Вкусовой анализатор
Обонятельный анализатор
Предназначен для восприятия человеком различных запахов (их диапазон охватывает до 400 наименований). Рецепторы расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки в носовой полости.
Условиями восприятия запахов являются летучесть пахучего вещества (выделение его молекул в свободном виде); растворимость веществ в жирах; движение воздуха, содержащего молекулы пахучего веществ в области обонятельного анализатора.
Абсолютный порог обоняния измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха (мг/л). Запахи могут сигнализировать человеку о нарушениях в ходе технологических процессов и об опасностях.
В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существуют четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, кислого, горького и соленого. Все остальные ощущения представляют их комбинации. Абсолютные пороги вкусового анализатора выражаются в величинах концентраций раствора, и они примерно в 10000 раз выше, чем обонятельного. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20 %. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей заканчивается через 10... 15 мин.
1.4. Человек как элемент системы «человек- среда» (БЖД и эргономика)
Под системойпонимается такая совокупность элементов, взаимодействие между которыми адекватно целям, стоящим перед системой.
Бинарная система «человек-среда» многоцелевая. Одна из целей, стоящих перед данной системой, — безопасность, т. е. не нанесение ущерба здоровью человека. Естественно, что каждая система имеет и некоторую чисто технологичёскую цель, связанную с достижением определенного, наперед заданного результата. Согласование целей и устранение возможных противоречий между ними - весьма сложная задача, которая должна быть решена при разработке систем.
В рамках курса БЖД рассматриваются условия обеспечения только одной цели — безопасности. Достижение безопасности системы «человек-среда» возможно только в том случае, если будут системно учтены особенности каждого элемента, входящего в эту систему.
Для того чтобы исключить отрицательные последствия взаимодействия внешней среды и организма, необходимо обеспечить определенные условия функционирования системы «человек-среда». Характеристики человека относительно постоянны. Элементы внешней среды поддаются регулированию в более широких пределах. Следовательно, решая вопросы безопасности системы «человек-среда», необходимо учитывать, прежде всего, особенности человека.
Человек в системах безопасности выполняет троякую роль:
- является объектом защиты;
- выступает средством обеспечения безопасности,
- сам может быть источником опасностей.
Таким образом, звенья системы «человек-среда» органически взаимосвязаны и чтобы она функционировала эффективно и не приносила ущерба здоровью человека, необходимо обеспечить совместимость характеристик среды и человека. Изучением видов совместимости параметров среды с характеристиками человека занимается эргономика[3].
1.4.1. Совместимость элементов системы «человек-среда»
Антропометрическаясовместимость предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы. При решении этой задачи определяют объем рабочего места, зоны досягаемости для конечностей оператора, расстояние от оператора до приборного пульта и др. Сложность обеспечения этой совместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей разные. Сиденье, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться крайне неудобным для человека низкого или очень высокого.
Известно, что (рис 11, а, в) поза «стоя» требует больших энергетических затрат и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Поэтому в этой позе быстрее наступает утомление.
Рабочая поза «сидя» (рис. 11, б, г) имеет целый ряд преимуществ резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела, значительно сокращаются энергетические затраты организма для поддержания такой позы, вследствие этого она является менее утомительной.
Рабочая поза выбрана правильно, если проекция общего центра тяжести лежит в пределах площади опоры. Если в процессе работы действует небольшая группа мышц, то предпочтительнее поза «сидя», при работе большой группы мышц — поза «стоя».
Всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за границы площади опоры, будет вызывать значительные мышечные усилия, т.е. статические напряжения (рис. 11, в, г). Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, профзаболевания (искривление позвоночника, расширение вен, плоскостопие) и травматизм.
а б в г
Рис.11. Схема биомеханического анализа рабочей позы при а,б-устойчивой и в- и г-неустойчивой позах; а-, в-стоя; б-в-сидя
При проектировании рабочего места необходимо учитывать следующее: если при прямой позе «сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составляет 1,6; при наклонной позе «сидя» —4, а при наклонной позе «стоя» —10. Статичная поза утомительнее, чем динамическая.
Наиболее важными моментами, определяющими выбор рабочей позы, являются:
а) применяемое усилие в процессе работы;
б) степень подвижности рабочего, обусловленная характером и конкретным содержанием технологического процесса;
в) величина рабочей зоны и отношение между антропометрическими характеристиками человека и пространственной организацией рабочих мест.
Пространство рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, может быть разделено на рабочие зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна только при условии, если рабочая зона сконструирована правильно.
Правильное конструирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. учитывая динамические антропометрические характеристики), а движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором. На рис. 12 представлены структурные схемы рабочих зон: а — при позе «сидя» в горизонтальной плоскости; б—при позе «стоя» в вертикальной плоскости.
Рис. 12. Структурная схема рабочих зон
При производственном процессе для позы «сидя» (так же, как и для позы «стоя») каждая зона может быть оценена следующим образом.
Зона 1 является самой благоприятной, поскольку она наиболее применима для точных и мелких сборочных работ, так как в ней работают обе руки и хорошо осуществляется зрительный контроль. В случае оперативной работы в этой зоне следует разместить органы управления и индикаторы, которыми оператору придется пользоваться наиболее часто, интенсивно и быстро. 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 часто берет правой (левой) рукой, или органы управления, зрительный контроль за которыми не требуется постоянно. Зона 4 (запасная) —труднодоступная зона; в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 2 и 3. Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки; здесь можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка (например, измерительные инструменты), 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.
В современных условиях весьма актуальной стала проблема резкого роста «компьютерных» профессиональных заболеваний, что, по мнению специалистов, обусловлено, прежде всего, «плохой эргономикой» рабочих мест.
Заболевания, обусловленные травмой повторяющихся нагрузок (ТПН), включают болезни мышц, нервов и сухожилий руки. Наиболее часто страдают кисть, запястье и плечо, хотя могут быть затронуты плечевая и шейная области. Заболевания, обусловленное травмой повторяющихся нагрузок, представляют собой постепенно накапливающиеся недомогания. Легкая боль в руке, если ее вовремя не вылечить, может в конечном итоге привести к инвалидности. Среди причин заболеваний - слишком высоко расположенная клавиатура, неподходящее кресло, продолжительное время работы на компьютере. Специалисты полагают, что естественным положением кистей рук является вертикальное, как при рукопожатии, а вовсе не ладонью вниз, как при печатании на клавиатуре. Во многих местах стандартным оборудованием стали подзапястники - плоские или изогнутые пластины из мягкого материала, которые располагаются перед клавиатурой. Основное их предназначение - служить опорой для запястья во время пауз между ударами по клавишам. Если клавиатура располагается слишком высоко, эти приспособления могут принести больше вреда, чем пользы, поскольку работник часто опирается руками на подзапястник вместо того, чтобы скользить над клавиатурой.
Борьба с ТПН не ограничивается только эргономическим оснащением рабочего места оператора. Например, в новых моделях клавиатура разделена на две части, которые могут наклоняться относительно горизонтали.
Биофизическаясовместимость подразумевает создание такой окружающей среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физическое состояние человека. Эта задача соответствует и требованиям безопасности.
Особое значение имеет терморегулирование организма человека, которое зависит от параметров микроклимата.
В результате жизнедеятельности в организме человека постоянно образуется тепло. За один час его образуется столько, сколько требуется, чтобы вскипятить один литр холодной воды.
В 1780 г. Лавуазье показал, что дыхание и горение имеют единую природу. Через органы дыхания (легкие, дыхательные пути) в кровь человека поступает кислород, а наружу выделяется углекислый газ. Если вдыхаемый воздух содержит 21 % кислорода, то выдыхаемый 16 %. В сутки в кровь поступает до 500 л кислорода и выделяется 400 л СО2. «Топливо», т.е. окисляемые вещества, взаимодействует с кислородом, потребляемым организмом из воздуха, и «сгорает» до образования СО2 и Н2О:
Органические вещества (пища): +О2 = СО2 +Н2О + энергия.
Освобождаемая свободная энергия преобразуется в энергию АТФ (аденозинтрифосфата, молекулы которого являются носителями энергии), которая используется затем во всех физико-химических процессах, протекающих в живом организме, — процессах синтеза белков, нуклеиновых кислот, процессах транспорта веществ, в непосредственном движении, т.е. работе мышц.
Функционирование организма человека требует протекания в нем химических и биохимических процессов в достаточно строгих температурных пределах (36,5 - 37,0 о).
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. 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 (К) 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, омывающим 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.
Q =M ± R ± C – E (1.5.)
В нормальных условиях при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет в результате тепловой радиации около 45 % всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, конвекции - до 30 % и испарения - 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. В состоянии покоя 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 увеличиваться в десятки раз. Так, в горячих цехах при усиленной мышечной работе количество выделяемого пота 1 — 1,5 л/ч, на испарение которого затрачивается 2500.. .3800 кДж.
Биофизическая совместимость учитывает требования и к виброакустическим характеристикам среды, освещенности и другим физическим параметрам.
Энергетическаясовместимость предусматривает согласование органов управлении машиной с оптимальными возможностями человека в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений.
Силовые и энергетические параметры человека имеют определенные границы. Для приведения в действие сенсомоторных устройств (рычагов, кнопок, переключателей и т. п.) могут потребоваться очень большие или чрезвычайно малые усилия. И то и другое плохо. В первом случае человек будет уставать, что может привести к нежелательным последствиям в управляемой системе. Во втором случае возможно снижение точности работы системы, так как человек не почувствует сопротивления рычагов. I , 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.
В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия, так как отсутствие их (что может быть, например, при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к биомеханической перегрузке. Форма и размеры органов управления должны быть согласованы с размерами и биомеханическими особенностями руки оператора. Чтобы исключить биомеханическую перегруженность, следует придерживаться соответствия управляющего воздействия на оборудование биомеханическим возможностям человека. Если органы управления не требуют усилий, то оператор «не чувствует» рукоятки и действует очень неточно. Для предотвращения дрожания руки и повышения точности движений требуется определенный момент сопротивления рукоятки в пределах З...16,7 Н*м. Органы управления могут быть ручными и ножными. Предпочтительнее управление ручное, причем выгоднее использовать регуляторы, которые приводятся в движение рукой к себе или от себя. Для ножных педалей при полном их нажатии момент сопротивления должен составлять 20.,.80 Н*м. Ножные органы управления используют тогда, когда требуются большие усилия и небольшая точность: включение — выключение, грубая регулировка напряжения или тока и т.п. При ручном управлении максимальные усилия прилагаются к рычагам, которые захватываются стоящим оператором на уровне плеча, а сидящим — на уровне локтя (рис. 13) поэтому органы управления, которые используются наиболее часто, следует располагать на высоте между локтем и плечом.
Рис.13. Зона размещения органов управления: а – поза «стоя», б – поза «сидя»
Оптимальные усилия на органы управления:
—для рукояток 20...40 Н (100 Н —максимальное);
—для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400,..1600 мН, тяжелого—6... 12 Н;
—для ножных педалей управления от 20...50 (используемых часто), до 300 Н (используемых редко);
—для рычажного управления от 20...40 (используемых часто) до 120... 160Н (используемых редко).
Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека находится в пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто используются скорости порядка 5...800 см/с. Следует иметь в виду, что движения руки к себе более быстрые, но менее точные, тогда как от себя — более точные, но менее быстрые. Скорость движения в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной; сверху вниз больше, чем снизу вверх; вперед-назад больше, чем вправо-влево; слева направо для правой руки больше, чем справа налево для левой. Вращательные движения в 1,5 раза быстрее поступательных.
Информационнаясовместимость имеет особое значение в обеспечении безопасности.
В сложных системах человек обычно непосредственно не управляет физическими процессами. Зачастую он удален от места их выполнения на значительные расстояния. Объекты управления могут быть невидимы, неосязаемы, неслышимы. Человек видит показания приборов, экранов, мнемосхем, слышит сигналы, свидетельствующие о ходе процесса. Все эти устройства называют средствами отображения информации (СОИ). При необходимости работающий пользуется рычагами, ручками, кнопками, выключателями и другими органами управления, в совокупности образующими сенсомоторное поле. СОИ и сенсомоторные устройства — так называемая модель машины (комплекса). Через нее человек и осуществляет управление самыми сложными системами.
Чтобы обеспечить информационную совместимость, необходимо знать характеристики сенсорных систем организма человека, которые рассмотрены ранее.
Технико-эстетическаясовместимость заключается в обеспечении
удовлетворенности человека процессом труда, общением с техникой, цветовым климатом. Для решения многочисленных и чрезвычайно важных технологических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.
Социальная совместимость предопределена тем, что человек — существо биосоциальное. Решая вопросы социальной совместимости, учитывают отношение человека к конкретной социальной группе и социальной группы к конкретному человеку.
Социальная совместимость органически связана с психологическими особенностями человека. Поэтому часто говорят о социально-психологической совместимости, которая особенно ярко проявляется в экстремальных ситуациях в изолированных группах. Но знание этих социально-психологических особенностей позволяет лучше понять аналогичные феномены, которые могут возникнуть в обычных ситуациях, в производственных коллективах, в сфере обслуживания и т.д.
Психологическая совместимость связана с учетом психических особенностей человека. В настоящее время уже сформировалась особая область знаний, именуемая психологией деятельности. Это один из разделов безопасности жизнедеятельности.