Введение. Место и задачи курса

На современном этапе развития нашего общества в качестве первоочередной является задача преобразования экономика, мате­риально-технической базы, т.е. глубокой реконструкции всего народ­ного хозяйства. В ранг наиглавнейшей задача выдвигается забота о человеке, об условиях его труда и быта, ибо человек труда являет­ся и целью, и средством общественного развития.

Осуществление поставленных задач возможно только на базе достижений научно-технической революции, на основе новых прогрес­сивных методов проектирования и производства, новых технологических процессов и новейших конструкционных материалов. В связи с этим меняется характер профессиональной деятельности конструктора, его роли в создании новой техники, изменяются я требования к под­готовке конструктора.

В настоящее время невозможно создать машину или комплекс машин, отвечающих современным требованиям ресурсо- и энергосбере­гающих технологий, без использования методов физического и мате­матического моделирования, информационной теории связи, теория решений, сетевого планирования, теории надежности, методов опти­мального проектирования на базе экономических критериев и дизайнерской и эргономической проработки.

Методические аспекты, рассматриваемые в данном пособии для студентов, специализирующихся по кафедре «Автоматизированное конструирование машин и аппаратов химических производств», охватывают различные области знаний, как-то техническую эстетику, эргономику, инженерную психологию, закономерности формообразования, управление качеством изделий к т.д.

Цель дизайна состоит в создании удобных в работе, целостных по фор­ме, гармоничных, эстетически совершенных машин, отвечающих одновременно высоким требованиям экономичности и уровню функциональных параметров, т.е. машин, учитывающих "человеческий фактор", с одной стороны приспособленных к психофизиологическим возможностям человека, с другой стороны удовлетворяющих его эстетическим потребностям.

Машиностроение является частью всего народного хозяйства страны и в более широком понимании, цель дизайна состоит в преобразовании предметного мира по законам красоты. При этом любое окружающее человека пространство должно формироваться с целью оптимизации условий труда, для эффективного выполнения поставлен­ных задач.

В таком аспекте постановки задач правомочно применение термина: промышленный (INDUSTRIAL) дизайн.

Лекция 2

Система «человек – машина – окружающая среда». Основные функциональные показатели

Рис.1 Схема системы «человек - машина – окружающая среда»
Гигиенические факторы Загазованность Запыленность Запахи Влажность Вентилируемость Температура Рабочая одежда	Шум Вибрация Освещенность Вредной излучение Цветовое решение Физиологические факторы Психологические факторы

Рассматривая систему "человек-машина" можно сделать вывод, что показателем качества работы этой системы может служить время прохождения сигнала через замкнутый контур.

Время полного цикла будет

где время задержки сигнала в машине;

- время задержки сигнала оператором, которое состоит из .

Здесь - время восприятия информации, которое зависит от факторов окружающей среда, а также интенсивности информация, выбранного метода кодирования, уровня подготовки, тренирован­ности оператора, опыта, особенности его внимания, технического в физического состояния (утомление, напряженность);

- время решения задачи, зависящее от характере задачи, алгоритма решения, навыка решения задач и т.д.;

- время исполнительного действия, определяемое располо­жением органов управления, их размерами, формами, количеством, силой сопротивления и т.д.;

- время резерва, которое не является показателем каких-либо индивидуальных качеств оператора.

Для обеспечения надежной работы системы управления нужно, чтобы время задержки сигнала оператором T_Y было меньше некото­рого времени (время условия). Если - гарантировать надежность работы системы нельзя. Более подробно вопрос о надеж­ности человека-оператора рассматривается в инженерной психологии.

Лекция 3

Дизайн. Исторические предпосылки и время появления дизайна.

Необходимо различать время появления дизайна, как метода и предпосылки для его появления.

Предпосылки для становления были созданы промысленной революцией XIX века, в процессе перехода от ручного труда к машинному, который повлек за собой полный технический переворот отвергающий веками нажитое ручное искусство мастера. В условиях зарождавшегося капитализма средства производства отделялись от производителя и последний становился наемным рабочим, никак не заинтересованным, да и не имеющим воз­можности эстетизировать труд или предметы, им производимые. В результате возникло противоречие между прогрессивной инженерной идеей, заложенной в изделие, и его эстетической неполноценностью.

В конце XIX века было несколько попыток разными способами вернуть вещам, машинам достоинства, присущие кустарному производству. Чаще всего это был возврат к индивидуальному произ­водству.

Одновременно формулируются основные научные положения эстетизации изделий. Так в фундаментальном труде архитек­тора, автора Дрезденского Цвингера Г. Земпфа "Стиль в техничес­ких и тектонических искусствах или практическая эстетика" (1863 г.) впервые показано, что форма и декор вещей зависят не от воли ху­дожника, а определяются их функциональным назначением, материалом и технологией производства.

Ф. Рело, крупный инженер, автор первого учебника по констру­ированию машин, считал необходимым соединить в едином гармоничном союзе искусство и технику, исходя из того, что основанная на науке техника становится носительницей культуры, неутомимой ра­ботницей в деде цивилизации. В своем труде "О стиле в машинострое­ния" (1862 г.) автор рассматривает машину, как объект приложения творческих, художественных способностей.

Подлинное начало истории художественного конструирования связано с созданием художественно-промышленного союза "Веркбунд" в Германии в 1907 г., положившего начало движению за "Единство искусства и техники". Первая мировая война прервала эту деятельность.

В 1919-20 г.г. В СССР и Германии возникают две крупные организации: ВХУТЕМАС в Москве и БАУХАУЗ в Веймаре, где было положено начало развитию новых художественных идей и методов дизайна, на основе умелого сочетания педагогической и практической деятельности.

Великий кризис 1929-33г.г. на Западе привел к утверждению дизайна как экономического явления и реальной коммерческой силы. Особенно сильно возрастает роль дизайна после второй мировой войны, как фактора, определяющего конкурентоспособность изделия данной страны на мировом рынке. В системе капитализма создаются правительственные советы и комитеты по дизайну, которые становят­ся органами контроля за уровнем стандартов национальной промышленности.

В 1957 г. создается Международный совет организаций промышленного дизайна - ИКСИД, в программу которого заложены гуманные цели: поставить дизайн на службу обществу, усилить его роль в эмансипации личности, в повышении значения "человеческого фак­тора", в улучшении условий труда и т.д.

Прогрессивные люди в России придавали большое значение установлению связи между искусством и ремеслом, т. е. между искусством и производством утили­тарных изделий. Так, в 1825 г. С. Г. Стро­ганов, известный археолог и почитатель ис­кусства, открыл бесплатную художествен­ную школу. В 1849 г. школа была передана государству, а в 1860 г. преобразована в Строгановское училище промышленных художеств. В 1876 г. выставленные на Все­мирной выставке в Филадельфии {США) работы строгановцев произвели на специа­листов огромное впечатление оригиналь­ностью решений и совершенством обработ­ки форм.

Со временем Строгановское училище приобрело большой авторитет, выпустив из своих стен много отличных художников в области прикладных искусств. Многие пе­редовые художники и архитекторы России внесли значительный вклад в развитие художественных основ материального про­изводства. Это были преподаватели-худож­ники М. Врубель и К.Коровин, скульптор Н. Андреев, архитекторы Н. Жолтовский и А. Щусев, и др.

В России идеи переделки социальной, материальной и культурной среды 20х годов прошлого века, как способствующие всестороннему развитию общества и личности, вдохновили некоторых дизайнеров на разработку интересных, по-своему смелых проектов. Огра­ниченные возможности государства и косность вождей не позволили осуществить многие из этих проектов. Так получилось с неосущест­вленным проектом памятника III Интернационалу В. Татлина, который впоследствии послужил прообразом динамичной, спиралевидной башен­ной архитектуры, как, например, музей Гугенхейма в Нью-Йорке. Из осуществленных проектов можно назвать радиобашню В.Г. Шухова на Шаболовке, проект рабочего места водителя московского трамвая, кабина тепловоза Я. Гаккеля, "Рабочий клуб" на выставке в Пари­же в IS25 г. и т.д.

Тридцатые годы характеризуются внедрением дизайна в массовое производство. Московский метрополитен это качественно новый тип подземки, единый эстетически совершен­ный ансамбль, обеспечивающий максимально комфортные условия.

Метрополитен оказал влияние на другие виды транспорта, пример тому вагонная компоновка автобусов. Вошла в практику фор­мообразования обтекаемость: паровозы, автомобили. К этому времени относится разработка модели автомашины М-20 "Победа", выпускав­шейся уже после войны. Многие проработки, такие как монорельсо­вая дорога, не были завершены из-за начавшейся войны.

В послевоенные года интересные разработки, в частности цельнометаллический вагон без купейного типа ("плацкартный") речные суда, троллейбусы, были сделаны архитектурно-художествен­ным бюро Министерства транспортного машиностроения.

С шестидесятых годов начинается современный этап дизайна, кода в стране была создана сеть художественно-конструкторских организаций (в основном СКВ), координацию работ которых осуществляет Всесоюзный научно-исследовательский институт технической эстетики (ВНИИТЭ), созданный в 1963 г.

С 1964 г. издается специальный бюллетень "Техническая эс­тетика". В 1965 г. Советский Союз в лице ВНИИТЭ ступил в ИКСЙД.

Лекция 4

Дизайн как элемент технической эстетики.

Эстетика — наука, изучающая общие закономерности и принципы художественного творчества. Это философское учение об искусстве. Эстетика исследует причины возникновения и развития эстетической деятельности людей, направленной на создание красивых предметов, произведений искусства, формирование прекрасного и возвышенного в человеке, изучает сущность, происхождение и развитие всех видов искусства, литературы, музыки, архитектуры, живописи, скульптуры, театра и др., в том числе промышленного искусства (дизайна).

Слово эстетика происходит от греческого , что означает, чувствен-, способность воспринимать мир чувствами. В качестве названия определенной науки это слово было впервые введено в литературу немецким теоретиком искусства

А.Г.Баумгартеном, автором книги «Эстетика».

ЭСТЕТИКА,

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ

Эстетические воззрения впервые возник­ли в глубокой древности в Египте, Вавило­не, Индии и Древнем Китае..

Систематическую разработку эстетика как наука и философия впервые получила в Древней Греции. Учение Аристотеля зало­жило основу последующих теорий реализ­ма. Аристотель считал, что искусство — это подражание действительности.

Аристотель, сравнивая деятельность ху­дожника и природы, считал, что искусство подражает последней, запершая то, что природа не в состоянии сделать.

Эстетика эпохи Возрождения — антипод эстетики средневековья. Взгляды античных мыслителей на искусство становятся крае­угольным камнем эстетики эпохи Воз­рождения. Гениальный художник того вре­мени Леонардо да Винчи говорил, что красота природы как естественная основа человеческого чувства красоты существует не благодаря богу, а сама по себе, объек­тивно. Красота и истина неразрывны, поэтому, говоря об эстетическом значении искусства, Леонардо да Винчи всегда под­черкивал, что развитие прекрасного, прав­дивого искусства возможно только на осно­ве подражания художником природе, а не подражания одного художника другому .

Выдающийся французский философ-ма­териалист, писатель и теоретик искусства, идеолог предреволюционной французской буржуазии XVIII века Д. Дидро установил очень важный тезис эстетики — правда в искусстве неотделима от красоты. Он доказал, что красота в ис­кусстве имеет ту же основу, что и истина в философии. Ложь и обман, заблуждения и извращения не могут быть красивыми. Произведения ис­кусства, созданные не на основе наблюде­ний жизни, а согласно заранее созданным и надуманным канонам, лишены истинной красоты.

. В работах русских революционеров-демократов В. Г. Белинского, А. И. Герцена, Н. Г. Чернышевского, Н. А. Добролюбова декларируется. принцип художника - служение народу, в нем художник может почерпнуть вдохновение, силы для творчества.

Эстетическое чувство— глубокое эмоциональное состояние, возникающее у человека в процессе творческой деятель­ности и эстетического восприятия явлений действительности. Эстетические чувства — это чувства красоты формы, цвета, звуко­вых сочетаний, гармонии, ритма, пропор­циональности, соразмерности и др.

Эстетическое воспитание — это система мероприятий, направленных на выработку и совершенствование в человеке способ­ностей воспринимать, правильно понимать, ценить и создавать прекрасное, возвышен­ное в жизни и искусстве. Его цель — содей­ствовать всестороннему умственному, по­литическому, нравственному и физическому развитию членов общества, совершенство­вать в них чувство прекрасного, вызывать желание творить по законам красоты. Эстети­ческое воспитание должно способствовать всестороннему развитию личности, активно помогать усвоению передовых идей эпохи, раскрывая теснейшую связь между пре­красным, истинным и добрым. Эстетическое воспитание должно развивать определен­ное эстетическое отношение к действитель­ности—к явлениям общественной жизни, человеку, природе, продуктам общественно­го производства

Лекция 5

Категории композиции.

Форма изделия должна максимально соответствовать функцио­нальному назначению машины. Кроме того, на форму изделия могут сильно влиять такие разноречивые факторы, как особенности эк­сплуатация, ремонта, транспортировки, удобства обслуживания, степень использования унифицированных деталей, экономические факто­ры, технологические возможности предприятия-изготовителя и т.д. Все эти факторы должны быть учтены, согласованы и в конечном счете подчинены эстетическим факторам.

Все эстетические факторы могут быть определены, как красота машины. Красота машины это целесообразность и ее полезность на сов­ременном этапе развития общества, соответствие формы машины фун­кциональным и эстетическим требованиям, т.е. максимальное удоб­ство, безопасность и положительное воздействие на человека.

Эстетически совершенная машина обладает гармоничными форма­ми, т.е. правильным соотношением частей изделия между собой, определенной направленностью объемов по отношению к главному элемен­ту, композиционным единствам.

Композиция является эстетической характеристикой машины, отражающей систему организации связей элементов формы и содержания, расположение основных элементов в определенной сис­теме к последовательности.

Наглядный пример соответствия формы и содержания дает при­рода (см. рис.9 ), и в своей творческой деятельности художник-конструктор должен стремиться максимально раскрыть через соот­ветствующую художественную форму функциональное назначение машин»;. В результате такой работы создается образность машины, которая отражает как практические, так и эстетические качества машины.

Композиция содержит ряд категорий: объемно-пространственная структура или компоновка, тектоника, симметрия и асимметрия, про­порциональность, масштабность, ритмичность и т.д.

Ряс.8. Перцентильная кривая (кумулята) для наибольшего поперечного диаметра тела

Рис. 9. Форма и содержание в природе

Рис. 10. Товарные знаки некоторых изготовителей химического оборудования

На стадии компоновки в машине устанавливается взаимное расположение элементов, узлов таким образом, чтобы был виден композиционный замысел, заметна взаимоподчиненность эле­ментов. Только при правильной компоновке создается целостный образ машины.

Художнику-конструктору необходимо четко представлять себе, что технических решений на стадии компоновки множество, эстети­чески совершенное - одно.

Например, при проектировании химических машин надо помнить, что привод в традиционном исполнении с 2-3 -ступенчатым редукто­ром дробит и утяжеляет конструкцию, в то время как использование привода с планетарным редуктором на одной оси с рабочим органом(если это технически возможно) создает гармонично скомпонованную машину.

Тектоника- это выражение закономерностей строения предмета, соотношение несущих и несомых частей. Тектоника должна показать как выражено распределение основных усилий, как работает материал, используются ли в полной мере его возможности, не обре­меняет ли он конструкцию. Блестящим примером тектонического реше­ния являются колонны Парфенона, каждая из которых - идеально равно­прочный стержень ( с точностью до третьего знака) под действием сжимающей силы.

Для впечатления устойчивости машины не обязательно увеличе­ние массы основания, можно зрительно увеличить основание разме­рами, фактурой, материалом, цветом.

Во всех случаях нужно добиваться правильной передачи образа машины, т.е. несущие части прочные, станина устойчивая, надстой­ки легкие, без массивных кожухов и т.д.

Жесткость элементов химических машин часто обусловлена оребрением конструкции и не следует скрывать ребра, они передают достоверный образ машины.

Цельная форма, без стыков, более убедительна, чем составная.

Симметрия и ассиметрия сообщают компо­зиции изделия равновесие. В статичных и движущихся машинах зако­номерности симметрии и асимметрии разные. Симметрия для уравнове­шенных машин служит выражением статичности. Динамичность при­дается асимметрией каких-либо частей, а не машины в целом. Все автомобили симметричны на виде сверху. Этот же эффект достигает­ся диагональными линиями и скругленными формами.

Как правило, в композиции промышленного изделия сочетаются закономерности симметрии и асимметрии. Так станина станка реша­ется с учетом закономерностей симметрии в статической композиции, а части станка, связанные с перемещением рабочих элементов, реша­ются в согласовании с закономерностями асимметрии в динамической композиции.

Пропорциональность- характеризует сораз­мерность всех элементов и частей в линейных, площадных или объем­ных измерениях. В основе пропорционирования лежат определенные математические или геометрические закономерности, отношения прос­тых или иррациональных чисел.

Применяются в пропорционировании арифметические прогрессии вида a :b = c : d (редко), геометрические - а :b = b : c , ряд "золотого сечения" ( a+b):b = b:a . Последний ряд, связанный с пропорциями человеческого тела, употребляется чаще всего. Ряд "золотого сечения" является частным случаем геометри­ческой пропорции и образуется при сочетании всего лишь двух ве­личин, причем отношения между ними выражаются бесконечной деся­тичной дробью- ...0,332:0,618:1:1,618. Близки к пропорциям "золо­того сечения" числа Фибоначчи: 1:2:3:5:3:13.... Но необходимо помнить, что любой ряд- это инструмент корректировки, уточнение найденного решения, связанного с общим замыслом композиции.

Масштабность является категорией композиции, кото­рая выражает соразмерность машины ( или органов информации, управ­ления) с человеком.

Машина не масштабна, если в ней отсутствуют элементы, по ко­торым можно судить о незримом присутствии человека. Обычно ука­зателями масштаба являются органы управления ,которые всегда со­размерны с человеком. Поиск масштабных соотношений в художествен­ном конструировании иде

т по двум направлениям: I) если заданы основные габариты будущего изделия, тогда ищут на модели и черте­жах масштабную характеристику, которая соответствовала бы заданной величине изделия; 2) если заданы элементы формы, характер члене­ний, тогда в соответствии с ними подбирают оптимальные размеры изделия.

Лекция 6

Эргономика, как фундаментальная составляющая дизайна.

В современных условиях человек - не просто работ­ник, а личность, всестороннее развитие которой становится необхо­димым фактором роста производительных сил и прогресса общества в целом. Научно-техническая революция (НТР), первоначально развивав­шаяся в отдельных отраслях техники - кибернетике, атомной энерге­тике, космонавтике - в настоящее время захватывает остальные сос­тавляющие мирового производства. Это создание материалов с заранее заданными свойствами (химия), биотехнологии, нанотехнологии и т.д. Под влиянием НТР происходят ка­чественные сдвиги в содержании и условиях труда. Автоматизация и механизация снижают физическое напряжение человека, обслуживаю­щего исполнительные механизмы.

Однако научно-технический прогресс имеет и определенные отрицательные последствия. Современное производство, оснащенное сложными техническими системами, предъявляет к человеку требова­ния, вынуждающие его иногда работать на пределе психофизиологи­ческих возможностей и в экстремальных ситуациях. При этом только человек должен отвечать за эффективное функционирование таких систем.

Вместе с тем недостаточная физическая активность в труде снижает работоспособность и ухудшает здоровье трудящихся.

Научно-технический прогресс поставил задачу согласования конструкции машин и условий их функционирования в конкретном производстве с психофизиологическими характеристиками работаю­щего человека.

При этом человек в процессе производства постоянно испыты­вает то или иное влияние окружающей среды. Часто окружающая сре­да требует повышенных затрат энергии. Это относится к работам о частичной или полной изоляцией от вредных воздействий: работа в противогазах, респираторах, изолирующих костюмах. Тяжелыми являются работы в условиях повышенного шума и вибрации, изме­нения ускорения тела и т.д.

Решение приведенных задач возможно только при системном подходе, когда изучается система: "человек-машина-окружающая среда" (в дальнейшем СЧМ), при этом решающим фактором в деятельности системы должна быть ее надежность.

Эргономика - наука, изучающая системные закономерности взаимодействия человека (группы людей) с техническими средствами (машиной) и окружающей средой в производственном процессе. Цель эргономики - повышение эффективности и качества деятельности человека в СЧМ, при одновременном сохранении здо­ровья человека и создании предпосылок для развития его личности.

Эргономика возникла на стыке наук: технических, психологии, гигиены, физиологии, антропометрии, биомеханики, токсикологии и т.д. Термин эргономика (от греч. - ERGON - работа, NOMOS - закон) был введен в 1949 году, но основы эргономики были заложены в 20-30 годах нашего столетия. Идея создания подобной пауки принад­лежит академику В.М. Бехтереву (1921 г.) и тогда она называлась эргологией.

Сфера приложения эргономики очень разнообразна - она охва­тывает все виды техники. Разработка и внедрение в жизнь эргоно­мических принципов и рекомендаций является неотъемлемой частью модернизации существующей и создание повой техники, при дальнейшем облегчении и оздоровлении условий труда, повышении его эффективности и качества. Эргономика вносит большой вклад в программу перехода от техники безопасности к безопасной тех­нике. Эргономика позволяет обогатить содержание труда и повысить его привлекательность.

Говоря об общественно-научном аспекте эргономики, следует отметить, что в основе ее теоретических представлений лежит положение о труде как особой и вместе с тем фундаментальной сфере человеческой деятельности.

Главной функцией человека в СЧМ является прием, переработка информации и выполнение рабочих операций. На рис. 1 дана упрощен­ная схема СЧМ. Количество факторов окружающей среды условно огра­ничено пятнадцатью, хотя в конкретных условиях их может быть значительно больше и состав их будет иной. Так для определенных категорий работающих решающими факторами могут быть биологические: микро- и макроорганизмы, профессиональные инфекции и т.д.

Рассматривая систему "человек-машина" можно сделать вывод, что показателем качества работы этой системы может служить время прохождения сигнала через замкнутый контур.

Время полного цикла будет

где время задержки сигнала в машине;

- время задержки сигнала оператором, которое состоит из .

Здесь - время восприятия информации, которое зависит от факторов окружающей среда, а также интенсивности информация, выбранного метода кодирования, уровня подготовки, тренирован­ности оператора, опыта, особенности его внимания, технического в физического состояния (утомление, напряженность);

- время решения задачи, зависящее от характере задачи, алгоритма решения, навыка решения задач и т.д.;

- время исполнительного действия, определяемое располо­жением органов управления, их размерами, формами, количеством, силой сопротивления и т.д.;

- время резерва, которое не является показателем каких-либо индивидуальных качеств оператора.

Для обеспечения надежной работы системы управления нужно, чтобы время задержки сигнала оператором T_Y было меньше некото­рого времени (время условия). Если - гарантировать надежность работы системы нельзя. Более подробно вопрос о надеж­ности человека-оператора рассматривается в инженерной психологии

Лекция 7

Эргономика. Факторы производственной среды.

В России руководящим документом по организации нормальных условий работы являются "Санитарные нормы проектиро­вания промышленных предприятий", которые регламентируют размеры рабочих пространств, освещенность, запыленность.

Рабочее пространство - установлено в размере 15 м³ на каждого работающего, при площади в 4,5 м². При этом, если объем производственного помещения меньше 20 м³/чел, необходима вентиляция в объеме 30 м³/ч.чел, а при объеме 20-40 м³/чел. - вентиляция в объеме 20 м³/(ч.чел). Для помещений без окон и фонарей вентиляция должна составить 40 м³/(ч.чел).

Допускается уменьшение площади на одного работающего: в конторах до 3,25 м²/чел., залах заседаний 0,9-1,2 м²/чел. Для транспортных средств площадь еще меньше. Напротив, для конструкторских бюро площадь помещения на одного работавшего 5 м².

В Московском Государственном Университете Инженерной Экологии на одного студента приходится 11 м^2, аудиторий и лабораторий.

Запыленность помещений рассматривается в курсе "Б", где даны уровни ПДК. Заметим здесь, что исключается содержание никотина в рабочем помещении.

Кроме вентилируемости, нормальный микроклимат создают тем­пература и влажность. В зимнее время года оптимальной темпера­турой считается +17...+22°С, летом +18...+25°С. Минимально до­пустимая +11°С, а максимально допустимая +50°С (при условии работы в течение одного часа).

В особых условиях, выходящих за указанные пределы, в част­ности в горячих цехах, применяются специальные формы организации труда: перерывы, подмены.

Горячими считаются цеха, в которых тепловыделение соста­вляет более 84 кДж/(м³ч).

Освещенность - по эргономическим показателям должна удовлетворять следующим требованиям;

- оптимальным функциональным характеристикам зрения;

- оптимальному физиологическому воздействию света на организм человека;

- положительной субъективной оценке комфортности и эстетичности среды.

Рациональное освещение производственных помещений - один из наиболее важных факторов, от которых зависит эффективность трудовой деятельности человека.

Идеальным для стандартных условий работы считается естест­венное освещение. Кстати "безоконная архитектура", вызванная про­изводственной необходимостью или недомыслием проектировщиков отрицательно сказывается на здоровье трудящихся, приводя к повы­шенной восприимчивости к болезням и расстройству психики. В первом случае на стенах монтируются фальш-окна с подсвеченными пейзажами. Сани­тарные нормы и правила регламентируют освещенность помещений в зависимости от рода работ и типа светильников. Так для освещения столов в учреждениях освещенность должна быть 150 лк для ламп накаливания и 300 лк - для люминесцентных ламп.

Чертежные доски должны иметь освещенность 200 лк - лампы накаливания и 400 лк - люминесцентные лампы. При этом надо помнить, что люминесцентные лампы делятся по цветной температуре на лампы дневного цвета ЛД (цветовая температура 6500 К), хо­лодно-белого цвета ЛХБ (4850 К), белого цвета (2700 К). Послед­ние два типа изобилует длинноволновыми излучениями и ближе к лампам накаливания.

Лекция 8

Освещенность и светоцветовое решение интерьера в работе

Светоцветовое решение рабочих мест дол­жно обеспечить оптимальное соотношение яркости и цветности, ком­пенсировать неблагоприятные воздействия технологического процесса и климатических факторов, обеспечить хорошую ориентацию в произ­водственной обстановке за счет четкого видения и различения пространства, дистанции, формы и величины элементов предметной среды, за счет однозначного восприятия сигналов по технике безо­пасности. С точки зрения эстетической цветовое решение должно дать красивое цветосочетание поверхностей.

Психофизиологические исследования показывают, что цвет дей­ствует на зрительный аппарат, сердечно-сосудистую, эндокринную, центральную нервную и периферическую нервную системы. Например, красный цвет способствует повышению внутриглазного давления и вдвое понижает слуховую чувствительность. На экспериментах с ящиками одинаковой массы, по окрашенных в белый и черный цвет, для испытуемых черные ящики казались тяжелев.

Цвет описывается тремя основными характеристиками: цветовым тоном ,нм, определяемым как длина волны, насыщенностью Р,%, определяемой как степень близости к спектральному, хроматическо­му (самому насыщенному) цвету и коэффициентом отражения ,%.

Цвета по тону принято делить на три части: длинноволновая часть спектра - 760-580 нм (красный, оранжевый и оранжево-желтый), средневолновая - 580-510 нм (желтый, зеленый и частично голубой) и коротковолновая - 510-380 нм (голубой, синий, фиоле­товый).

Цвета длинноволновой части оказывают возбуждающее и стимули­рующее воздействие, а коротковолновой - успокаивающее или угнетаю­щее. Средневолновая часть спектра наиболее подходит для снятия нервных напряжений.

Это наиболее общие положения, вопросы колористических со­четаний по теории цветовых гармоний должны учитывать всю гамму психофизиологических и эстетических факторов.

Некоторые рекомендации по цветовому решению даны ниже. Для четкого видения изделия необходимо, чтобы цвет фона был дополнительным (контрастным) к цвету детали: для стали, чугуна и алюминия - светло-коричневый, для бронзы, дерева и других дета­лей теплого цвета - светло-голубой, для разноцветных изделий - ахроматический.

Вообще для монотонных работ необходимы яркие возбуждающие цвета (конвейеры), для работ, связанных со значительным нервным напряжением (медицинское оборудование, приборы) - спокойные тона.

Цвета безопасности должны быть контрастными и хорошо раз­личимыми. Во всем мире в качестве таковых используют красный, желто-оранжевый, синий и зе Низкие балки, выступы, .перепады плоскостей пола, мало­заметные ступени, пандусы, кран люков и колодцев, сужения проездов, острые углы, конструкции ограждений опасных зон следует окрашивать сочетанием черного и желтого цветов в виде полос вертикальных или наклонных под углом 45⁰—(30⁰ (соотношение полос 1:1).

Кабины кранов, обоймы грузовых крюков, бамперы пли боковые поверхности электрокаров, погрузчиков, тележек и других транспортных средств необходимо окрашивать поло­сами желтого и черного цветов. Ширина полос в зависимости от величины окрашиваемого объекта и расстояния, с которого должно быть видно предупреждение, принимается по рекомен­дациям (табл. 6).

В зеленый сигнальный цвет необходимо окрашивать двери аварийных и спасательных выходов, двери пунктов первой помощи, аптечки и места хранения спасательных средств, про­тивогазов, зоны безопасности.

Помимо сигнально-предупредительной окраски, применяет­ся еще опознавательная окраска трубопроводов, баллонов бочек и шин электроустановок. Учитывая, что общая протяженность трубопроводов в производственных помещениях все время возрастает, количество баллонов с различным содер­жанием также увеличивается, опознавательной окраске уде­ляется большое внимание. Эта опознавательная окраска должна обеспечить работающего зрительной информацией о свойствах и степени опасности содержимого трубопроводов,

баллонов и емкостей.

ГОСТ 14202—69 «Трубопроводы промышленных предприя­тий. Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные щитки» устанавливает десять укрупненных групп веществ, каждая из которых имеет соответствующий отличительный цвет. Установлены следующие укрупненные группы транспортируемых веществ и цветовое покрытие для соответствующих трубопроводов: вода — зеленый цвет, пар — красный, воздух — синий, газы горючие и негорючие — желтый, кислоты — оранжевый, щелочи — фиолетовый, жидко­сти горючие и негорючие —- коричневый, прочие вещества (по­рошкообразные материалы, сыпучие зернистые материалы, смесь твердых веществ с воздухом, пульпы различные) — се­рый цвет.

Для уточнения транспортируемого продукта на трубопро­воде делается соответствующее буквенное (или цифровое обозначение). Информация о степени опасности продукт дается отметкой на трубопроводе в виде кольца. Кольца крас­ного цвета применяются для обозначения легко воспламеняющихся горючих и взрывоопасных веществ; желтого цвета д ля обозначения опасных и вредных веществ (ядовитых, ток­сичных, удушающих, вызывающих термические и химические ожоги, радиоактивных, находящихся под высоким давлением или вакуумом); кольца зеленого цвета — для обозначения безопасных и безвредных веществ.

В зависимости от конкретных условий трубопроводы мо­гут окрашиваться в отличительные цвета сплошь по всей по­верхности коммуникаций или отдельными участками. В по­следнем случае остальную поверхность рекомендуется окра­шивать в цвет стен, перегородок, потолков и прочих элементов интерьера, на фоне которых находятся трубопро­воды.

ГОСТом регламентированы окраска и условное цветовое обозначение органов управления и контрольно-сигнальных ламп, сигнализирующих о работе установок, машин и обору­дования.

Условное цветовое обозначение органов управления и сигнальных ламп

Наименование цветов	Значение сигнала
	Органов управления и КНОПОК	Сигнально - контрольных ламп
Красный Желтый Зеленый Белый	Стоп. Назад. Закрыто. Вверх. Плюс. Аварий­ный режим (отключе­ние) Ручное управление Нормальный режим (включено). Пуск. Впе­ред. Открыто. Вниз. Минус Автоматическое управ­ление	Тревога. Остановка в работе. Занято. Вклю­чение. Неисправность. Аварий­ное состояние. Уста­новка работает на руч­ном управлении Установка не работает. Свободно. Отключено Установка работает на автоматическом управ­лении

При переменном токе: фаза А — в желтый цвет, фаза В — в зеленый цвет и фаза С— в красный. Нулевые шины окра­шиваются при изолированной нейтрали в белый цвет, при за­земленной нейтрали — в черный цвет. При этом допускается окраска открытых заземляющих проводников не в черный цвет, а в цвет в соответствии с общим цветовым решением производственных помещений и оборудования.

При однофазном токе проводник, присоединенный к на­чалу обмотки источника питания, окрашивается в желтый цвет, а к концу обмотки — в красный. Шины однофазного тока, являющегося ответвлением от шин трехфазной системы, окрашиваются в цвет соответствующей фазы трехфазного то­ка.

В качестве кодовой отличительной окраски в электроуста­новках применяется окраска одноименных шин в определен­ные цвета. При постоянном токе положительная леный. Выбор этих цветов объясняется их заметностью в различных контрастных сочетаниях.

Санитарные нормы "Указания по проектированию цветовой отделки интерьеров производственных зданий промышленных предприятий" регламентируют общие положения по окраске помещений. Так потолки в СССР рекомендуется красить в белый цвет 80%, (в Англии - кремовый), стены - зелено-голубые 70%, машины светло-серые, полы - светлые (плитка), 40%.

В ГОСТ 14202-69 "Трубопроводы промышленных предприятий". Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные читки" установлены десять укрупненных групп веществ, каждая из которых имеет соответствующий отличительный цвет.

Рациональная окраска, по данным ученых ГДР, увеличила про­изводительность труда на 25%. Предохранительная окраска снижает травматизм па 50%.

При проектировании цветового оформления аварийных средств управления необходимо помнить, что 8% мужчин и 0,5% женщин не различают цвета в той или иной мере, что требует дублирования аварийных сигналов.

Лекция 9

Шум и вибрация. Методы борьбы. Оптимальные условия труда.

Шум один из самых неприятных факторов воздействия не раз­личные система человека.

Орган слуха воспринимает звуки широкого диапазона от 0‑40 дБ (допустимый уровень громкости) до 130 дБ, обуславливающих болевой синдром. Непосредственное действие шума проявляется в изменении ощущения громкости звука, ухудшении восприятия разговорной речи, снижении остроты слуха, в повышении потребления кислорода, усилении частоты дыхания и частоты сокращения сердца, уменьшения периферического кровообращения. Непрямое действие шума проявля­ется в расстройстве сна и отдыха, повышенной раздражительности, нарушении работоспособности и влиянии шума на общее состояние (психоневротические симптомы). Действие шума обуславливает сложный симптомокомплекс, но ведущим признаком является снижение слуха, что особенно характерно при воздействии шума в производственных условиях: аэропорты, крупные дорожные магистрали, промышленные площадки, металлургические цеха, кузнечно-прессовые, литейные цеха. В химической промышленности особенно высоки уровни шума в дробильно-размольных цехах.

Источники шума в цехах - это регулирующие клапаны, цепные конвейеры, зубчатые передачи, электродвигатели, насосы, компрес­соры, вентиляторы и т.д.

Шумы в источнике их образования необходимо уменьшить путем замены "ударных" технологических процессов,"безударными", сни­жения амплитудных колебаний, замены металлических деталей деталя­ми из менее звучных полимерных материалов с большим акустическим сопротивлением, замены возвратно-поступательного движения враща­тельным. Динамическое уравновешивание всех вращающихся деталей на стадиях проектирования и доводки машины, а также применение демпфирующих материалов с большим внутренним трением (резина, пластмассы, войлок, асбест и др.) резко снижает уровень шума.

Предельно допустимые уровни звукового давления (шума), дей­ствующего в течение более 4 часов в смену, даны в табл.1 и в табл.2 уровни шума от некоторых источников.

Таблица 1

Предельно допустимые уровни звукового давления

	Тип помещения	Уровень звукового давления, дБ
1.	Шумы, проникающие извне:
	а) КБ, лаборатории, комнаты расчетчиков	45
	Б) заводоуправление	55
2.	Шумы, возникающие внутри помещения:
	А) ЭВМ, участки точной обработки	55
	б) лаборатории, кабины дистанционного управления	75
	в) рабочие места в производственных помещениях и на территории промыш­ленных предприятий	85

	Источник	Уровень звукового давления, дБ
	Старт космической ракеты		200-800
	Мощный ракетный двигатель		190
	Реактивный самолет		140
	Авиационный двигатель, выпуск пара под давлением		130
	Клепка, чистка отливок пневматическим молотом		II0-I20
	Прокатный стая		95-115
	Плавильные печи и печи обжига		95-110
	Котельная, сирена, пила		90-100
	Формовочные станки, вибраторы и прессы		85-105
	Тяжелые обрабатывающие станки		80-90
	Сварочное оборудование, сверлильные станки, крик		75-80
	Звонок телефона		75
	Машиностроительный завод, механические цехи, строительная площадка, ЭВМ		70-80
	Электрическая пишущая машинка		65-70
	Усиленный голос		65
	Механическая пишущая малинка, заводская контора		60-65
	Разговорная речь па расстоянии 1 м		50
	Учреждение и тихие рабочие места		30-40
	Гиканье часов		10-12

В таблице даны предельно допустимые уровни шума при частоте 1000 Гц, при повышении частоты ПДУ должны быть меньше. Максималь­но допустимый уровень шума в СССР 85 дБ, в то время как в США, Англии - 90 дБ, при этом потеря слуха в США занимает одно из пер­вых мест среда профессиональных заболеваний.

Уменьшить уровень шума на рабочих местах можно следующими способами: ослабление шума в источнике, изоляция шумопроизводящих машин в боксах, применение звукопоглощающих облицовок, пере­городок, кожухов, плавающих полов, использование индивидуальных шумозащитных приборов, изоляция рабочих (операторов, крановщиков) в специальных шумозащитных кабинах.

Способность материала защитить от шума оценивается коэффи­циентом поглощения звуковой энергии , значения которого на­пример для оштукатуренной стены =0,02, асбосиликата =0,6, ваты хлопчатобумажной толщиной 90 мм ( =0,99.

Вибрация и отдача ручного инструмента вызывают ат­рофию мышц, дегенеративно-дистрофические явления в двигательном аппарате, нарушение кровообращения с застойными явлениями. Осо­бенно неблагоприятно действует низкочастотная вибрация ручного виброинструмента при совпадении рабочих частот с собственными частотами колебаний организма или отдельных его органов.

Вибрирующие части оборудования, удерживаемые руками работаю­щего, должны иметь удобную форму, обеспечивающую минимальное на­пряжение мышц. Конструкция их должна исключать возможность переохлаждения рук работающего, ибо переохлаждение повышает неблаго­приятное влияние вибрации. Поверхность оборудования в местах контакта с руками должна облицовываться материалом с коэффициентом теплопроводности 0,5 Вт/(м.град.)

Основными вибрационно-силовыми установками, неблагоприятно влияющими на работающего, являются электро- и пневмогайковерты, электро- и пневмотрамбовки, шлифовальные ручные машинки для за­чистки швов.

Санитарные нормы регламентируют предельно допустимые величи­ны вибрации на рабочих местах в производственных помещениях (табл.3).

Уменьшение вибрации оборудования достигается при проведении конструктивных мероприятий в источнике их образования путем изме­нения кинематической схемы, уравновешиванием масс, уменьшением технологических допусков на изготовление и сборку, применением.

Таблица 3

Предельно допустимые уровни вибрации

Частота, Гц	Амплитуда, мм	Скорость колебат. движения, м/(с.I02)	Ускорение колебат. движения м/(с2.102)
до 3	0,6-0,4	1,12-0,76	22-14
3-5	0,4-0,15	0,76-0,46	14-15
5-8	0,15-0,05	0,45-0,25	15-13
8-15	0,05-0,03	0,25-0,28	13-27
15-30	0,03-0,009	0,28-0,17	27-32
30-50	0,009-0,007	0,17-0,22	32-70
50-75	0,007-0,005	0,22-0,23 '	70-112
75-100	0,005-0,003	0,23-0,19	II2-I20

Защита от вибрации осуществляется средствами виброизоляции и вибропоглощения, в частности применением пружинных резиновых амортизаторов, прокладок, облицовок, динамических виброгасителей, местных инерционных гасителей и демпфирующих зажимов.

В каждом конкретном технологическом процессе набор факторов окружающей среды свой, иногда весьма экзотический. К числу неблагоприятных факторов производственной среды относятся электромагнитные поля (ЭМП) высоких частот. Их воз­действие на человека может вызвать функциональные сдвиги в организме: быструю утомляемость, головные боли, нарушение сна, раздражительность, утомление зрения и т. п.

В последнее время получены интересные данные, свидетельствую­щие о зависимости характера воздействия ЭЛШ от типа нервной системы. Например, для лиц с сильным типом нервной системы это воздействие оказывается менее выраженным, чем для лиц со сла­бым типом.

Уровень ЭМП в диапазоне до 300 МГц определяется величиной напряженности электрического и магнитного полей, в СВЧ диапа­зоне (300—300 000 МГц) — плотностью электромагнитного потока. Предельно допустимые уровни ЭМП следующие: в СВЧ диапазоне 10 мкВт/см^а;

в диапазоне до 300 МГц по электрической составляющей 5 В/м, по магнитной составляющей 5 А/м.

Указанные уровни допускают непрерывную работу человека на протяжении всего рабочего дня. В случае превышения этих уровней продолжительность работы должна быть сокращена. Так, например, при интенсивности СВЧ излучения от 10 до 100 мкВт/см^а разрешается работать не более двух часов в день.

В качестве средств защиты от воздействия ЭМП используются экранирующие щиты и сетки, поглощающие экраны, замкнутые экранированные камеры, эквиваленты СВЧ-антенн (поглотители излучаемой мощности). К индивидуальным средствам защиты отно­сятся защитные очки, шлемы, халаты, комбинезоны и фартуки,

Х и м и ч е с к и е ф а к т о р ы о к р у ж а ю щ е й с р е д ы. На жизнедеятельность человека большое влияние оказывает газо­вый состав воздуха. Здесь обычно исследуют две группы факторов: изменение обычного состава воздуха (кислорода и углекислого газа) и посторонние добавки к нему в результате работы тех­ники.

Благоприятными условиями газового состава воздуха считается содержание кислорода 19—2О'!о, углекислого газа около 1%; до­пустимые значений, при которых не происходит выраженного сни­жения работоспособности составляют — кислорода 18 —19%, угле­кислого газа 1—2%. Снижение содержания кислорода ниже 16% и повышение содержания углекислого газа выше 3% являются недопустимыми и могут привести к нежелательным послед­ствиям.

Посторонние примеси к воздуху возникают вследствие попада­ния в обитаемые отделения пороховых газов, отработавших газов двигателей, продуктов испарения и возгонки масел, подгорания и испарения различных синтетических материалов и т. п.

Наиболее постоянным компонентом всех примесей является окись углерода. Первые признаки отравления окисью углерода вы­ражаются в головной боли, чувстве давления в голове, пульсации в висках, головокружении, спутанности сознания, вялости, сла­бости в ногах, нарушении координации движений, тошноте, рвоте. Появляется одышка, сердцебиение, покраснение лица. Однако еще до появления этих признаков наблюдаются также изменения со стороны некоторых психических функций, в первую очередь внима­ния и памяти. Снижается точность движений и темп выполнения сложных координированных актов.

Изменения подобного рода возникают, если концентрация в воз­духе вредных веществ при длительном пребывании человека дости­гает величины 0,03 мг/л. При кратковременных воздействиях до одной минуты концентрация вредных веществ в воздухе может быть повышена до 1,5 мг/л.

Приведенные выше цифры относятся к человеку, находящемуся в комфортных температурных условиях и не выполняющему тя­желой физической работы. При высоких температурах токсическое действие резко возрастает.

Важнейшим способом борьбы с неблагоприятным воздействием на человека химических факторов является соблюдение их предель­но допустимых концентраций в производственных помещениях. Предельно допустимыми считаются такие максимальные концентра­ции вредных веществ, которые при ежедневной работе не могут вызывать у работающих заболевания или отклонения в состоянии здоровья. Такими концентрациями считаются, например, для аммиа­ка 20 мг/м^:3, анилина — 3 мг/м³, ацетона — 200 мг/м³, бензола — 5 мг/м³, бензина — 100 мг/м³, серной кислоты — 1 мг/м^а и т. д. .

Предельно допустимые концентрации являются обязательным санитарным нормативом, предназначенным для проектирования производственных зданий, технологических процессов, оборудова­ния и вентиляции, а также для проведения предупредительного и текущего санитарного надзора в производственных условиях и оценки эффективности оздоровительных мероприятий.

При работе с ядовитыми веществами все большее распростра­нение получают манипуляторы. Это своего рода «механические руки», в точности повторяющие движение рук человека, позволяющие выполнять довольно точные работы и являющиеся одним из средств дистанционного управления, которое исключает непосредственный контакт работника с вредными веществами.

Проникновению в воздушную среду токсических паров, газов и пыли в значительной мере препятствует герметизация оборудо­вания, различных емкостей и трубопроводов. В тех случаях, когда герметизация невозможна и неизбежен контакт испаряющихся вредных жидкостей с воздушной средой, можно использовать спе­циальные защитные поверхностные пленки, Плавая на поверх­ности жидкости, они предотвращают нежелательные испарения.

Оптимальными условия труда работающе­го будут в том случае, если факторы окружающей среды и социально-психологические факторы при комплексном их воздействии не вызы­вают существенного уменьшения работоспособности. Ранее было рас­смотрено несколько таких факторов, на самом деле их значительно больше.

Комплекс факторов окружающей среды удобно разбить на зоны, как показано на рис.3.

В зоне высшего комфорта человек испытывает чувство полного удовлетворения в процессе труда; в комфортной зоне человек чув­ствует себя нормально, работает без утомления и раздражения; в случав, если один из факторов попадает в некомфортную или не­выносимую зоны, условия труда считаются соответственно неком­фортными или невыносимыми. Интересно, что условия работы с двумя факторами из некомфортной зоны переводят работы в разряд с не­выносимыми условиями труда.

Вообще работа в некомфортных условиях требует дополнительных средств защиты, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность, а работа в невыносимых условиях требует средств полной изоляции человеческого организма.

Рис. 3. Схема внешних условий окружающей среды, определяющих степень комфорта

Лекция 10

Антропометрия. Статические и динамические показатели. Соматография.

Антропометрические данные человека необходимы в процессе, проектирования промышленного оборудования, средств транспорта мебели, компоновки рабочих мест, конструирования и размещения органов контроля и управления.

Антропометрические данные человека базируются на антрополо­гии - разделе анатомии и физиологии.

Эргонометрические антропометрические признаки можно разде­лить на статические и динамические.

В табл. 4 применительно к рис.4 приведены основные антро­пометрические данные населения

Возрастные различия антропометрических признаков взрослого населения выражены незначительно. Имеется тенденция к увеличению (на 50 мм) всех продольных размеров у лиц в возрасте 25-30 лет и поперечных, передне-задних и обхватных размеров у лиц старшего возраста. При расчете параметров оборудования по высоте следует учитывать, что наибольшие половые, национальные и возрастные различия наблюдаются в продольных размерах тела в положении стоя. Это обменяется тем, что в состав этих размеров входит длина ноги - признак, сильно неменяющийся, увеличившийся за последние 100 лет на 70-80 мм, в то время как длина туловища в процессе аксе­лерации увеличивалась на 10 мм и, следовательно, размеры человека в положении сидя стабильны.

Антропометрические данные - средний рост -для людей неко­торых стран составляют: Япония- 1640, Англия ,ФРГ - 1730, США - 1760.

При использовании антропометрических данных в эргономике применяется метод перцентилей. Перцентиль -сотая доля измеренной совокупности людей, которой соответствует определенное значение антропометрического признака. Всего перцентилей 99 (P₁ ...P₉₉). Следовательно, P₁ в распределении частоты признаков соответствует 1% от суммы, P₂ - 2% и т.д. P₅₀ - пятидесятый перцентиль в нормальном распределении соответствует средней арифметической величине, моде и медиане.