ergonomia 13.doc

Masa ciała, cechy anatomiczne człowieka, jego predyspozycje fizyczne i psychiczne, ze względu na swą stosunkowo małą elastyczność warunkują zagadnienie kształtowania struktury przestrzennej miejsca pracy oraz jego elementów składowych. Informacji na temat budowy, wielkości i proporcji ciała człowieka, dostarcza nauka zwana antropometrią. Wykonywane pomiary antropometryczne opisują sylwetkę:

·         wyprostowaną, zajmuje się tym antropometria klasyczna: statyczna i dynamiczna,

·         naturalną, jaką przyjmuje człowiek podczas wykonywanej czynności, zajmuje się tym antropometria ergonomiczna.

W antropometrii klasycznej pomiary obejmujące:

·         ciało z wyjątkiem głowy - noszą nazwę sematometrii;

·         głowę - kefalometrii;

·         kości - osteometrii.

Dla cech o charakterze statycznym (w pozycji nieruchomej, stojącej lub siedzącej) wykonywane są pomiary:

·         wysokości, które służą do określenia odległości punktów antropometrycznych od położenia, na którym stoi lub siedzi badany ( w pionie);

·         długości (poszczególnych części ciała);

·         szerokości i głębokości;

·         obwodów;

·         średnicy chwytu rękojeści;

·         współrzędnych sklepienia stopy;

·         kątów między palcami ręki;

Pomiary cech dynamicznych (rys 7.1) obejmują:

·         kąty odchylenia kończyn górnych i dolnych (całych i ich części): w dół, w górę, w lewo i prawo,

·         kąty odchylenia i skrętów głowy,

·         kąty skrętu kończyn i ich części,

·         kąty odchylenia grzbietowego i podeszwowego stopy,

·         kąty odchylenia ręki zaciśniętej na uchwycie cylindrycznym.

...

Rys. 7.1. Zakres ruchów możliwych do wykonania przez niektóre części ciała

Cechy dynamiczne dają odpowiedź dotyczącą zasięgu i rozpiętości ruchu. Dla uzyskania jednoznaczności wyników pomiarów, wykonuje się je w ściśle określonych miejscach na powierzchni ciała człowieka. Noszą one nazwę punktów antropometrycznych. Ich rozmieszczenie przedstawia rys 7.2. Pomiary przeprowadzone mogą być w trzech płaszczyznach (rys 7.3):

1. strzałkowo-środkowej, która dzieli ciało na stronę lewą i prawą;
2. czołowej, która przebiega wzdłuż osi głowy i dzieli ciało na część brzuszną i grzbietową;
3. poziomej, która dzieli ciało na część górną i dolną.

...

Rys.7.2. Rozmieszczenie punktów antropometrycznych na ciele człowieka

...

Rys. 7.3. Położenie płaszczyzn pomiarowych w antropometrii

W każdej z tych płaszczyzn wykonuje się szereg pomiarów poszczególnych cech antropometrycznych. Aby wyniki pomiarów mogły być zastosowane dla ogółu, opracowano je w oparciu o metody statystyczne. Populacja ludzka podlega rozkładowi normalnemu (krzywa Gaussa - rys 7.4). W rozważaniach przyjmuje się jedynie 90% tego rozkładu odrzucając po 5% skrajnych wartości. Dla potrzeb ergonomii przyjęto stosować trzy charakterystyczne wielkości: dwie skrajne (kwantyl 5 i 95) oraz medianę.

Wyniki badań zebrano i opublikowano w atlasach antropometrycznych. Zawierają one następujące dane:

·         182 cechy antropometryczne w kolejności porządkowej, z przynależnym dla nich numerem,

·         trzy charakterystyczne wielkości z rozkładu normalnego tj. dot. kwantyla 5 i 95 oraz mediany, przy zróżnicowaniu na płeć, z zastosowaniem następujących oznaczeń: 0 - dla mężczyzn, 1 - dla kobiet,

·         wartości pomiarów podawane są w mm.

...

Rys. 7.4. Rozkład populacji ludzkiej

Unifikacja metod pomiarowych pozwala zarówno na uzyskanie jednorodnych materiałów liczbowych, jednoznacznego interpretowania danych oraz opracowania unifikalnych norm do projektowania: narzędzi, wytworów lub stanowisk pracy.Najczęściej, dane antropometryczne służą do:

·         określenia obszarów pracy,

·         zasięgów ruchów,

·         rozpiętości ruchów,

·         doboru ludzi w przypadku techniki makietowania.

Wskazują na związki jakie zachodzą pomiędzy proporcjami: szerokości, długości całego ciała jak i jego poszczególnych elementów. Uwzględniają także wpływ pozycji ciała na wartości cech mierzonych. W procesie projektowania powinna być zachowana następująca kolejność postępowania:

1. należy odpowiedzieć na pytanie dla jakich użytkowników rozważany projekt będzie przeznaczony i na tej podstawie dobrać kwantyl roboczy,
2. na podstawie atlasu antropometrycznego dokonać wyboru najodpowiedniejszej cechy, uwzględniając zarazem dominację wartości ze względu na płeć
3. uwzględnić tendencję wzrostową młodego pokolenia, a zatem ocenić aktualność zastosowanego atlasu antropometrycznego,
4. przyjąć zapas (luz) projektowanego elementu konstrukcyjnego.

Stosowane są następujące oznaczenia:

K - wymiar konstrukcyjny,

L - niezbędny dystans, luz, zapas miejsca,

0 - mężczyźni,

1 - kobiety.

Dla przykładu podano zapis wysokości osi wziernika: k < [71,0,5] + L

W procesie projektowania, dostosowanie wymiarów mniej jest skomplikowane, gdy mamy do czynienia tylko z jednym wymiarem. Gorzej, gdy w grę wchodzą różne wymiary, a najtrudniej, gdy dotyczą kilku płaszczyzn (np.: kabina pilota). Przy projektowaniu stanowisk pracy z wykorzystaniem danych antropometrycznych stosuje się następujące metody:

1. statystyczną - polegającą na wykonywaniu badań doświadczalnych dopasowania urządzeń do użytkownika z uwzględnieniem wszystkich zainteresowanych w warunkach zbliżonych do rzeczywistych,
2. manekinów płaskich (fantomów) - w oparciu o model płaski przedstawiający sylwetkę człowieka w skali 1:1 z zachowaniem dokładnych proporcji poszczególnych części ciała człowieka, z uwzględnieniem płci i wartości progowych lub mediany. Wady: praca jest zjawiskiem dynamicznym, a traktowana jest tu w sposób statyczny, nie ma informacji o subiektywizmie pracownika, brak orientacji o zmęczeniu użytkownika.
3. graficzna - wykorzystuje możliwości komputera, podaje wiele wariantów, a przy zastosowaniu odpowiedniego kryterium, pozwala na wybór wersji najbardziej optymalnej,
4. eksperymentalna - wykonywane są modele stanowiska w skali 1:5, 1:50 lub rzeczywistym, bada się relacje grup co najmniej 5 osobowych z reprezentacji kwantyli progowych i mediany - wyniki charakteryzują się subiektywizmem.

Należy zaznaczyć, że żadna z przedstawionych metod nie jest rozwiązaniem ostatecznym. Każda z nich powinna być na końcu zweryfikowana w warunkach rzeczywistych przez użytkowników.

...

Pozycja ciała człowieka przy pracy

Wraz ze zmianą pozycji ciała zmienia się geometria człowieka i jego możliwości dynamiczne. Istnieje wiele pozycji w jakich ciało człowieka musi pozostawać podczas wykonywania czynności zawodowych. Jako zasadnicze przyjmuje się pozycje: stojącą, siedzącą i leżącą. Istnieją też formy pośrednie (klęcząca, kuczna itp.). Podczas wykonywanej pracy, pozycja, jaką przyjmuje pracownik jest wynikiem koordynacji mięśniowo-nerwowej całego organizmu. Musi on ponieść pewien koszt fizjologiczny by utrzymać ciało w określonej pozycji. Najmniejszy koszt występuje dla pozycji leżącej w stanie odpoczynku i wynosi 64,8 kcal /godz. Jak wykazały badania fizjologiczne, każda inna pozycja pociąga za sobą wzrost tego kosztu, ponoszonego jedynie na utrzymanie w niej ciała. I tak:

·         w pozycji siedzącej organizm zużywa już o 4,0% energii więcej,

·         w pozycji klęczącej organizm zużywa już o 8,5% energii więcej,

·         w pozycji stojącej organizm zużywa już o 12,0% energii więcej.

Powyższe dane dotyczą postawy nie wymuszonej. Stan wymuszenia może spowodować wzrost wydatkowania energii do 60%. Pomimo tak małego kosztu fizjologicznego, pozycja leżąca w trakcie wykonywania czynności roboczych nie może być przyjęta za najkorzystniejszą ponieważ:

·         stwarza ograniczenie swobody ruchów (zwłaszcza dla kończyn górnych),

·         zwiększa udział wysiłku statycznego (rąk, głowy, czy też innych mięśni).

Pozycja siedząca charakteryzuje się:

·         dużą stabilizacją tułowia (ograniczenie ruchów pozornych, pozwalających utrzymać ciało w danej pozycji),

·         najlepszą koordynacją ruchową kończyn,

·         odciążeniem kończyn dolnych, a nieraz i górnych (oparcia przy siedziskach),

·         odciążenie układu krwionośnego.

Zalety te oraz stosunkowo najniższy koszt energetyczny kwalifikują pozycję siedzącą jako najergonomiczniejszą. Należy jednak zaznaczyć, że długotrwałe zajmowanie nawet najwygodniejszej pozycji, może być dla pracownika uciążliwe, a nawet powodować wiele dolegliwości. Potęguje to konieczność utrzymania sylwetki w pozycji wymuszonej (nienaturalnej). Dla-tego też zalecana jest zmiana zajmowanej pozycji na inną (chociaż chwilowa). Podczas pracy w pozycji siedzącej obciążone są mięśnie: grzbietu, brzucha i ud. Spotykanymi dolegliwościami są zmiany w kręgosłupie szyjnym oraz guzy krwawnicze odbytu.

Podczas pracy w pozycji stojącej obciążone są mięśnie: nóg i grzbietu, w wyniku czego część krwi (20-25%) gromadzi się w kończynach dolnych, co w efekcie zmniejsza dokrwienie całego organizmu, czyli wpływa niekorzystnie na przemianę materii zachodzącą w komórkach ustroju. Prowadzi to też do: obrzęków, zastoi i rozszerzenia żył. Ma wówczas miejsce zniekształcenie stawów kolanowych, trwałe skrzywienie kręgosłupa w odcinku piersiowym. Może to powodować utrudnienie w oddychaniu.

Podczas pozycji leżącej, występuje jednakowa wartość ciśnienia krwi we wszystkich częściach organizmu. Ten korzystny efekt charakterystyczny jest jednak jedynie dla okresu wypoczynku. Wykonanie jakiejkolwiek czynności roboczej stwarza duże niedogodności, przez ograniczenie swobody ruchu (np. praca rękami uniesionymi do góry). Ma wówczas miejsce szybsze męczenie się w wyniku występowania elementów statycznych podejmowanego wysiłku.

Z punktu widzenia fizjologii pracy, każdej z zajmowanych pozycji przez ciało stawia się warunek swobody i naturalności. Za racjonalną przyjmuje się pozycję wymagającą najmniejszego wydatku energetycznego, czyli taką, która w minimalnym stopniu angażuje układ mięśniowy i nerwowy. Jest nią pozycja przemienna z przewagą siedzącej.

...

Antropometryczne zasady kształtowania obszarów pracy

Obszar pracy, czyli przestrzeń robocza, jest to zbiór punktów, na które pracownik oddziaływuje podczas pracy. Istnieje podział obszaru pracy na:

·         teoretyczny, który wyznaczany jest zasięgiem rąk pracownika, bez zmiany jego pozycji ciała i miejsca,

·         rzeczywisty - wyznacza go zasięg rąk przy ruchu tułowia.

Obszar pracy jest charakteryzowany przez:

1. wymiary, asymetrię i kształt ciała (proporcje: szerokości, długości ciała i jego elementów, oparte na danych antropometrii statycznej),
2. strefy pracy dla rąk i nóg (oparte na danych antropometrii dynamicznej),
3. strefy obserwacji i identyfikacji wzrokowej wynikające z budowy anatomicznej człowieka i jego możliwości psychofizycznych.

Jak już wspomniano w poprzedniej części tego rozdziału, kształt ciała i jego wymiary zależą od: budowy kośćca, masy mięśni i tkanki tłuszczowej, oraz ich rozłożenia, wieku, płci, pokolenia, warunków: geograficznych regionalnych i środowiskowych (sposób odżywiania, charakter pracy, stopień aktywności ruchowej). W oparciu o dokładne pomiary antropometryczne wyodrębniono 4 typy budowy ciała człowieka (rys 7.5.):

1. pykniczny (krępy), charakteryzujący się: szeroką i krótką głową oraz szyją, prostymi, wysuniętymi do przodu ramionami, beczkowatym, otłuszczonym tułowiem, krótkimi kończynami górnymi i dolnymi, delikatnymi i kształtnymi dłońmi i stopami, małymi, głęboko osadzonymi oczami, skłonnością do łysienia, skórą zaróżowioną,
2. leptosomiczny (szczupły) - owalna (tzw. ptasia) głowa o wydłużonej części środkowej twarzy i niedorozwoju jej części dolnej, nos cienki, szyja długa, cienkie, słabo umięśnione kończyny, płaski tułów i klatka piersiowa, duże owłosienie, skóra blada,
3. atletyczny - głowa owalna (w kształcie jaja), silnie rozwinięty układ kostnomięśniowy, szyja długa i mocna, ramiona szerokie, klatka piersiowa wypukła, grube kości i skóra,
4. dysplastyczny, który obejmuje grupy:

·         eunochoidów: nadmierny wzrost, silnie owłosiona głowa o kształcie wieżowatym, szerokie biodra,

·         eunochidów z otłuszczeniem: policzków, szyi i żołądka; o twarzach rozdętych, krótkich nosach,

·         infantylnych i niedorozwiniętych, charakteryzujących się proporcjami dziecięcymi, z niedorozwojem tułowia.

...

Rys. 7.5. Typy budowy ciała człowieka: 1 - pykniczny, 2 - leptosomiczny, 3 - atletyczny

Z typem budowy ciała skorelowana jest działalność gruczołów dokrewnych, układu krwionośnego. Z kolei skład chemiczny krwi warunkuje wykształcenie się określonego typu temperamentu, czyli schematu zachowania się i działania danej jednostki. Każdy temperament składa się z różnej jakoś- ci podstawowych cech. Mimo zróżnicowania dyspozycji człowieka, można wyróżnić w nich podstawowe rodzaje:

·         wrażliwość zmysłową, którą cechuje: ostrość słuchu, wzroku, smaku, węchu, dotyku, kinestezji, wrażliwość na barwy,

·         uzdolnienia motoryczne, czyli siła i zręczność kończyn, siła i szybkość ruchów ciała, duża koordynacja ruchów,

·         zdolności psychiczne reprezentowane przez: pamięć, wyobraźnie, myślenie, kojarzenie.

Tempo i rytm procesów psychicznych wyraża się w jakości percepcji, sposobie reakcji, gestykulacji, czy myślenia.

Kretchmer wyróżnia 3 typy temperamentów:

1. cyklotymiczny - warunkowany przez pykniczny typ budowy ciała,
2. schizotymiczny - związany z typem leptosomicznym,
3. wiskozyjny, który łączy się z atletycznym typem budowy ciała.

W starożytności istniał podział na 4 typy temperamentów: sangwinicy, flegmatycy, cholerycy i melancholicy. Niektórzy psychologowie opierają się jeszcze na bardziej rozszerzonym podziale.

W codziennym życiu występują pewne schematy postępowania, które określa się mianem charakterów. Odmiany charakterów są uwarunkowane temperamentem i typem budowy ciała, poza atletycznym, który nie ma wyodrębnionych swoich charakterów. Dokładniejsze informacje na ten temat można znaleźć w literaturze psychologicznej.

Populacja ludzka wykazuje asymetrię ciała morfologiczną, dynamiczną i funkcjonalną. U osób praworęcznych notuje się:

·         większe wymiary: lewej strony głowy, prawej ręki, lewej nogi,

·         wyższą funkcję i strukturę lewej półkuli mózgu,

·         większą częstotliwość i precyzję ruchów w ręce prawej,

·         większą siłę w ręce prawej i lewej nodze.

U leworęcznych - zamiennie.

Każda z części składowych ciała ma do spełnienia odpowiednie funkcje ruchowe. Może być traktowana oddzielnie lub grupowo. Na przykład kończyna górna. Tworzą ją takie części jak:

·         staw ramienny (wieloosiowy, który działa prawie w każdym kierunku),

·         ramię,

·         staw łokciowy (zawiasowy),

·         przedramię,

·         staw promieniowo-nadgarstkowy (złożony),

Ręka składająca się z: nadgarstka, śródręcza, stawów śródręczno - palcowych (zginanie i prostowanie zachodzi w osiach poprzecznych, odwodzenie i przywodzenie - w prostopadłych do poprzednich), 5 palców (jedną część ręki określa się mianem dłoni, a drugą -grzbietem). Kończyna ta może łącznie wykonywać szereg rodzajów ruchów takich jak: zginanie i prostowanie, odwodzenie i przywodzenie, odwracanie i nawracanie i ich wypadkowa - obwodzenie. Podstawową funkcją ręki jest ruch i chwyt. Może ona również pełnić funkcję kontaktu i porozumiewania się zarówno ze swym wnętrzem jak i z otoczeniem, gdyż celem jej jest eksploracja świata zewnętrznego (receptory dotyku). Dział ergonomii poświęcony zasadom funkcjonowania ręki nosi nazwę hirotechniki. Sprecyzowane są w nim zalecenia optymalizujące użycie tej kończyny np.:

·         im większa powierzchnia styku dłoni, tym lepiej rozkładany jest trzymany ciężar,

·         praca dłonią nie może być wykonywana, jeżeli rozkład siły jest > 32 kg/cm ,

·         kciuk pracuje przeciwstawnie do pozostałych palców (tzw. chwyt dłoniowy, czyli siłowy).

Wykonanie przez człowieka ruchu dokonuje się w obszarze zwanym strefą pracy. Wielkość i kształt strefy zależą od:

·         pozycji ciała jaką przyjmuje człowiek w czasie wykonywania pracy,

·         części ciała użytej do ruchu: jedna z kończyn (która), obie, palce,

·         rodzaju wykonywanego ruchu,

·         cechy ruchu: szybkości, precyzji i kierunku,

·         rodzaju wykonywanej pracy,

·         wartości użytej siły i częstości manipulacji,

·         płaszczyzny pracy ( , ) i jej położenia.

Wyznaczenie strefy oparte jest na zasięgu i rozpiętości całych kończyn i ich części. Rozróżnia się zasięg:

·         normalny - zakreślony przez przedramiona przy nieruchomym tułowiu,

·         maksymalny - zakreślony przez wyciągniętą rękę i palce przy nieruchomym tułowiu.

Zasięgi mogą być wykreślane dla płaszczyzny i , dla różnych pozycji ciała. Rozpiętości ruchów swobodnych podane są w atlasie antropometrycznym ludności dorosłej. Wykreślenie zasięgów pozwala na określenie typu strefy pracy:

1. optymalna, która może być wyznaczona z zasięgu normalnego wspólnego dla obu rąk,
2. dopuszczalna, określona przez zasięg maksymalny, wspólny dla obu rąk,
3. dopuszczalna dla prac wykonywanych przez każdą rękę z osobna,
4. możliwa lecz nie zalecana, wyznaczona przez zasięg maksymalny dla każdej ręki oddzielnie.

W każdej z tych stref dopuszczalne jest wykonywanie tylko ściśle określonych czynności. I tak w strefie:

1. czynności precyzyjne, ruchy podstawowe,
2. czynności mniej precyzyjne, ruchy podstawowe,
3. ruchy pomocnicze,
4. ruchy pomocnicze o małej częstości występowania.

Rysunek 7.6. przedstawia ww. strefy.

Z wykonywaną czynnością wiąże się wielkość użytej siły. Granice siły pod-czas ruchu zmieniają się w zależności od położenia ciała, kierunków ruchu, zasięgu ruchów oraz innych czynników.

... TWÓR TECHNIKI JAKO ELEMENT UKŁADU ERGONOMICZNEGO

Jak już wspomniano, ergonomia bada relacje zachodzące między elementami składowymi układu ergonomicznego, występującego często pod postacią człowiek - twór techniki czł. - t.t. . Należałoby zatem przybliżyć pojęcie tego drugiego składnika. Schematy blokowe przedstawione na rysun...