Автоматизированные и роботизированные производства
Автоматизация и роботизация нашли широкое применение в цехах с тяжелыми и вредными условиями труда. Промышленные роботы (ПР), роботизированные технологические комплексы (РТК), роботизированные технологические участки (РТУ), гибкие производственные системы (ГПС) – это более совершенный этап в комплексной автоматизации производства. Интеграция двух сфер (автоматизации обработки информации и автоматизации технологических производств) привело к появлению нового направления, получившего название гибких автоматизированных производств (ГАП). ГАП – это автоматизированное производство, предназначенное для выпуска мелкосерийной продукции разнообразной номенклатуры в быстро меняющихся производственных условиях с частой сменой номенклатуры готовой продукции. ГАП реализуется с помощью гибких производственных систем, в состав которых входят производственные модули и гибкие автоматизированные линии. Особенности условий труда в автоматизированных и роботизированных производствах хорошо освещены в литературе [2; 15; 44; 55].
Накопленный в мире опыт автоматизации и роботизации производственных процессов показывает, что проблемы безопасности еще полностью не решены. Обследование 4341 роботизированных рабочих места в Японии показало, что на каждые 100 РТК приходится: не менее четырех несчастных случаев в год, в том числе не менее одного - со смертельных исходом; 37% персонала, обслуживающего РТК, находится в опасных и критических ситуациях. Основными видами травм на роботизированных предприятиях являются травмы пальцев (33%), рук (1%), головы (16%), спины (11%), плеч (6%), ног (6%), шеи (3%), челюстные (3%), перелом ребер (3%). По данным специалистов, 38,1% несчастных случаев происходит в результате ошибочных действий человека, 61,9% – в результате отказов в работе и неуправляемых действий исполнительных механизмов роботов.
Научно-технический прогресс, облегчая труд, повышая его производительность и безопасность, не исключает полностью проблемы охраны труда и защиты окружающей среды. Это обусловлено наличием объективных и субъективных факторов:
· созданием производственных единиц большой мощности, ростом объемов производств и, следовательно, увеличением количества вредных веществ, поступающих в производственную среду;
· интенсификацией производственных процессов и, следовательно, убыстрением ритма производства;
· повышением сложности оборудования;
· появлением новых вредных и опасных производственных факторов;
· увеличением объема информации, поступающей для восприятия в единицу времени;
· отставанием темпов повышения квалификации персонала от темпов внедрения новой техники;
· отставанием сроков внедрения новых правил техники безопасности от сроков внедрения нового оборудования;
· недостаточной информацией об опасных и вредных факторах и методах предупреждения их возникновения;
· монотонностью труда и возрастанием гиподинамических нагрузок.
Применение в промышленности автоматов и роботов изменяет содержание работы человека, сокращает ручной неквалифицированный труд, улучшает условия труда и позволяет высвобождать и направлять на более престижные работы значительное количество рабочих. Автоматы и роботы снижают травматизм на предприятиях. Но при их работе возможно воздействие на работающих новых физически опасных производственных факторов: подвижных устройств автоматов и роботов и передвигающегося (двигающегося) материала (изделий, заготовок, инструмента и т.п.).
Основными причинами, формирующими опасные, критические и аварийные ситуации при эксплуатации ПР, РТК, РТУ, ГПС, согласно ГОСТ 12.2.072-82 являются:
· непредусмотренные движения исполнительных устройств промышленных роботов при наладке, ремонте, во время обучения и исполнения управляющей программы;
· внезапный отказ в работе промышленного робота или технологического оборудования, совместно с которым он работает;
· ошибочные (непреднамеренные) действия оператора или наладчика во время наладки и ремонта при работе в автоматическом режиме;
· доступ человека в рабочее пространство робота, функционирующего в режиме исполнения программы;
· нарушение условий эксплуатации промышленного робота или роботизированного технологического комплекса;
· нарушение требований эргономики и безопасности труда при планировке комплекса и участка.
Установлено, что наиболее травмоопасной ситуацией является прямой контакт человека с машиной, когда человек выполняет такие операции, как перепрограммирование, наладку, ремонт, установку, снятие инструмента, монтаж, смазку или чистку, выявление причин и устранение неисправностей. Наибольшему риску быть травмированными при выполнении вышеперечисленных операций подвергаются работники следующих профессий: слесари-монтажники, сборщики, электротехники, наладчики, мастера.
Характеристика опасностей и вредностей на различных этапах эксплуатации роботизированных производств приведена в таблице 3.31.
При проектировании систем управления автоматизированных и роботизированных производств необходимо учитывать возможность возникновения следующих видов опасностей:
· опасности, связанные с системой управления;
· опасности, вызванные неожиданным сбоем системы управления;
· опасности, связанные с отсутствием учета эргономичных требований и принципов.
К опасностям, связанным с системой управления относят:
· неправильный выбор типа и количества средств отображения информации (СОИ);
· неправильная конструкция органов управления и неправильный режим их работы;
· неправильное размещение органов управления и СОИ;
Рассмотрим опасности, вызванные неожиданным сбоем работы системы управления. Сбой работы системы управления может произойти вследствие следующих событий:
· выход из строя или нарушение в работе элементов системы управления;
· прекращение подачи энергии и восстановление энергоснабжения после перерыва;
· внешнее влияние на оборудование;
· ошибки в программном обеспечении;
· ошибки оператора.
К опасностям, связанным с отсутствием учета эргономичных требований и принципов, относят:
· неудобную рабочую позу, чрезмерные или повторяющиеся физические нагрузки на организм оператора;
· недостаточный обзор с пульта управления;
· неудобная конструкция, размещение или маркировка элементов управления;
· неудобная конструкция или размещения приборов контроля;
· недостаточное освещение;
· повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте;
· пренебрежение средствами индивидуальной защиты;
· умственная перегрузка, стресс и т.п., возникающие во время рабочего процесса, процесса контроля работы системы управления;
· ошибки, неправильное поведение оператора.
Анализ и правильное использование сведений о распределении, динамике и причинах производственного травматизма при эксплуатации автоматических линий, ПР, РТК и РТУ позволяют избежать повторения ошибок при проектировании, создании и эксплуатации новых автоматических линий, комплексов и производств.
Таблица 3.31 – Разновидности энергии и связанные с ними опасные и вредные факторы на различных этапах
эксплуатации роботизированных производств
| Вид энергии | Вид воздействия | Этапы эксплуатации | |||||
| Транспортировка и монтаж | Сборка и подготовка | Програм-мирование | Испытания | Пуско-наладочные работы | Автоматический режим работы | ||
| 1 Механическая энергия | |||||||
| – потенциальная энергия | Удар робота | + | + | + | |||
| Падение робота | + | + | + | + | + | + | |
| Переверстывание робота | + | + | + | ||||
| – кинетическая энергия | Удар по детали | + | + | + | + | ||
| Столкновение с движущим ПР | + | + | + | + | |||
| Зажим между ПР и оборудованием | + | + | + | + | |||
| 2 Электрическая энергия | Поражение электрическим током | + | + | + | + | ||
| 3 Энергия сжатого воздуха и жидкости | Взрыв магистрали | + | + | + | + | ||
| 4 Химическая и физическая энергия | Взрыв | + | + | + | + | ||
| Контакт с вредными веществами | + | + | + | + | |||
| Шум | + | + | + | + | |||
| Вибрация | + | + | |||||
| 5 Тепловая энергия | Ожоги | + | + | + | + | ||
| Переохлаждения | + | + | + | + |
Работа на ПЭВМ
Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе на ПЭВМ необходимо проводит по следующей схеме:
· перечень опасных и вредных производственных факторов (физических, химических, биологических и психофизиологических);
· анализ (на основе данных литературных источников) возможных нарушений здоровья пользователей ПЭВМ:
· описание условий труда на конкретном рабочем в соответствии с вариантом задания (приложение А);
· количественная оценка условий труда на рабочем месте.
Рассмотрим производственные факторы, оказывающие влияние на пользователей ПЭВМ. На пользователя ПЭВМ воздействуют различные группы факторов трудовой среды [15; 19; 44]:
· факторы производственной среды;
· факторы трудового процесса (тяжесть и напряженность труда);
· внутренние средства деятельности (производственный опыт человека, его функциональное состояние);
· внешние средства деятельности (рабочее место, пульт управления, средства отображения информации, основное и вспомогательное оборудование);
· социально-психологические аспекты трудовых взаимоотношений.
Специфика использования ПЭВМ состоит в том, что в процессе диалога человека и машины пользователь воспринимает интеллектуальную машину как равноправного собеседника. Поэтому возникает много совершенно новых психологических и психофизиологических проблем, суть которых нужно учитывать при проектировании трудового процесса. Другой особенностью является значительная информационная нагрузка. Значительная нагрузка на центральную нервную и зрительную системы вызывает повышение нервно-эмоционального напряжения, и, как следствие, негативно влияет на сердечно-сосудистую систему. Важной стороной функционирования организма пользователя является влияние на него комплекса факторов трудовой среды, включающих действие электромагнитных волн разных частотных диапазонов, статического электричества, шума, микроклиматических факторов и др. Воздействие этого специфического комплекса может оказать на здоровье человека отрицательное влияние. При работах с использованием компьютеров возникает целый ряд эргономических проблем, решение которых может значительно снизить нагрузку. В этом случае имеются в виду только вопросы конструирования рабочего места пользователя и не охватываются вопросы формирования рационально построенных символов на экране и других, изменение которых возможно только при конструировании новой техники. Работа пользователя ЭВМ чаще всего проходит при активном взаимодействии с другими людьми. Поэтому возникают вопросы межличностных взаимоотношений, включающие как психологические, так и социально-психологические аспекты. Таким образом, на пользователя ЭВМ воздействуют 4 группы факторов трудовой среды: физические, эргономические, информационные и социально-психологические.
При работе на ПЭВМ существует возможность воздействия следующих опасных производственных факторов:
· возможность возникновения пожаров;
· воздействие электрического тока;
· возможность механического травмирования (падения, ушибы);
· ожоги в результате случайного контакта с горячими поверхностями внутри лазерного принтера.
В процессе работы на пользователя ПЭВМ оказывают действие следующие вредные физические производственные факторы:
· повышенный уровень электромагнитного излучения;
· повышенный уровень статического электричества;
· повышенные уровни запыленности воздуха рабочей зоны;
· повышенное содержание положительных и отрицательных ионов в воздухе рабочей зоны;
· пониженная или повышенная влажность и подвижность воздуха рабочей зоны;
· повышенный уровень шума;
· повышенный или пониженный уровень освещенности;
· нерациональная организация освещения рабочего места (повышенный уровень прямой и отраженной блесткости, повышенный уровень ослепленности, неравномерность распределения яркости в поле зрения, повышенная яркость светового изображения, повышенный уровень пульсации светового потока).
Химические производственные факторы определяются характеристикой соответствующего рабочего окружения. Контакт с веществами, специфичными для рабочих мест с ПЭВМ (тонер, озон при работе лазерных принтеров) в правильно проветриваемых помещениях ниже предельного уровня и не представляет опасности, однако он может стать опасным в плохо вентилируемом помещении, содержащем несколько лазерных принтеров и копировальных машин.
К психофизиологическим производственным факторам относятся:
· напряжение зрения;
· напряжение внимания;
· интеллектуальные и эмоциональные нагрузки;
· длительные статические нагрузки;
· монотонность труда;
· большие информационные нагрузки;
· нерациональная организация рабочего места (эргономические факторы).
Вероятность воздействия биологических факторов (повышенное содержание в воздухе рабочей зоны микроорганизмов) возрастает в переполненных и неправильно вентилируемых помещениях.
Пользователи ПЭВМ в основном подвергаются воздействию физических и психофизиологических производственных факторов. Перечень вредных производственных факторов при работе на ПЭВМ (в зависимости от применяемого оборудования) приведен в таблице 3.32. Факторы, которые проявляются лишь при не выполнении норм по объему и площади на одно рабочее место (содержание пыли в воздухе, несоответствующие параметры микроклимата) в таблице не рассматриваются.
Рассмотрим влияние производственных факторов на работоспособность и здоровье пользователей ПЭВМ.
Компьютер является источником электромагнитных полей (ЭМП) в диапазоне от 3 Гц до 300 МГц, которые могут быть разделены по их физическим свойствам на электростатическое, переменное электрическое и переменное магнитное. ПЭВМ является источником нескольких видов электромагнитных полей и излучений: мягкого рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного, видимого, низкочастотного, сверхнизкочастотного и высокочастотного (таблица 3.33).
Таблица 3.32 – Наиболее характерные вредные производственные факторы при работе на ПЭВМ
| Характеристика вредности | Тип оборудования | ||||
| Системный блок | Монитор | Принтер | Ноутбук | ||
| ЭЛТ | ЖК | ||||
| Физические факторы | |||||
| Электромагнитное излучение | + | + | + | ||
| Статическое электричество | + | ||||
| Ионизация воздуха | + | ||||
| Повышенный уровень шума | + | + | |||
| Нерациональное освещение | + | + | + | ||
| Психофизиологические факторы | |||||
| Напряжение зрения и внимания | + | + | + | ||
| Интеллектуальные и эмоциональные нагрузки | + | + | + | ||
| Длительные статические нагрузки | + | ||||
| Информационные нагрузки | + | + | + | + | |
| Нерациональная организация рабочего места | + | + | + | + | + |
Таблица 3.33 – Источники ЭМП персонального компьютера
| Источник | Диапазон частот | |
| Монитор | Сетевой выпрямитель блока питания | 50 Гц |
| Статический преобразователь напряжения в импульсном блоке питания | 20–100 кГц | |
| Блок кадровой развертки и синхронизации | 48–160 Гц | |
| Блок строчной развертки и синхронизации | 15–110 кГц | |
| Ускоряющее анодное напряжение монитора (только для мониторов с ЭЛТ) | – | |
| Системный блок (процессор) | 50 Гц–3000 МГц | |
| Устройства ввода/вывода информации | 0 Гц, 38 кГц | |
| Источники бесперебойного питания | 50 Гц, 20–100 кГц |
Основным источником электростатического поля (ЭСП) является положительный потенциал, подаваемый на внутреннюю поверхность экрана для ускорения электронного луча. ЭСП образуется за счет разности потенциалов экрана монитора и человека. На его величину оказывают существенное влияние потенциалы окружающих предметов и влажность воздуха (при влажности выше 50% ЭСП практически отсутствует). Напряженность поля может колебаться от 8 до 75 кВ/м. Заметный вклад в общее ЭСП вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши.
ЭМП негативно влияют на центральную нервную систему, вызывая головные боли, головокружения, тошноту, депрессию, бессонницу, отсутствие аппетита, возникновение синдрома стресса. Низкочастотное ЭМП может явиться причиной кожных заболеваний (угревая сыпь, экзема, розовый лишай и др.), болезней сердечно-сосудистой системы и кишечно-желудочного тракта; оно воздействует на белые кровяные тельца, что приводит к возникновению опухолей, в том числе и злокачественных. Электростатическое поле большой напряженности способно изменять и прерывать клеточное развитие, а также вызывать катаракту с последующим помутнением хрусталика.
Работа на ПК предполагает визуальное восприятие отображенной на экране монитора информации, поэтому значительной нагрузке подвергается зрительный аппарат.
Симптомы нарушения зрения можно условно разделить на две группы:
· глазные симптомы (боль, раздражение, жжение, краснота, зуд);
· зрительные симптомы (пелена перед глазами, двоение или мелькание).
По данным ВОЗ глазные и зрительные нарушения наблюдаются у 40–92 % пользователей ПЭВМ время от времени, а у 10–40 % – ежедневно.
Исследования воздуха на рабочих местах с ПЭВМ показали также изменение его ионного состава: концентрация отрицательных ионов снижается (через 3 часа работы приближается к нулю), концентрация положительных ионов соответственно повышается. Повышенное содержание положительных ионов в воздухе отрицательно влияет на физическую работоспособность, развитие утомления, на деятельность сердечно-сосудистой системы, бронхолегочного аппарата, вегетативной нервной системы. В то же время отмечено благоприятное влияние отрицательных ионов.
При работе в положении сидя большинство групп мышц находится в постоянном напряжении, что приводит к быстрой утомляемости, способствует развитию профессиональных патологических изгибов позвоночника. Неправильное расположение дисплеев по высоте: слишком низкое, под неправильным углом – является основной причиной появления сутулости; слишком высокое положение дисплея приводит к длительному напряжению шейного отдела позвоночника, которое может привести к развитию остеохондроза. Ненормальное состояние позвоночника (неправильная осанка, различного рода искривления, смещение или деформация межпозвонковых дисков) может стать причиной заболевания всего организма.
Интенсивная работа с клавиатурой вызывает болевые ощущения в локтевых суставах, предплечьях, запястьях, в кистях и пальцах рук. Это может стать источником тяжелых профессиональных заболеваний рук. Комплекс этих заболеваний получил общее название «травмы повторяющихся нагрузок» (ТПН). Работа с клавиатурой является причиной 12% профессиональных заболеваний, вызванных повторяющимися движениями. Заболевания, связанные с повторяющимися движениями, охватывают болезни нервов, мышц и сухожилий рук. Наиболее часто страдают кисть, запястье и предплечье, хотя бывает, что болезнь затрагивает плечевую и шейную области. У операторов компьютеров заболевание обычно наступает в результате непрерывной работы на неудобно или неправильно расположенной клавиатуре. В отличие от сердечных приступов и приступов головной боли ТПН представляет собой травму накапливающихся недомоганий. Легкая боль в руке, если ее вовремя не вылечить, может в конечном итоге привести к полной инвалидности.
Таким образом, костно-мышечные нарушения у пользователей ПЭВМ в основном связаны:
· с нерациональной позой, которая усугубляется отсутствием учета эргономических требований;
· с повторяющимися движениями при работе на клавиатуре или с мышкой;
· с ограниченной общей двигательной активностью (гиподинамией).
При работе на ПЭВМ нередко не учитываются психофизиологические возможности человека, отсутствуют системы контроля состояния его ведущих физиологических показателей. В результате человек бесконтрольно подвергается высоким информационным нагрузкам, психоэмоциональным напряжениям, перенапряжению зрительной системы. Все это, повторяясь изо дня в день, приводит к развитию вначале функциональных, а затем и соматических нарушений.
К факторам, влияющим на состояние здоровья, относятся:
· информационные перегрузки мозга в сочетании с постоянным дефицитом времени;
· длительный дефицит информации, имеющей сигнальное значение;
· постоянное изменение приемов и сложности работы со средствами труда (операционные системы, редакторы, базы данных, языки программирования, разнообразные прикладные программы и т. д.);
· экстренные изменения межличностных взаимовлияний, вызванных созданием новых микро- и макроколлективов в течение небольших отрезков времени;
· нарушение биологических ритмов организма, обусловленное сменными или ненормированными режимами труда;
· условия длительной информационной изоляции, обусловленные индивидуальным характером труда на ПЭВМ;
· частичная двигательная инактивация и др.
Под влиянием этих факторов возникает возможность развития информационных нервных перенапряжений. Высокие информационные нагрузки в условиях дефицита времени и высокой мотивации являются причиной развития хронического эмоционального напряжения. На ранних этапах оно играет биологически положительную роль (мобилизация ресурсов организма), но при длительном действии ведет к возникновению патологических последствий. При работе на ПЭВМ нагрузка на различные сенсорные каналы перераспределяется неравномерно и ложится, как правило, на зрение. Напряженная зрительная работа отрицательно влияет на функциональное состояние органа зрения и, как следствие, на общее функциональное состояние головного мозга. Информационный фактор негативно воздействует и на сердечно-сосудистую систему и систему кровообращения.
Работа на ПЭВМ связана с воздействием ряда стрессогенных факторов, которое приводит к возникновению физиологических, психологических и поведенческих изменений, расстройству здоровья. Психоэмоциональный стресс способствует или является причиной многих функциональных нарушений и заболеваний:
· психосоматических (психозов, неврозов, нарушений сна);
· сердечно-сосудистой системы (аритмии, гипертонической болезни, инфаркта миокарда);
· язвенно-дистрофических поражений желудочно-кишечного тракта;
· снижения иммунитета, развития предрасположенности к вирусным и многим инфекционным заболеваниям, аутоиммунным процессам;
· ревматических поражений и остеохондрозов;
· онкологических;
· гормональных расстройств и нарушений половых функций и т. д.
Таким образом, можно выделить следующие основные нарушения здоровья пользователей ПЭВМ:
· зрительный дискомфорт и болезни органов зрения;
· перенапряжение опорно-двигательной системы;
· расстройства ЦНС и болезни сердечно-сосудистой системы;
· заболевания кожи;
· нарушение репродуктивной функции.
Кроме того, выявлено негативное влияние на другие системы организма – снижение иммунитета, атеросклероз, аритмия, гипертония, инфаркт миокарда, болезни органов пищеварения, застойные процессы в области малого таза и др.
Нарушения здоровья и заболевания пользователей ПЭВМ являются, как правило, результатом воздействия не какого-либо отдельного фактора, а всего комплекса. Так, поражения кожи многие авторы связывают с наличием электростатического поля и воздействием психоэмоционального стресса, гинекологические нарушения – с комплексным влиянием электромагнитных полей, стресса, застойных явлений и других компонентов трудовой среды.
Для качественного проведения анализа производственных факторов при работе на ПЭВМ необходимо учитывать характеристики используемого оборудования (таблица 3.32) и содержание выполняемых работ.
Для комплексной оценки влияния условий труда на человека широко используют методы аналитической оценки. Одним из аналитических показателей условий труда является категория тяжести труда. Категория тяжести труда характеризует состояние организма человека, которое формируется под влиянием условий труда. Методика проведения количественной оценки условий труда приведена в литературе [44] и в приложении П. Пример расчета по данной методике приведен в разделе 5.10.