Энергетический расход для мужчин при различных видах нагрузки

Многие виды работ связаны с передвижением (ходьбой), подъемом и перемещением груза. Это также влияет на энерготраты оператора. Основные рекомен­дации по выполнению таких работ сводятся к следую­щему [207]. При рабочем усилии приблизительно до 50 Н (до 5 кг) рекомендуется положение сидя. При уси­лии от 50 до 100 Н положение тела не влияет на эф­фективность труда. При усилии более 100 Н работу в положении сидя выполнять не следует. При подъеме груза массой 20 — 25 кг работа мышц наиболее эффек­тивна. Подъем с земли грузов до 10 кг не является эффективным ввиду необходимой затраты сил на подъем тела. Наиболее экономичной высотой для подъема гру­зов является высота от 50 до 100 см над уровнем пола. Процессы подъема грузов необходимо механизировать во всех случаях, когда работнику приходится поднимать груз массой более 10 кг с пола на высоту выше головы, массой более 20 кг — до уровня плеча, массой более 30 кг — по пояса, более 40 кг — до колена, а также когда масса груза при доставке достигает 40% массы человека. Более подробные рекомендации по выполне­нию работ, связанных с подъемом и перемещением груза, можно найти в [7].

При организации работ, связанных с передвиже­нием, следует учитывать следующее. Средняя частота шагов при естественной ходьбе взрослых мужчин со­ставляет 1,8 Гц, при ходьбе женщин — 1,9 Гц, варьируя в довольно широких пределах от 40 до 180 шагов в минуту. Конструкции для пешего передвижения, на­пример пешеходные мосты, должны иметь полосу соб­ственных частот, выходящую за пределы основных гармоник спектра опорной реакции при ходьбе. В про­тивном случае может возникнуть опасность резонанса.

Довольно большой физической нагрузкой для че­ловека является подъем по лестнице: при нормальной скорости передвижения энерготраты могут достигать 63 кДж/мин, что равно энерготратам при ходьбе по ровной поверхности со скоростью 3 км/час с заплеч­ным грузом до 10 кг. Поэтому желательно, чтобы кон­струкции лестниц были оптимальными. Оптимальные размеры ступеней определяются на основе двух групп требований: во-первых, соответствия размеров ступе­ней размерам тела и кинематике и, во-вторых, мини­мального уровня энерготрат при подъеме по лестнице. Лестницы, удовлетворяющие этим требованиям, явля­ются в то же время наиболее безопасными. Реко­мендации по выполнению этих требований приведены в [7]. Одна из них сводится к выполнению условия

2а + b = 610мм,

где а — высота; b — ширина ступеней.

При организации работ, связанных с передвиже­нием, следует учитывать также фрикционные свойства обуви и опорной поверхности, осуществлять меропри­ятия по демпфированию ударных нагрузок, учитывать биомеханические свойства обуви [7].

Энергетический подход к изменению тяжести тру­да и оптимизации трудовой деятельности человека довольно широко применяется на практике. Например, плодотворные попытки использования такого подхода для оптимизации конструкторских решений по орга­низации рабочего места оператора, улучшения каче­ства управления машиной, распределения функций между человеком и машиной в СЧМ предприняты Н.В. Адамовичем [З].

Однако измерение лишь одних энергетических затрат человека во многих случаях недостаточно для оценки тяжести его труда. Возможны ошибки, когда работу в неблагоприятных условиях относят к числу легких и наоборот. Например, в условиях конвейерно­го производства рабочие могут затрачивать небольшое количество энергии. Однако, как показывают физио­логические исследования, утомляемость при этом мо­жет быть весьма большой за счет высокого нервно-психического напряжения.

Известны случаи, когда у операторов прокатных станов, работающих в условиях большой информаци­онной нагрузки и неблагоприятных санитарно-гигиенических условий труда, очень быстро возникают от­рицательные сдвиги в функциональном состоянии. Сходные же явления обнаружены у аппаратчиков высокоавтоматизированного химического производ­ства, работающих в условиях сенсорного «голода» при благоприятных условиях труда. Оба примера показы­вают, что противоположные воздействия вызывают у операторов один и тот же результат — глубокое утом­ление и ухудшение функционального состояния орга­низма [75].

Эти примеры лишний раз показывают, что только по величине энергетической или информационной на­грузки не всегда можно судить о тяжести и напряжен­ности труда. При этом следует отметить, что зачастую понятие тяжести работы отождествляется на трудовую деятельность с преобладанием нагрузки на мышечную систему. А труд с преимущественным напряжением нервной системы обычно характеризуют понятием на­пряженности работы. Однако такое разделение являет­ся довольно условным, поскольку в трудовой деятельно­сти компоненты физической и умственной нагрузки неотделимы друг от друга. Это объясняется тем, что трудовая деятельность человека всегда совершается при участии сознания, а утомление всегда состоит в фун­кциональных изменениях в деятельности центральной нервной системы. При таком подходе степень нагрузки организма определяют единым понятием — тяжесть труда, понимая под ней как физическую тяжесть, так и нервно-психическую напряженность [110].

В этом случае для оценки тяжести труда измере­нию подвергаются факторы условий труда, а не энер­гетические затраты организма. При этом исходят из того, что именно факторы условий труда при их опре­деленном значении являются причиной тех функцио­нальных изменений в организме, которые в конечном счете характеризуют тяжесть труда. Отсюда вытекает стремление дать количественную оценку этим факто­рам, не исследуя сами реакции организма на их воз­действие. Согласно такому подходу, о тяжести работы судят по сумме отклонений условий труда от нормаль­ных, выраженных в баллах. Подобный подход к реше­нию данной проблемы является попыткой найти кри­терии для аналитической оценки тяжести работы.

Как физиологическое понятие тяжесть труда учиты­вает степень комплексного воздействия всех факторов, составляющих условия труда (санитарно-гигиенических, психофизиологических, социально-психологических, эстетических и др.), на работоспособность человека, его состояние и здоровье. Физиологическое понятие тяже­сти труда одинаково применительно как к физическо­му, так и к умственному труду, в том числе и к тем ра­ботам, которые выполняются во вредных или опасных условиях, а также в условиях высокой ответственнос­ти за выполняемые действия. Более подробно подход к комплексной количественной оценке условий труда рассматриваются в главе XIX. При таком подходе энер­готраты организма или величина выполняемой че­ловеком физической работы учитываются (наравне с другими) лишь как один из факторов, характеризую­щих условия труда. При этом следует иметь в виду, что чрезмерно малая физическая нагрузка (менее 2000 кДж за смену) является отрицательным фактором [160]. По­этому при проектировании трудовых процессов и орга­низации труда оператора следует предусмотреть специ­альные меры, обеспечивающие его физическую нагрузку, не меньшую минимально допустимого уровня.

14.5. Речевой ответ оператора

В некоторых случаях для осуществления управля­ющих воздействий используется речевой ответ опера­тора. Под ним понимается разновидность моторного действия (наряду с целенаправленными движениями конечностей человека), осуществляемого посредством звуковой речи. Такая речь представляет собой особое движение, поскольку артикуляционные акты, лежащие в основе звукообразования, непосредственно связаны с высшими психологическими функциями, с формиро­ванием и высказыванием понятий, суждений.

Как звуковая, так и письменная речь — это код, который при хорошем знании языка не требует специ­альной операции перекодирования. Существуют три специфические особенности речевых действий по сравнению с другими реакциями.

1. Речевые программы значительно менее подверже­ны автоматизации и выходу из-под контроля созна­ния, чем программы обычных движений. Отсюда вытекает возможность использовать простейшие речевые действия для уменьшения вероятностей ошибок автоматизма.

2. Речь, как правило, более значимый стимул, чем любой другой. Это необходимо иметь в виду при разработке речевых сигналов. Ошибочная выдача таких сигналов недопустима, так как человек, осо­бенно в стрессовых ситуациях, склонен верить речевой команде безусловно.

3. Речь передает избыточную информацию, относя­щуюся не только к процессу достижения цели. Речь всегда содержит «эмоциональную» составляющую, которая отражает и текущее состояние человека, и его стойкие личностные особенности. Указанная «избыточность» может быть с успехом исполь­зована для повышения надежности передачи ин­формации между специалистами, включенными в СЧМ, причем языком в данном случае надо счи­тать не только собственно речевые сигналы, но и мимику, и жесты говорящего. Поэтому в СЧМ, где речевая связь имеет большое значение, желатель­но по возможности обеспечивать визуальный кон­такт между говорящими. Поскольку частотно-амп­литудные характеристики речи отражают психи­ческие состояния человека, эти признаки можно использовать в диагностических целях, например, для контроля функционального состояния опера­тора [53].

С помощью речевого ответа возможно в ряде слу­чаев речевое управление машиной. По сравнению с двигательными действиями оно имеет такие преиму­щества.

Во-первых, при использовании для управления машиной речевых команд существенно облегчается работа оператора, поскольку человек по природе бо­лее приспособлен для передачи информации посред­ством речи, нежели с помощью движений конечнос­тями. Поэтому произнести короткую речевую команду ему всегда легче, чем выполнить самое простое мо­торное действие рукой или ногой. Отсюда и утомле­ние при речевом управлении оказывается гораздо меньшим, чем при ручном. Ввод речевых команд не требует повышения громкости речи и длительной не­прерывной работы. Анализ деятельности оператора в некоторых существующих системах с голосовым вво­дом информации показывает, что темп отдачи команд, диктуемый оператору системой, не превышает 2 с на команду.

Во-вторых, ввод речевых команд осуществляется примерно в 2,5 раза быстрее, чем ввод двигательных команд (только для команд с неопределенностью ме­нее 2 бит эти скорости оказываются одинаковыми).

В-третьих, при речевом вводе сигналов человек допускает гораздо меньше ошибок, чем при ручном: в вербальном выражении умозаключения по решению возникшей задачи значительно меньше вероятность допустить ошибку, нежели тогда, когда это решение перекодируется в ручные моторные действия. Поэто­му при речевом управлении менее вероятны т. н. «глу­пые» ошибки оператора, его промахи. К тому же оши­бочно выданная речевая команда обычно сразу же обнаруживается; ошибка же при выборе кнопки, тум­блера чаще всего выявляется уже после отработки системой введенной команды:

В-четвертых, благодаря речевому управлению рас т ширяется оперативность управления: речевые команды могут использоваться как дополнительный канал ввода информации, наряду с ручным управлением, причем эти каналы могут действовать как последова­тельно, так и параллельно. При речевом управлении увеличиваются возможности совместного дистанцион­ного управления системой несколькими рассредото­ченными в пространстве операторами (с регламента­цией по времени выхода каждого из них на управление).

В-пятых, при использовании речевого управления сокращается срок подготовки операторов. Если для формирования двигательных навыков требуются ме­сяцы, то подготовка оператора, способного успешно осуществлять голосовое управление, занимает несколь­ко часов, дней, необходимых для освоения словаря информационно-управляющей системы и правил уп­равления.

Рассматриваемые системы имеют и свои недостат­ки: необходимость обеспечения соответствующей зву­коизоляции, исключения посторонних разговоров, вы­сокую сложность и стоимость системы. Однако ранее названные достоинства таких систем значительно пре­валируют над их недостатками.

Речевое управление может использоваться для установления режимов работы системы, для ввода команд, корректирующих ее работу, для запроса дан­ных, которые могут потребоваться по ходу управления.

В настоящее время речевое управление уже реа­лизовано в ряде систем. Так, существуют системы речевого управления станками. В ряде случаев для их управления оказалось Достаточным всего 5—10 слов, причем благодаря небольшому словарю управления удается получать более простые и надежные системы распознавания речи. Существует система речевого управления металлорежущим станком, действующая со словарем в 250 слов [77]. Более подробно вопросы речевого взаимодействия оператора с машиной рас­сматриваются в главе XXIV.

Глава XV. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА

15.1. Общая характеристика функциональных состояний

Состояния человека исследуются разными наука­ми, поэтому существуют психологические, медицинс­кие и другие взгляды на целостное состояние челове­ка. Так, медики говорят о состоянии здоровья человека, политологи — о состояниях его политической актив­ности, психологи — о психическом состоянии челове­ка (см. главу IV).

Инженерная психология изучает функциональные состояния оператора, т. е. состояния, которые возника­ют в процессе трудовой деятельности и обусловлены воздействием процесса труда и условий, в которых он протекает, на работающего человека. Более конкретно под функциональным состоянием оператора понима­ется интегративная характеристика состояния челове­ка с точки зрения эффективности выполняемой им деятельности и задействованных в ее реализации си­стем организма по критериям надежности и внутрен­ней цены деятельности [148]. В отличие от других наук (физиологии, медицины и др.) в инженерной психоло­гии функциональное состояние оператора анализиру­ется на уровне работающего человека.

Исходным понятием для анализа функциональных состояний является т. н. фоновое состояние, т. е. состо­яние вне деятельности, предшествующее деятельнос­ти. В нем можно выделить состояние покоя (спокойное бодрствование) и состояние оперативного покоя (мо­билизационная готовность). Оперативный покой направлен на решение конкретной задачи, проявляется в избирательном повышении в будущем уровня акти­вации задействованных систем организма до оптималь­ных (средних) значений. Теория активации является психофизиологической основой изучения функцио­нальных состояний. В соответствии с ней возрастание активации влечет за собой переход на более высокую ступень по шкале бодрствования. Однако эта зависи­мость, известная как закон Йеркса-Додсона, возраста­ет лишь до определенного предела, а затем падает. Это свидетельствует о наличии оптимальных зон уровня активации для выполнения разных задач (рис. 2.2 ).

При включении оператора в трудовую деятельность состояние оперативного покоя сменяется состоянием адекватной мобилизации. Оно характеризуется таким изменением уровня активации, который определяется возрастающей частью кривой на рис. 2.2. Состояние адекватной мобилизации характеризуется полным со­ответствием степени напряжения функциональных воз­можностей человека требованиям, предъявляемым кон­кретными условиями. Эти требования определяются эмпирическим или расчетным путем, исходя из имею­щихся знаний о механизмах функционирования орга­низма и структуры рабочего процесса.

Разновидностью состояния адекватной мобилиза­ции является функциональный комфорт — функцио­нальное состояние человека, занятого трудовым про­цессом, при котором достигнуто соответствие средств и условий труда функциональным возможностям чело­века и наблюдается его положительное отношение к работе. Это обусловливает адекватную мобилизацию психофизиологических процессов, отдаляет развитие утомления, способствует длительной работоспособно­сти без ущерба для здоровья. Психофизиологическим обоснованием функционального комфорта служит про­дуктивная напряженность, когда при минимальных энергозатратах организма и при высокой результатив­ности деятельности обеспечивается длительная рабо­тоспособность человека.

В эмоциональном аспекте в проблеме функциональ­ного комфорта ведущую роль играет удовлетворенность трудом, компонентами которой является отношение к цели, содержанию, процессу и условиям деятельности. Высокая субъективная оценка цели должна сочетаться в структуре показателя удовлетворенности трудом с высокими оценками всех остальных компонентов. Функ­циональный комфорт — активное состояние, характе­ризующееся мобилизацией нервных и психических функций человека, которое способствует их длительно­му сохранению и развитию. Это состояние всегда на­правлено на реализацию цели деятельности, а не на уход от нее. Показатели функционального комфорта группируются внутри определенной зоны и варьируют в зависимости от индивидуальных способностей челове­ка и вида деятельности; оценка уровня функционального комфорта проводится с помощью психофизиологических исследований с целью определения оптимальной мотор­ной и сенсорной нагрузки, которая обеспечивает это состояние. Эмоциональный компонент функционального комфорта определяется с помощью субъективных ме­тодов.

В тех случаях, когда уровень активации (предъяв­ляемые к организму требования) превышают его фи­зиологические возможности, состояние адекватной мобилизации переходит в состояние динамического рассогласования (ниспадающая ветвь рис. 2.2). Оно характеризуется тем, что ответ организма неадекватен нагрузке или требуемые психофизиологические затра­ты превышает актуальные возможности человека. Попутно отметим, что состояние адекватной мобилиза­ции является допустимым для деятельности человека, состояние динамического рассогласования — неблагоп­риятным и ведет к снижению уровня работоспособно­сти. При частом его повторении динамическое рассог­ласование является предпосылкой для возникновения патологических состояний.

Внутри рассмотренных двух видов состояний мо­гут быть охарактеризованы практически все известные виды функциональных состояний оператора. Их число достаточно велико и охарактеризовать все их срезу не представляется возможным. Поэтому рассмотрим лишь наиболее характерные. Все состояния могут быть раз­биты на два вида — благоприятные и неблагоприятные для выполнения данной деятельности (табл. 15.1). В пер­вом случае реакция организма на возникающие усло­вия работы носит характер адекватной мобилизации, т. е. изменения в состоянии оператора являются зако­номерной реакцией на действие данных факторов и обусловливают нормальную эффективность его рабо­ты. Во втором случае изменения в состоянии операто­ра выходят за пределы установленной нормы. Такая реакция организма сопровождается выраженными нарушениями работоспособности человека.

Таблица 15.1