Человеческий фактор в обеспечении производственной безопасности

метки: Человеческий, Производственный, Безопасность, Фактор, Анализатор, Сигнал, Характеристика, Условие

Деятельность человека с позиции анализа опасностей целесообраз­но рассматривать как систему, состоящую из двух взаимо­связанных сложных подсистем: «человек (организм — личность)» и «среда обитания (производственная среда)». Опасности, формируемые системой «человек (организм — личность)», определяются антропо­метрическими, физиологическими, психофизическими и психологи­ческими возможностями человека выполнять производственную деятельность. Они рассматриваются в данной работе.

1.1 Характеристики основных форм деятельности человека., Физический труд

Рисунок 1. Основные формы деятельности человека

Энергетические затраты на мышечную работу.

детерминированному — по заранее известным правилам, инструк­циям, алгоритмам действий, жесткому технологическому графику и т. п.;

— Таблица 1. Энергетические затраты на поддержание рабочей позы

Поза	Количество затрачиваемой энергии, кДж/мин
Сидя	1,3
На коленях	2,1
На корточках	2,1
Стоя	2,5
Стоя в наклоне более чем на 15 % и другие неудобные позы	3,4

Таблица 2. Энергетические затраты при выполнении мышцами механической работы

Части тела, занятые в работе	Количество затрачиваемой энергии при условных степенях интенсивности работы, кДж/мин
	1	2	3
Кисти и пальцы рук	1,7(1,3-2,5)	3,0(2,5-3,8)	4,2(3,8-5,0)
Руки	4,6(2,9-5,9)	7,6(5,9-9,2)	10,9(9,2-12,6)
Руки и туловище, а также одновременная работа трех или четырех ко­нечностей	13,9(10,5-16,8)	21,0(16,8-25,2)	30,2(25,5-35,7)

недетерминированному — когда возможны неожиданные события в выполняемом технологическом процессе, неожиданное появление сигналов, но в то же время известны управляющие действия при появлении неожиданных событий (расписаны правила, инструкции и т.п.) в выполняемом процессе. Различают несколько типов операторской деятельности в техниче­ских системах, классифицируемых в зависимости от основной функ­ции, выполняемой человеком, и доли мыслительной и физической загрузки, включенных в операторскую работу. Оператор-технолог непосредственно включен в технологический процесс, работает в основном режиме немедленного обслуживания, совершает преимущественно исполнительные действия, руководству­ясь четко регламентирующими действия инструкциями, содержащими, как правило, полный набор ситуаций и решений. Это — операторы технологических процессов, автоматических линий и пр. Оператор-манипулятор (машинист).

Основную роль в его деятель­ности играют механизмы сенсомоторной регуляции (исполнения дей­ствий) и в меньшей степени — понятийного и образного мышления. К числу выполняемых им функций относится управление отдельными машинами и механизмами. Оператор-наблюдатель, контролер (например, диспетчер техноло­гической линии или транспортной системы).

В его деятельности преобладает удельный вес информационных и концептуальных моделей. Оператор работает как в режиме немедленного, так и отсроченного обслуживания в масштабах реального (настоящего) времени. В его деятельности в значительной мере используется аппарат понятийного мышления и опыт, заложенный в образно-концептуальных моделях. Физическая работа здесь играет несущественную роль. Функционирование организма требует протекания в нем химиче­ских и биохимических процессов в достаточно строгих температурных пределах. Для температуры тела это интервал находится в пределах 36,5—37,0° С. В процессе взаимодействия человека с окружающей средой темпе­ратура тела может значительно изменяться, что связано с температурой, влажностью и подвижностью воздуха в окружающей среде, а также тепловой радиацией от различных видов оборудования, используемых в производственной среде. Приспособление организма человека к изменениям параметров состояния окружающей среды выражается в способности протекания в нем процессов терморегуляции. Терморегуляция — совокупность физиологических и химических процессов в организме человека, направленных на поддержание по­стоянства температуры тела (» 36—37 °С).

Это обеспечивает нормаль­ное функционирование организма, способствует протеканию биохи­мических процессов в организме человека. Терморегуляция ( Q ) иск­лючает переохлаждение или перегрев организма человека. Поддержа­ние постоянства температуры тела определяется теплопродукцией организма (М ), т.е. процессами обмена веществ в клетках и мышечной дрожью, теплоотдачей или теплоприходом (R ) за счет инфракрасного излучения, которое излучает или получает поверхность тела; теплоот­дачей или теплоприходом за счет конвекции (С ), т.е. через нагрев или охлаждение тела воздухом, омываемым поверхность тела; теплоотдачей (Е ), обусловленной испарением влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей, легких. Терморегуляция, таким образом, обеспечивает равновесие между количеством тепла, непре­рывно образующимся в организме и излишком тепла, непрерывно отдаваемым в окружающую среду, т.е. сохраняет тепловой баланс организма.

Терморегуляцию можно представить следующим выражением:

Q = M ± R ± C — E.

В нормальных условиях при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет в результате тепловой радиации около 45 % всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, конвекцией до 30 % и испарением до 25 %. При этом свыше 80 % тепла отдается через кожу, примерно 13 % через органы дыхания, около 7 % тепла расходу­ется на согревание принимаемой пищи, воды и вдыхаемого воздуха. При покое организма и температуре воздуха 15 °С потоотделение незначительно и составляет примерно 30 мл за 1 ч. При высокой температуре (30 °С и выше), особенно при выполнении тяжелой фи­зической работы, потоотделение может усиливаться в десятки раз. Так, в горячих цехах при усиленной мышечной работе количество выделяемого пота 1—1,5 л/ч, на испарение которого затрачивается около 2500-3800 кДж. Различают острые и хронические формы нарушения терморегуля­ции. Острые формы нарушения терморегуляции:

— тепловая гипертермия — теплоотдача при относительной влаж­ности воздуха 75-80 % — легкое повышение температуры тела, обиль­ное потоотделение, жажда, небольшое учащение дыхания и пульса. При более значительном перегреве возникает также одышка, головная боль и головокружение, затрудняется речь и др.

— судорожная болезнь — преобладание нарушения водно-солево­го обмена — различные судороги, особенно икроножных мышц, и сопровождаемые большой потерей пота, сильным сгущением крови. Вязкость крови увеличивается, скорость ее движения уменьшается и поэтому клетки не получают необходимого количества кислорода.

• тепловой удар—дальнейшее протекание судорожной болезни — потеря сознания, повышение температуры до 40—41 °С, слабый учащенный пульс. Признаком тяжелого поражения при тепловом ударе является полное прекращение потоотделения.

Тепловой удар и судорожная болезнь могут заканчиваться и смер­тельным исходом. Хронические формы нарушения терморегуляции приводят к изменениям в состоянии нервной, сердечнососудистой и пищеварительной системе человека, формируя производственно-обусловленные заболе­вания. Длительное охлаждение часто приводит к расстройству деятельно­сти капилляров и мелких артерий (ознобление пальцев рук, ног и кончиков ушей).

При этом происходит и переохлаждение всего орга­низма. Широко распространены вызываемые охлаждением заболева­ния периферийной нервной системы, особенно пояснично-крестцовый радикулит, невралгия лицевого, тройничного, седалищного и других нервов, обострения суставного и мышечного ревматизма, плев­рит, бронхит, асептическое и инфекционное воспаление слизистых оболочек дыхательных путей и др. Влажный воздух лучше проводит тепло, а подвижность его увели­чивает теплоотдачу конвекцией — это приводит к большому обморо­жению (даже смерти) при условии низкой температуры, высокой влажности и подвижности воздуха. Выделяют три стадии охлаждения организма челове­ка, которые характеризуются следующими показателями:

I—II стадии температура тела от 37 до 35,5° С. При этом происходит:

• спазм сосудов кожи;
• урежение пульса;
• снижение температуры тела;
• повышение артериального давления;
• увеличение легочной вентиляции;
• увеличение теплопродукции.

Таким образом, в пределах до 35 °С организм пытается бороться собственными силами против охлаждающего микроклимата.

III стадия —температура тела ниже 35 °С. При этом происходит:

• падение температуры тела;
• снижение деятельности центральной нервной системы;
• снижение артериального давления;
• уменьшение легочной вентиляции;
• уменьшение теплопродукции.

Умственный труд (интеллектуальная деятельность).

• комфортные условия труда обеспечивают оптимальную дина­мику работоспособности человека и сохранение его здоровья;
• относительно дискомфортные условия труда при воздействии в течение определенного интервала времени обеспечивают заданную работоспособность и сохранение здоровья, но вызывают субъективные ощущения и функциональные изменения, не выходящие за пределы нормы;
• экстремальные условия труда приводят к снижению работоспо­собности человека, не вызывают функциональные изменения, выво­дящие за пределы нормы, но не ведущие к патологическим изменениям;
• сверхэкстремальные условия труда приводят к возникновению в организме человека патологических изменений и к потере трудоспособности.

Медико-физиологическая классификация тяжести и напряженно­сти труда проводится на основании комплексной количественной оценки факторов условий труда, называемой интегральной величиной тяжести и напряженности труда (И _т ).

К I категории относят работы, выполняемые в оптимальных усло­виях труда при благоприятных нагрузках. II категория включает работы, выполняемые в условиях, соответствующих предельно допустимым значениям производственных факторов. К III категории относят рабо­ты, при которых вследствие не вполне благоприятных условий труда у людей формируются реакции, характерные для пограничного состоя­ния организма (ухудшение некоторых показателей психофизиологического состояния к концу работы).

IV категория включает работы, при которых неблагоприятные условия труда приводят к реакциям, харак­терным для предпатологического состояния у большинства людей. К V категории относят работы, при которых в результате воздействия весьма неблагоприятных условий труда у людей в конце рабочего периода формируются реакции, характерные для патологического функционального состояния организма. VI категория включает работы, при которых подобные реакции формируются вскоре после начала трудового периода (смены, недели).

I и II категории тяжести и напряженности труда соответствуют комфортным производственным условиям, III — относительно дис­комфортным, IV и V — экстремальным и VI — сверхэкстремальным. Категорию тяжести и напряженности труда определяют расчетным путем. Для этого каждый фактор производственных условий оценивают по шестибалльной системе с помощью специальных таблиц. Интег­ральная оценка тяжести и напряженности труда рассчитывается по формуле:

, (1)

где х _ОП — определяющий (самый большой по баллу) элемент условий труда на i -ом рабочем месте; j — сумма баллов всех i — ых биологически значимых элементов без определяющего элемента на j -ом рабочем месте; n — число всех элементов, имеющихся на рабочем месте; х_ij — балльная оценка i -го фактора на j -ом рабочем месте. Каждый элемент условий труда на рабочем месте получает оценку от 1 до 6 в зависимости от своей величины и продолжительности действия (экспозиции).

При экспозиции меньше 90 % времени восьмичасовой рабочей смены фактическая оценка элемента в баллах составит:

_ij

Категория тяжести труда	1	II	III	IV	V	VI
Интегральная оценка Ит, балл	18	19—33	34^5	46—53	54—59	59,1—60

При оценки тяжести физического труда пользуются показателями динамической и статической нагрузки. Показатели динамической на­грузки:

• масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную;
• расстояние перемещения груза;
• мощность выполняемой работы: при работе с участием мышц нижних конечностей и туловища, с преимущественным участием мышц плечевого пояса;
• мелкие, стереотипные движения кистей и пальцев рук, количе­ство за смену;
• перемещение в пространстве (переходы, обусловленные техно­логическим процессом), км.

Показатели статической нагрузки:

• масса удерживаемого груза, кг;
• продолжительность удерживания груза, с;
• статическая нагрузка за рабочую смену, Н, при удержании груза: одной рукой, двумя руками, с участием мышц корпуса и ног;
• рабочая поза, нахождение в наклонном положении, процент сменного времени;
• вынужденные наклоны корпуса более 30°, количество за смену;
• линейный пространственный компоновочный параметр эле­ментов производственного оборудования и рабочего места, мм;
• угловой пространственно-компоновочный параметр элементов производственного оборудования и рабочего места, угол обзора;
• значение сопротивления приводных элементов органов управле­ния (усилие, необходимое для перемещения органов управления), Н.

Динамическую физическую нагрузку определяют, как правило, одним из следующих показателей:

1) работой (кг«м);

2) мощностью усилия (Вт); статическую физическую нагрузку определяют в кг/с.

Для определения динамической работы, выполняемой человеком в каждом отдельном отрезке рабочей смены, рекомендуется пользо­ваться следующей формулой:

W = (РН + ( PL /9) + РН ₁ /2))К , (3)

где W — работа, кг м; Р — масса груза, кг; Н — высота, на которую помещают груз из исходного положения, м; L —расстояние, на кото­рое перемещают груз по горизонтали, м; Н ₁ —расстояние, на которое опускают груз, м; К — коэффициент, равный 6. Для расчета среднесменной мощности следует суммировать работу, произведенную человеком за всю смену, и разделить ее на длительность смены:

N = WK ₁ / t , (4)

где N — мощность, Вт, t — длительность смены, с; K ₁ — коэффициент перевода работы (W ) из кг×м в Джоуль (Дж), равный 9,8.

Статическая нагрузка — это усилия на мышцы человека без пере­мещения тела или его отдельных частей. Величина статической нагруз­ки определяется произведением величины усилия на время поддержания (в случае различных величин усилий время поддержания каждого из них определяют отдельно, находят произведения величины усилия на время поддержания и затем эти произведения суммируют).

При оценке напряженности умственного труда используют пока­затели внимания, напряженности зрительной работы и слуха, моно­тонности труда.

Общие характеристики анализаторов.

Рисунок 2. Функциональная схема анализатора

Общая функциональная схема анализатора представлена на рисунке 2. Центральной частью анализатора является некоторая зона в коре головного мозга. Периферическая часть — рецепторы — находится на поверхности тела для приема внешней информации либо размещена во внутренних системах и органах для восприятия информации об их состоянии (внешние рецепторы в обычной речи называют органами чувств).

Проводящие нервные пути соединяют рецепторы с соответст­вующими зонами мозга. В зависимости от специфики принимаемых сигналов различают следующие анализаторы: Внешние — зрительный (рецептор — глаз); слуховой (рецептор — ухо); тактильный, болевой, температурный (рецепторы кожи); обоня­тельный (рецептор в носовой полости); вкусовой (рецепторы на по­верхности языка и неба).

Внутренние — анализатор давления; кинестетический (рецепторы в мышцах и сухожилиях); вестибулярный (рецептор в полости уха); специальные, расположенные во внутренних органах и полостях тела. Рассмотрим основные параметры анализато­ров:

нижним порогом чувствительности.

(5)

где J — интенсивность раздражителя; K и С — константы, определяе­мые данной сенсорной системой.

верхним порогом чувствительности.

3. Диапазон чувствительности к интенсивности — включает все переходные значения раздражителя от абсолютного порога чувстви­тельности до болевого порога.

4. Дифференциальная (различительная) чувствительность к изме­нению интенсивности сигнала — это минимальное изменение интен­сивности сигнала, ощущаемое человеком. Различают абсолютные дифференциальные пороги, характеризуемые значением , и относи­тельные, выражаемые в процентах: , где J — исходная интенсивность.

5. Дифференциальная (различительная) чувствительность к изме­нению частоты сигнала — это минимальное изменение частоты F сигнала, ощущаемое человеком. Измеряется аналогично дифференци­альному порогу по интенсивности, либо в абсолютных единицах , либо в относительных — .

6. Границы (диапазон) спектральной чувствительности (абсолют­ные пороги ощущений по частоте, длине волны) определяются для анализаторов, чувствительных к изменению частотных характеристик сигнала (зрительного, слухового, вибрационного), отдельно нижний и верхний пороги.

7. Пространственные характеристики чувствительности специфич­ны для каждого анализатора.

латентным периодом.

Величина латентного периода (с) для различных анализаторов следующая:

тактильный (прикосновение)…………………………. 0,09…0,22

слуховой (звук)……….…………………………………. 0,12…0,18

зрительный (свет)……………………………………….. 0,15…0,22

обонятельный (запах)…….…………………………….. 0,31…0,39

температурный (тепло-холод)………………………… 0,28…1,6

вестибулярный аппарат (при вращении)…………….. 0,4

болевой (рана)…………………………………………. 0,13…0,89

9. Адаптация (привыкание) и сенсибилизация (повышение чувст­вительности) — характеризуются временем и присущи каждому типу анализаторов.

Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низке и высокие температуры, вибрации, перегрузки, невесомость, слишком интенсивные потоки информации, ведущие к дефициту времени, и ее недостаток, утомление, вызванное длительной работой или небла­гоприятными условиями, состояние стресса — все эти факторы вызы­вают различные изменения характеристик анализаторов.

Рисунок. 3 Спектральная чувствительность глаза

Характеристика зрительного анализатора

• темный объект на светлом фоне (прямой контраст):

;

• светлый объект на темном фоне (обратный контраст):

где В _об и В _ф — яркости объекта и фона. Оптимальная величина конт­раста считается 0,6-0,9.

Временные характеристики восприятия сигналов:

• латентный период (скрытый период) — время от подачи сигнала до момента возникновения ощущения (0, 15-0,22 с);
• порог обнаружения сигнала при большей яркости — 0,00 1 с, при длительности вспышки 0,1 с.

Яркость сигнала практического значения не имеет;

• привыкание к темноте (неполная темновая адаптация) длится от нескольких секунд до нескольких минут;

— восприятие мелькающего света (критическая частота слияния мельканий) изменяется от 14 до 70 Гц в зависимости от яркости импульсов, их формы, угловых размеров объекта, уровня зрительной адаптации, функционального состояния человека и т.п. Для исключения слияния мельканий рекомендуется проецирование сигналов с частотой 3-8 Гц.

Характеристика слухового анализатора.

• способность быть готовым к приему информации в любой момент времени;
• способность воспринимать звуки в широком диапазоне частот и выделять необходимые;
• способность устанавливать со значительной точностью месторасположение источника звука.

В связи с этим слуховое представление информации осуществля­ется в тех случаях, когда оказывается возможным использовать ука­занные свойства слухового анализатора. Наиболее часто слуховые сигналы применяются для сосредоточенного внимания человека — оператора (предупредительные сигналы и сигналы опасности), для передачи информации человеку-оператору, находящемуся в положе­нии, не обеспечивающим ему достаточной для работы видимости объекта управления, приборной панели и т.п., а также для разгрузки зрительной системы. Для эффективного использования слуховой формы представления информации необходимо знание характеристик слухового анализатора. Свойства слухового анализатора оператора проявляются в восприятии звуковых сигналов. С физической точки зрения звуки представляют собой распространяющиеся механические колебательные движения в слышимом диапазоне частот. Механические колебания характеризуются амплитудой и частотой. Амплитуда — наибольшая величина измерения давления при сгуще­ниях и разрежениях. Частота — число полных колебаний в одну се­кунду. Единицей ее измерения является герц (Гц) — одно колебание в секунду. Амплитуда колебаний определяет величину звукового дав­ления и интенсивность звука (или силу звучания).

Звуковое давление принято измерять в Паскалях (Па).

Основные параметры (характеристики) звуковых сигналов (колебаний):

• интенсивность (амплитуда),
• частота и форма, которые отражаются в таких звуковых ощуще­ниях как громкость, высота и тембр.

Воздействие звуковых сигналов на звуковой анализатор определя­ется уровнем звукового давления (Па).

Интенсивность (сила) звука (Вт/м ² ) определяется плотностью потока звуковой энергии (плотно­стью мощности).

Для характеристики величин, определяющих восприятие звука, существенными являются не только абсолютные значения интенсив­ности звука и звукового давления, сколько их отношение к пороговым значениям (J ₀ =10^-12 Вт/м² или Р₀ =2×10^-5 Па).

В качестве таких относительных единиц измерения используют децибелы (дБ)

,

где J и Р — соответственно интенсивность и уровень звукового давле­ния, J ₀ и Р ₀ — их пороговые значения.

Интенсивность звука уменьшается обратно пропорционально квад­рату расстояния; при удвоении расстояния снижается на 6 дБ. Абсо­лютный порог слышимости звука составляет (принят) 2×10 ^-5 Па (10^-12 Вт/м² ) и соответствует уровню 0 дБ. Пользование шкалой децибел удобно, так как почти весь диапазон слышимых звуков укладывается менее чем в 140 дБ (рис. 2.13).

Громкость — характеристика слухового ощущения, наиболее тесно связанная с интенсивностью звука. Уровень громкости выражается в фонах; фон численно равен уровню звукового давления в дБ для чистого тона частотой 1000 Гц. Дифференциальная чувствительность к изменению громкости — К =() наблюдается в диапазоне частот 500-1000 Гц. С характеристикой громкости тесно связана характеристика раздражающего действия звука. Ощущение неприятности звуков возрастает с увеличением их громкости и частоты.

Рисунок 4. Диаграмма области слухового восприятия

Минимальный уровень определенного звука, который требуется для того, чтобы вызвать слуховое ощущение в отсутствие шума, назы­вают абсолютным порогом слышимости. Значение его зависит от тона звука (частота, длительность, форма сигнала), метода его предъявления и субъективных особенностей слухового анализатора оператора. Абсо­лютный порог слышимости имеет тенденцию с возрастом уменьшаться (рис.5).

Высота звука, как и его громкость, характеризует звуковое ощущение оператора. Частотный спектр слуховых ощущений простирается от 16-20 Гц до 20 000-22 000 Гц. В реальных условиях человек воспринимает звуковые сигналы на определенном акустическом фоне. При этом фон может маскировать полезный сигнал. Эффект маскировки имеет двоякое значение. В ряде случаев фон может маскировать полезный (нужный) сигнал, в некоторых случаях может улучшать акустическую обстановку. Так, известно, имеется тенденция маски­ровки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека.

Рисунок 5. Зависимость потери слуха с возрастом для различных частот звукового сигнала.

Характеристика кожного анализатора.

1. Растяжение мышц при их расслаблении — «мускульные верете­на»;

2. Сокращение мышц — сухожильные органы Гольджи;

3. Положение суставов (обусловливающее так называемое «сустав­ное чувство»).

Предполагается, что их функции выполняют глубинные рецепторы давления.

Возможности двигательного аппарата представляют определенную значимость при конструировании защитных устройств, органов управ­ления. Сила сокращения мышц человека колеблется в широких пре­делах. Например, номинальная сила кисти в 450-650 Н при соответствующей тренировке может быть доведена до 900 Н. Сила сжатия, в среднем равная 500 Н для правой и 450 Н для левой руки, может увеличиваться в два раза и более.

Оптимальные усилия на органы управления:

• для рукояток 20-40 Н (100 Н — максимальное);
• для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400-1600Н, тяжелого —6000-12000 Н;
• для ножных педалей управления от 20-50 (используемых часто) до ЗООН (используемых редко);
• для рычажного управления от 20-40 (используемых часто) до 120-160Н (используемых редко).

Обонятельный анализатор.