе?
2. С какими научными дисциплинами связана дисциплина «Безопасность труда?
3. Что такое эргономика?
4. Что такое опасность? Дайте определение опасности. Перечислите признаки опасности, ее источники.
5. Что такое остаточный риск, чем он обусловлен?
6. Что такое ноксосфера и гомосфера?
7. Объясните понятие «безопасность» для человека, общества, окружающей среды? Что такое безопасность системы «Человек-машина-среда»?.
8. Назовите основные принципы обеспечения БТ.
9. Что относят к организационным принципам БТ? К управленческим? К
ориентирующим? К техническим?
10. Что такое принцип нормирования?
11. Что такое «защита расстоянием»? Приведите пример реализации этого принципа.
12. Что такое «защита временем». Приведите пример реализации этого
принципа.
13. Назовите методы обеспечения безопасности жизнедеятельности.
14. Что такое средства коллективной защиты? Приведите примеры.
15. Как классифицируются средства индивидуальной и коллективной защиты?
16. Что такое опасный фактор, вредный фактор? Какой документ определяет эти понятия?
17. Приведите классификацию опасных и вредных факторов.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
18. Какие факторы можно отнести к физическим? К химическим? К
биологическим? К психофизиологическим?
19. Назовите источники опасных и вредных факторов производственной среды.
20. Назовите виды и источники опасных и вредных факторов бытовой среды.
2. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА. АНАЛИЗАТОРЫ, ИХ СВОЙСТВА
1. Антропометрические характеристики
2. Анализаторы
2.1.Характеристики анализаторов
2.2 Психофизические законы
3. Надежность человека как элемента эргатической системы
1. Антропометрические характеристики человека
Антропометрические характеристики определяются размерами тела человека и его отдельных частей и используются для проектирования наиболее рациональных условий труда. Они позволяют рассчитывать пространственную организацию рабочего места, устанавливать зоны досягаемости и видимости, конструктивные параметры рабочего места и т.п., обеспечивая тем самым и безопасные условия труда.
Антропометрические характеристики (АХ) подразделяют на статические и динамические. К статическим характеристикам относятся статические размеры отдельных частей тела, размер головы, размеры кисти, стопы. К динамическим характеристикам относятся углы вращения в суставах, зона досягаемости (моторная зона), приросты или эффект движения тела (изменение одного и того же размера при перемещении тела в пространстве). Статические характеристики могут быть линейными, т.е. измеряться в линейных единицах и дуговыми, т.е. измеряться в углах. В зависимости от ориентации тела в пространстве линейные размеры делятся на продольные (высота различных точек над полом или сиденьем), поперечные (ширина плеч, таза и.т.п.), переднезадние (передняя досягаемость руки и т.п.).
Минимальные и максимальные значения антропометрических характеристик используются с учетом выполняемой работы. В случаях, когда оператор должен до чего-то дотягиваться, выбирают минимальные значения, а при определении размеров сиденья, высоты ниши для ног – максимальные. Использование антропометрических характеристик тесно связано с понятием рабочей позы.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Рабочая поза «стоя». Эта поза требует бóльших энергетических затрат, чем при работе сидя и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Для этой позы характерно более быстрое утомление.
Рабочая поза «сидя». Эта поза является менее утомительной, так как резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела. Кроме того, резко сокращаются энергетические затраты.
Надо учитывать, что всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за площадь опоры, будет требовать для поддержания устойчивости значительных мышечных усилий, т.е. статические напряжения. Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, профзаболевания (искривление позвоночника, расширение вен, плоскостопия).
Влияние позы на рабочую нагрузку человека в эргатической системе можно иллюстрировать с помощью коэффициентов. Так, если при прямой позе
«сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составит 1,6, при наклонной позе «сидя» – 4, при наклонной позе «стоя» – 10.
Пространство рабочего места, в котором осуществляется трудовой процесс, может быть разделено на рабочие зоны. Правильное проектирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или локте на уровне рабочей поверхности (т.е. с учетом динамических АХ), а движением рук управляет мозг человека в соответствии со зрительной информацией. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук следует совмещать с зоной, охватываемой зрением (см. рис.
5 4 6
2 3
1
Рис.2 –Структурная схема рабочих зон
Р и с . 1 – З о н а в и д и м о с т и
Рассмотрим рабочие зоны на рис. 2.
Зона 1 – самая благоприятная,
применима для точных и мелких сборочных работ (хорошо работают обе руки и осуществляется зрительный контроль).
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Зоны 2 и 3 хорошо доступны для одной и мало доступны для другой руки; зрительный контроль осложнен. В этих зонах удобно размещать инструменты и материалы, которые рабочий берет правой или левой рукой или органы управления, за которыми не требуется постоянный зрительный контроль.
Зона 4 – запасная, труднодоступная зона; в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 1 и 2.
Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки. В ней можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка или органы управления, которыми пользуются «не глядя».
В соответствии с рабочими зонами и антропометрическими данными проектируются рабочие места в любом производственном процессе и любые машины и механизмы, обслуживаемые человеком.
Органы управления могут быть ручные и ножные. Ручное управление предпочтительнее, причем выгоднее использовать регуляторы, которое приводятся в движение рукой к себе или от себя.
В процессе управления человек должен обязательно прилагать умеренные усилия, так как их отсутствие дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к его перегрузке.
2. Анализаторы.
Связь со средой обитания у человека как и у всех живых существ осуществляется через анализаторы, поэтому при рассмотрении вопросов безопасности жизнедеятельности, создания безопасных условий труда необходимо учитывать характеристики этих анализаторов.
Анализаторы - система специализированных нервных образований, которые воспринимают явления в окружающем мире и внутри организма и обрабатывают полученную информацию.
Анализатор - более широкое понятие, чем «орган чувств». В анализатор входят как периферические рецепторы, так и весь проводящий путь нервных сигналов, включая и ту область коры головного мозга, куда они поступают.
Анализатор состоит из рецептора, проводящих нервных путей и мозгового конца. Путь нервного импульса от воспринимающего нервного образования (рецептора) через ЦНС (центральную нервную систему) до окончания в действующем органе называется рефлекторной дугой (рис. 3).
Различные виды анализаторов в виде схемы представлены на рис. 4.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Рецептор
Проводниковая часть
Эффектор
Зона коры головного мозга
Периферийная часть анализатора
Рис. 3 Рефлекторная дуга
А
н
а
л
и
з
а
т
о
р
ы
Э к с т е р о ц е п т и в н ы е
в о с п р и н и м а ю т и н ф о р м а ц и ю и з о к р у ж а ю щ е й с р е д ы
И н т е р о ц е п т и в н ы е
в о с п р и н и м а ю т и н ф о р м а ц и ю о т в н у т р е н н и х о р г а н о в и с и с т е м
з р и т е л ь н ы й
с л у х о в о й т а к т и л ь н ы й
т е м п е р а т у р н ы й в к у с о в о й
б о л е в о й о б о н я т е л ь н ы й
Рис.4
Характеристики анализаторов
Органы чувств человека, как известно, воспринимают только те раздражители, которые лежат в пределах диапазона, ограниченного их чувствительностью; они способны дифференцировать сигналы лишь тогда, когда различие между ними достигает определенного уровня. Таким образом, важнейшими характеристиками анализаторов являются:
• пороги чувствительности (верхний и нижний);
• порог различения, или дифференциальный порог.
Нижний (абсолютный) порог ощущения - минимальная интенсивность физического раздражителя, при достижении и превышении которой появляется его ощущение.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Если интенсивность раздражителя, превысив абсолютный порог, будет продолжать увеличиваться, то после достижения им некоторого предельного значения адекватное ощущение сигнала станет уже невозможным.
Верхний порог ощущения - максимальная интенсивность раздражителя, при котором еще сохраняется его адекватное (специфическое) восприятие. Например, при превышении верхнего порога ощущения звука он перестает восприниматься как звук - ощущается боль, при дальнейшем превышении
возможно разрушение периферийной части анализатора (разрыв барабанной перепонки).
По нижнему порогу ощущения судят об абсолютной чувствительности анализатора относительно данного раздражителя. Количественно чувствительность (Е0) анализатора по отношению к данному раздражителю принято выражать как величину, обратную интенсивности абсолютного порога (I0) этого раздражителя:
1
Е0
= .
I 0
Кроме нижнего и верхнего порога, в психофизике используется понятие
дифференциального порога ∆I ощущения, или порога различения.
Дифференциальный порог (порог различения) - это минимальное различие интенсивности двух раздражителей, которое возможно распознать по разнице в ощущениях.
3. Основные психофизические законы восприятия
Закон Вебера-Фехнера. Непосредственной основой развития психофизики явились работы немецкого психофизика Э.Г. Вебера, который, изучая связь между интенсивностью физического раздражителя (света, звука, давления на кожу груза) и его ощущением, в 30-х годах прошлого века обнаружил, что ощущения у человека увеличиваются пропорционально не абсолютному приросту интенсивности раздражителя, а его относительному приросту. На основе этих наблюдений Э.Г. Вебер вывел следующий закон, названный его именем:
∆J
= Const ,
J
где J - интенсивность исходного раздражителя
∆J - минимально различимое приращение интенсивности раздражителя
(дифференциальный порог различения).
Действие этого закона можно проиллюстрировать следующим образом.
Если световой раздражитель имеет исходную интенсивность J0 = 100 кандел,
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
то, чтобы ощутить прирост интенсивности света, нужно увеличить ее минимум
*
на ∆J = 1 канделу. Если же исходная интенсивность составляет J0
= 1000
свечей, то, чтобы ощутить прирост интенсивности сигнала, ее надо увеличить минимум на ∆J * кандел. Таким образом, для световых сигналов отношение
∆J
=
0,01;
для звуковых раздражителей оно оказалось равным 0,1.
J
Справедливость этого закона подтверждается, главным образом, при средних интенсивностях раздражителей.
Исходя из закона Э.Г. Вебера, Г.Т. Фехнер, физик и философ XIX в., выражая приращения интенсивности раздражителя и приращения ощущения в дифференциалах, вывел следующую зависимость:
E
=
kIg(J/J0
,
где J0 – значение интенсивности раздражителя, равное нижнему порогу
чувствительности анализатора (абсолютному порогу).
Установленная зависимость получила наименование основного психофизического закона Вебера - Фехнера. Из этого закона следует, что с увеличением интенсивности раздражителя величина его ощущения растет значительно медленнее, чем сам раздражитель - по логарифмическому закону (если интенсивность раздражителя возрастает в 100, в 1000 раз, то величина ощущения по закону натурального логарифма увеличивается соответственно в
∼ 4,6, в ∼ 6,9 раза).
Закон Стивенса. Следует отметить, что закон Вебера - Фехнера справедлив только при средних значениях интенсивностей раздражителей. Вблизи пороговых значений сигнала он не дает достаточно точных соответствий.
В 50-х годах нашего столетия, с разработкой более прямых и точных методов измерения ощущений, С.Стивенсом (S.Stevens) были получены экспериментальные данные, указывающие на то, что связь между интенсивностью стимула и величиной его ощущения правильнее описывать не
логарифмической, а степенной зависимостью следующего вида:
E = k (J - J0) n,
где k - константа, n - показатель, который определяется экспериментально,
обусловлен видом раздражителя и изменяется в пределах от 0,2 до 3,5.
Согласно формулам законов Вебера-Фехнера и Стивенса, при интенсивности раздражителя, равной значению абсолютного порога, ощущение падает до нуля. Отличие формулы С.Стивенса заключается в том, что она предполагает у отдельных раздражителей (для которых n = 1) существование линейной связи между увеличением интенсивности сигнала и уровнем его
ощущения, а для целого ряда раздражителей (с n > 1) - возможность значительно более быстрого роста ощущения, по сравнению с ростом
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
интенсивности раздражителя. Так, если при восприятии яркости, громкости, запахов значение n колеблется в пределах 0,2 - 0,6, а рост величины ощущений, как в законе Вебера - Фехнера, отстает от роста интенсивности соответствующих раздражителей, то при восприятии отдельных раздражителей, например сигналов электрического тока, когда n =3,5, рост ощущений в несколько раз опережает рост интенсивности воздействующего сигнала.
4. Характеристики анализаторов человека
Мы познакомились с важнейшими общими характеристиками анализаторов, такими как пороги чувствительности, порог различения, или дифференциальный порог. Рассмотрим подробнее отдельные виды анализаторов.
Зрительный анализатор. Зрение имеет для человека первостепенное значение. Зрительный анализатор позволяет получить представление о предмете, его цвете, форме, величине, о том, находится ли предмет в движении или покое, о расстоянии его от нас, потенциальной опасности, которую он несет.
Зрительное восприятие начинается с фотохимического процесса. Под влиянием света вещества, находящиеся между наружным слоем сетчатки и сосудистой оболочкой, разлагаются, возбуждая окончания нервных элементов глаза. При этом в соответствующей зоне головного мозга возникает зрительный образ. Кора мозга синтезирует детали зрительного акта и определяет наше отношение к зрительному образу.
Зрительный анализатор человека воспринимает электромагнитное излучение с длиною волн в диапазоне от 0,38 мкм до 0,76 мкм.
Непосредственно наш глаз реагирует на яркость, которая представляет отношение силы света (измеряемой в канделах – кд), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности. Яркость, таким образом, измеряется в кд/м2. При очень больших яркостях (более 30000 кд/м2) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлема яркость до 5000 кд/м2.
Важнейшими характеристиками зрительного анализатора являются световая, контрастная и цветовая чувствительности.
Световая чувствительность. Световая чувствительность различна для различных областей видимого спектра и принимается за единицу при длине волны равной 0,555 мкм. Диапазон чувствительности по яркости весьма велик. Так, нижний порог чувствительности соответствует всего нескольким квантам света, а верхний, при котором создается эффект ослепленности, равен
приблизительно 3⋅104 кд/м2 .
Контрастная чувствительность определяет степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени, т.е. позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
яркости от фона, чтобы его было видно. Контрастная чувствительность зависит от яркости фона, площади сигнала, его длительности.
Цветовая чувствительность. Глаз различает семь основных цветов и
более сотни их оттенков. Оптический анализатор включает два типа
рецепторов:
колбочки
и
палочки.
Первые
являются
аппаратами
хроматического
(цветового) зрения,
вторые
–
ахроматического
(черно-белого).
При
равенстве
энергии
воздействующих
волн
различия
их
длин
ощущается
как
различия
в
цвете
источников
света
или
поверхностей
предметов,
которые
его
отражают.
Зрительный анализатор обладает определенной спектральной
чувствительностью, которая
характеризуется относительной видимостью
монохроматического
излучения,
большая
видимость
днем
соответствует
желто-
оранжевой
части
спектра,
а
ночью
или
в
сумерках - зелено-голубой.
Рис.3. Спектральная чувствительность глаза
Спектральная чувствительность человеческого глаза показана на рис. 3.
При длине волны 0,555 мкм достигается, таким образом, максимум чувствительности зрительного анализатора. Эта особенность зрения учитывается при проектировании средств обеспечения безопасности или предметов, которые должны легко обнаруживаться (например, одежда дорожных рабочих, костюм космонавта, «черный ящик» самолета).
Острота зрения. При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая характеризуется минимальным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. С увеличением освещенности, острота зрения возрастает. При уменьшении контрастности острота зрения снижается. Острота зрения зависит также от места проекции изображения на сетчатке глаза.
Инерция зрения. Ощущение, вызванное световым сигналом, в течение определенного времени сохраняется, несмотря на исчезновение сигнала или
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
изменение его характеристик, в течение 0,1 - 0,2 с. Известно, что при действии прерывистого светового раздражителя возникает ощущение мельканий. Из—а инерционных свойств зрения эти мелькания при определенной частоте сливаются в ровный немигающий свет. Частота, при которой мелькания исчезают, называется критической частотой слияния мельканий. В том случае, когда мелькания света используются в качестве сигнала, оптимальной частотой является частота в пределах 3-10 Гц. Инерция зрения, кроме того, обусловливает стробоскопический эффект. Он заключается в следующем: если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени сохранения зрительного образа (0,1 – 0,2с), то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. При этом возникает, например, иллюзия движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов или иллюзия неподвижности (замедление движения), возникающая, когда движущийся предмет периодически занимает прежнее положение. В частности, при освещении пульсирующим светом вращающиеся части оборудования казаться неподвижными и представлять опасность для человека.
Поле зрения. При восприятии объектов в двухмерном и трехмерном пространстве различают поле зрения и глубинное зрение. Бинокулярное поле зрения охватывает в горизонтальном направлении 120-160°, вертикали вверх -
55-60° и вниз - 65-72°. При восприятии цвета размеры поля зрения снижаются.
Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх - 25°, вниз - 35°, вправо
- °, влево по 32°. Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Так ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30м составляет в
среднем 12% общего расстояния.
Слуховой анализатор. Значительная часть информации об окружающей среде, в том числе о различных опасностях, поступает к человеку в виде звуковых сигналов. Как известно, звук – это колебания упругой среды, звуковая волна распространяется в воздухе, в воде, в твердых телах и является носителем энергии, которую называют силой звука или интенсивностью J
вт
м2 . Основными параметрами звуковых сигналов являются, таким образом,
интенсивность и частота, которые субъективно в слуховых ощущениях воспринимаются как громкость и высота. Но орган слуха (слуховой рецептор)
Т о
воспринимает среднеквадратичное звуковое давление
р 2 =
1 ∫ р 2 ( t ) d t - т.е.
Т 0 о
звуковое давление, усредненное по времени Т0. Для органа слуха человека время усреднения Т0 составляет 30 ÷ 100 мс. Звуковое давление связано с интенсивностью звука зависимостью
−
2
J = p ,
ρ ⋅ c
где ρ - плотность воздуха, с - скорость звука в воздухе.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Рис. 4. Кривые равной громкости
Пороги чувствительности. Нижний порог (порог слышимости) зависит от частоты ощущаемых звуков. На так называемой эталонной частоте 1000 Гц
порог слышимости составляет около 2⋅10-5 Па. Верхним порогом является
порог болевого ощущения, который составляет около 105 Па. Соотношение интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука. Человек
оценивает как одинаково громкие звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, что иллюстрируется кривыми равной громкости, приведенными на рис.4. По оси абсцисс отложены значения частот f в герцах (Гц), по оси ординат – уровни звукового давления в децибелах (см. ниже).
Дифференциальный порог. Абсолютный дифференциальный порог (порог различения частот) равен примерно 2-3 Гц. Относительный дифференциальный порог является почти постоянным и равен 0,002. Максимальная чувствительность слухового анализатора лежит в диапазоне частот 3..5 кГц (см. рис. 5).
Выше было сказано, что чувствительность слухового анализатора по звуковому давлению лежит в диапазоне 2⋅10-5 Па… 105 Па. Интенсивность
В т
звука, соответствующая порогу слышимости ∼10-12
м 2 . Работать с такими
единицами неудобно. Для практических целей были введены понятие логарифмического уровня и специальная единица «Бел» (в честь Белла - изобретатель телефона).
Уровень интенсивности
J
LJ = lg ,
J 0
где J0 - нижний порог чувствительности по интенсивности звука.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Бел – довольно крупная единица. Весь воспринимаемый диапазон звуков укладывается всего в 13-14 Б, поэтому на практике используется в 10 раз меньшая единица - «децибел» [дБ].
J
0
дБ ,
Можно записать подобное выражение и для звукового давления, подставив в формулу выражение для интенсивности. Тогда мы получим величину, которую называют уровнем звукового давления:
L P = 20 lg P P0
дБ , (1.4.9)
где Р0 - порог слышимости, равный 2⋅10-5 Па (на частоте 1000 Гц).
Рис. 5. Кривая чувствительности S слухового анализатора
Кожная чувствительность.
Кожная чувствительность как средство защиты имеет огромное
значение, она обычно разделяется на три вида:
• Ощущение прикосновения и давления (тактильная чувствительность);
• ощущение тепла и холода;
ощущение боли.
Тактильный анализатор. Тактильный анализатор воспринимает ощущения, возникающие при действии на кожную поверхность различных механических стимулов (прикосновение, давление). Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, которое производит едва заметное ощущение прикосновения.
Пороги ощущения приблизительно составляют:
- для кончиков пальцев руки 3 г/мм2, на тыльной стороне пальца - 5
г/мм2, на тыльной стороне кисти - 12 г/мм2, на животе - 26 г/мм2 и на пятке -
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
250 г/мм2. Порог различения в среднем равен примерно 0,07 от исходной величины давления.
Тактильный анализатор обладает высокой способностью к
пространственной локализации. Временный порог тактильной чувствительности менее 0,1 с. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Время адаптации зависит от силы раздражителя для различных участков тела изменяется в пределах от 2 до 20 с.
Температурная чувствительность. Температурная чувствительность свойственна всем организмам, обладающим постоянной температурой тела. Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков на лбу, например, 34-35°С; на стопах ног 25 - 27°С. Средняя
температура свободных от одежды участков кожи равна 30 – 32.
В коже человека обнаружено два рода рецепторов. Одни реагируют только на холод, другие - только на тепло. Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм2, лучевом - начиная с 700 мм2. Латентный, т.е. скрытый период температурного ощущения (инерция ощущения) равен примерно 250 мс. Абсолютный порог температурной области
чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно логического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи. Для тепловых рецепторов он равен примерно 0,2°С, для холодных 0,4°С. Порог различения, или дифференциальный порог составляет примерно 1°С.
Болевая чувствительность. Боль часто является единственным сигналом, предупреждающим о внешней опасности или неблагополучии в состоянии какого-либо органа человека. Обычно случайное прикосновение к острым, горячим или холодным предметам, способным разрушить кожный покров сопровождается непроизвольным рефлекторным движением - «от опасности». Благодаря такой защите, являющейся предохранительной реакцией на получаемое извне раздражение, человек во многих случаях своевременно оценивает грозящую ему опасность ожога, ранения и т.д. и принимает соответствующие меры безопасности.
Ранее считалось, что не существует специальных рецепторов болевой чувствительности, поскольку в любом анализаторе возникают болевые ощущения, если величина раздражителя превысит верхний абсолютный порог. Однако впоследствии были обнаружены свободные нервные окончания в эпителиальном слое кожи, которые оказались специализированными болевыми рецепторами. Между тактильными и болевыми рецепторами существуют противоречивые отношения. Проявляются они в том, что наименьшая плотность болевых рецепторов приходится на те участки кожи, которые наиболее богаты тактильными рецепторами, и наоборот. Противоречие обусловлено различием функций рецепторов в жизни организма. Болевые
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
ощущения вызывают оборонительные рефлексы, в частности, рефлекс удаления от раздражителя. Тактильная чувствительность связана с ориентировочными рефлексами.
Биологический смысл боли в ом, что она, являясь сигналом опасности, мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.
Порог болевой чувствительности кожи живота 20 г/мм2, кончиков пальцев - 300 г/мм2, латентный период ощущения боли - около 370 мс. Критическая частота слияния дискретных болевых раздражителей 3 Гц. В области боли наблюдается почти прямая зависимость между ощущением и раздражителем.
Следует иметь в виду, что защитная роль боли кончается после того, как
она отмечена сознанием. В дальнейшем, например, при тяжелой множественной травме боль лишь осложняет деятельность организма по самовосстановлению повреждения, а в некоторых случаях является опасной в отношении так называемого «болевого шока».
Обоняние. Запахи воспринимаются человеком при помощи специальных рецепторов (клеток, находящихся в слизистой оболочке носовых раковин). У человека около 60 миллионов обонятельных клеток, размещенных в слизистой оболочке средней части носовых раковин поверхности всего на пяти квадратных сантиметров. Однако в связи с тем, что обонятельные клетки покрыты огромным количеством ресничек, площадь их соприкосновения с пахнущими веществами составляет 5 - 7 квадратных метров.
Ощущение запаха возникает, когда частицы вещества попадают на слизистую оболочку обонятельной области и возбуждают обонятельные клетки. Отростки этих клеток, образующие обонятельный нерв, передают возбуждение в центральную нервную систему. Защита от проникновения в организм пахнущих веществ, опасных для жизни и здоровья (эфир, хлороформ, нашатырный спирт и др.), осуществляется рефлекторным замедлением дыхания и его кратковременной остановкой. Характерно, что многие безвредные для организма запахи рефлекторной остановки дыхания не вызывают.
Обоняние является исключительно тонким чувством. По данным
физиологических исследований человек ощущает запах некоторых веществ (сероводород, мускус и другие), содержащихся в воздухе, даже тогда, когда химический и спектральный анализы их не обнаруживают.
Особенности обонятельного анализатора, включая его высокую чувствительность к некоторым пахнущим веществам, содержащимся в воздухе, могут служить сигналом, предупреждающим об опасности проникновения различных веществ в производственные помещения, например, в связи с неожиданным нарушением герметичности оборудования, различных газопроводов и т.д. Практически особенности обонятельного анализатора уже используются, например, для предупреждения об опасности отравления и
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
взрыва природного газа, применяемого в качестве топлива на производстве и в быту. С этой целью газ без запаха, но обладающий потенциальной опасностью отравления или взрыва, одорируют (т.е. придают запах) особо пахнущими безвредными веществами. В данном случае восприятие запаха сигнализирует об опасности и необходимости принятия соответствующих мер безопасности.
В перспективе одорация может применяться и для насыщения воздуха производственных помещений тонкими ароматами, например, леса, полей и т.п.
Это поможет создать на производстве «эмоциональный климат»,
способствующий наивысшей производительности труда.
Абсолютный порог обоняния у человека измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха. Но дифференциальный порог высок, в среднем 38%. Общепризнанной классификации обонятельных ощущений в настоящее время нет.
Вкус. В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существует четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, горького, кислого и соленого. Все остальные вкусовые ощущения представляют их комбинации. Абсолютные пороги вкусового анализатора, выраженные в величинах концентраций раствора, примерно в 10000 раз выше, чем обонятельного.
Вкусовые и обонятельные ощущения отражают не только свойства
веществ, но и состояние самого организма. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20%.
Под влиянием практической деятельности и специальных знаний чувствительность вкусового и обонятельного анализатора может быть существенно развита.
Обоняние и вкус вместе составляют так называемую органолептическую чувствительность.
Вибрационная чувствительность. Вибрация высокой интенсивности
при продолжительном воздействии приводит к серьезным изменениям деятельности всех систем организма и при определенных условиях может вызвать тяжелое заболевание. При небольшой интенсивности и длительности воздействия вибрация может быть полезна, уменьшает утомляемость, повышает обмен веществ, увеличивает мышечную силу.
Специальные анализаторы, воспринимающие вибрацию, неизвестны. Существует несколько гипотез о природе вибрационной чувствительности. Диапазон ощущений вибрации высок от 1 до 10000 Гц. Наиболее высока чувствительность к частоте 200-250 Гц. При их увеличении и уменьшении вибрационная чувствительность снижается. Пороги вибрационной чувствительности различны для различных участков тела. Наибольшей чувствительностью обладают дистальные (удаленные) участки тела человека (например, кисти рук).
Органическая чувствительность. Мозг человека получает информацию не только от окружающей среды, но и от самого организма.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Чувствительные нервные аппараты имеются во всех внутренних органах. Во внутренних органах под влиянием внешних условий возникают определенные ощущения, которые порождают сигналы. Эти сигналы являются необходимым условием регуляции деятельности внутренних органов. Пороги органической чувствительности изучены недостаточно.
Перечисленные анализаторы функционируют в сложном взаимодействии. Ядром всего механизма взаимодействия анализаторов
является рефлекторный путь: постоянные и временные нервные связи между их мозговыми концами. В процессе развития человека на основе взаимодействия анализаторов формируются функциональные системы, являющиеся механизмом перцептивных (воспринимающих) действий.
Структура этих систем определяется условиями деятельности и жизни человека. Если человек попадает в необычные для него условия, то возможно возникновение конфликта между сложившимися функциональными системами и новыми требованиями. Чтобы предотвратить подобные нарушения, необходимо перестроить сложившиеся функциональные системы. Процесс такой перестройки у разных людей может протекать несколько по-разному в зависимости от особенностей их нервной системы.
3. Надежность человека как элемента эргатической системы
Человек является основным звеном современных эргатических (эрготехнических) систем. в то же время статистка аварий и катастроф свидетельствует о том, что 10-15% всех отказов непосредственно связаны с ошибками человека (всего же, прямо или косвенно, с ошибками человека связано 20-30% аварий и катастроф). Следовательно, анализ надежности технических систем должен обязательно включать человеческий фактор.
Надежность работы человека-оператора определяется как потребность успешного выполнения им работы или поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы.
Ошибка (отказ) человека-оператора определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может
привести к нарушению нормального хода запланированных операций.
Ошибки оператора можно разделить на три большие группы:
1) цель операции не может быть достигнута из-за ошибочных действий оператора;
2) оператор стремится к достижению ошибочной цели (или какое-либо лицо);
3) оператор бездействует в тот момент, когда его участие необходимо.
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Все многочисленные ошибки, допускаемые человеком в процессе осуществления взаимодействия «человек - машина» можно классифицировать следующим образом.
1. Ошибки проектирования: обусловлены неудовлетворительным качеством проектирования.
2. Ошибки изготовления: имеют место на этапе производства
(неудовлетворительное качество работы, неправильный выбор материала и т.п.).
3. Операторские ошибки: неправильное выполнение установленных
процедур.
4. Ошибки технического обслуживания: возникают в процессе эксплуатации (некачественный ремонт, неправильный монтаж и т.п.).
5. Ошибки контроля: связаны с ошибочной приемкой некачественного элемента или устройства.
6. Ошибки обращения (неудовлетворительное хранение,
транспортировка изделий).
7. Ошибки организации рабочего места: теснота, наличие вредных факторов и т.п.
8. Ошибки управления коллективом (психологическая несовместимость, отсутствие стимулов и т.п.).
9. Внесение ошибок. Сюда относят ошибки, причину возникновения которых трудно установить.
Ошибки оператора и уровень нагрузок. Частота появления ошибок зависит от нагрузок, действующих на человека, причем эта зависимость является нелинейной. При малых нагрузках большинство операторов работает неэффективно, внимание рассеивается. Оптимальное качество работы достигает при умеренных нагрузках. При увеличении нагрузок возникает утомление, страх, беспокойство и вероятность ошибок возрастает.
Критерии оценки деятельности оператора. Деятельность оператора характеризуется быстродействием и надежностью.
В настоящее время в литературе можно встретить таблицы, в которых приводятся вероятности отказов или безошибочного выполнения оператором
того или иного действия.
Правильный учет человеческого фактора необходим на всех стадиях развития системы «человек – машина».
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.
Контрольные вопросы
1. Что такое антропометрические характеристики человека?
2. Что относится к статическим антропометрическим характеристикам?
3. Что относится к статическим антропометрическим характеристикам?
4. Что относится к динамическим антропометрическим характеристикам?
5. Охарактеризуйте рабочие зоны, на которые подразделяется пространство рабочего места.
6. Что такое зоны видимости?
7. Что такое анализатор? Объясните его строение.
8. Перечислите экстероцептивные анализаторы.
9. Что такое дифференциальный порог?
10.Что такое нижний порог чувствительности?
11.Что такое верхний порог чувствительности?
12.Сформулируйте закон Фехнера.
13.Сформулируйте закон Стивенса.
14.Что понимается под надежностью человека-оператора?
15.Что является критериями оценки деятельности оператора?
16.Перечислите возможные ошибки, допускаемые человеком в процессе осуществления взаимодействия «человек - машина».
Безопасность жизнедеятельности.
Краткий курс лекций. Н.Ю. Цвиленева,Н.Н. Красногорская., каф.БПиПЭ, УГАТУ, 2012 г.