Архив номеров

Эргономика и качество изделий

Ретроспективную серию публикаций, посвященную юбилею журнала, продолжает статья из области инженерной психологии. В свое время данное направление считалось весьма перспективным. Но даже спустя полвека предлагаемая статья представляет отнюдь не только исторический интерес. В центре внимания автора — организация технологических процессов и рабочих мест как условие повышения качества продукции. И наиболее ценная с современной точки зрения идея состоит в том, что в системе «человек — машина» ведущая роль принадлежит именно человеку. Который в конечном итоге и несет ответственность за качество производства и его результатов.
Одна из сторон технического прогресса характеризуется передачей машине многих функций, которые ранее выполнял человек.
Малопроизводительный ручной труд во все возрастающей степени заменяется высокопроизводительной работой машины. Машина перемещает предметы и инструменты, отделяет детали друг от друга по тому или иному признаку, формирует желаемые признаки и свойства полуфабрикатов, контролирует качество изделий и делает расчеты по заданной программе. В последнее время машине стали передаваться и логические функции, например функции управления. Машины помогают устранять многие трудности, обусловленные ограниченными возможностями человека. В то же время каждый новый успех на пути технического прогресса сопровождается возрастанием сложности машин и управления ими.

Одна из сторон технического прогресса характеризуется передачей машине многих функций, которые ранее выполнял человек.
Малопроизводительный ручной труд во все возрастающей степени заменяется высокопроизводительной работой машины. Машина перемещает предметы и инструменты, отделяет детали друг от друга по тому или иному признаку, формирует желаемые признаки и свойства полуфабрикатов, контролирует качество изделий и делает расчеты по заданной программе. В последнее время машине стали передаваться и логические функции, например функции управления. Машины помогают устранять многие трудности, обусловленные ограниченными возможностями человека. В то же время каждый новый успех на пути технического прогресса сопровождается возрастанием сложности машин и управления ими.
Автоматы и автоматические системы не исключили человека из сферы управления. Машина лишь помогает человеку там, где его особенности создают препятствия к выполнению намеченной цели, за ним же, безусловно, остается разработка программы действий. Поэтому речь может идти не о полной замене человека машиной, а о разумном распределении функций между ними, можно сказать, о разумном симбиозе, в котором направляющей силой служат цели человека.
Сложность современных машин вызвала потребность в такой отрасли знаний, которая указала бы пути достижения наибольшей эффективности работы системы «человек — машина». Эта отрасль знаний получила название «эргономика».
Эргономика1 (греч. ergon — работа, nomos — закон) занимается изучением функциональных возможностей человека в трудовых процессах, средств и условий труда для наилучшего приспособления их к человеку, т. е. таких условий, которые, делая труд высокоэффективным, в то же время обеспечивают человеку необходимые удобства и сохраняют его здоровье. <…>
Основной метод эргономики состоит в изучении совокупности сообщений, получаемых человеком от внешнего воздействия, и его реакции (результата действия раздражителя). Внешним раздражителем может быть любое проявление энергетических воздействий в пространстве, окружающем человека: звук, свет, прикосновение — словом, все, что действует на органы слуха, зрения и осязания. В конечном итоге результат воздействия определяется весьма сложными интеллектуальными и физическими реакциями. Для получения желаемой реакции устанавливают различие и тождественность внешних воздействий и проводят количественную оценку раздражителей. Разумеется, эти вопросы изучаются только в связи с психофизиологическим характером трудовых процессов. <…>
Рекомендации эргономики служат основой для рационального конструирования промышленных изделий (машин, приборов, оборудования, транспортных средств, сложных технических систем) и проектирования производственных процессов. В настоящее время любые технические устройства (в том числе и бытовые приборы) не могут претендовать на высокую оценку качества, если в них не учитываются психофизиологические свойства человека. Вмешательство новой науки — эргономики — распространяется даже на простейшие предметы тысячелетней давности. При этом, например, форма рукоятки молотка, измененная в соответствии с требованием эргономики, избавляет рабочего от профессионального заболевания — ладонной контрактуры.
Оптимизация системы «человек — машина» на основе уже накопленного опыта и материалов по изучению трудовых процессов позволяет значительно облегчить труд, делать вещи удобными в эксплуатации, экономить время, средства, энергетические ресурсы и, что самое важное, сохранить человеку здоровье.
Практическое применение эргономики можно разделить на три больших направления: распределение функций между человеком и машиной, приспособление техники и рабочей среды к человеку и надежность человека в системе «человек — машина».

Распределение функций между человеком и машиной

По мере накопления знаний конструкторы машин придавали им все более сложные функции. Росли возможности машин, и вместе с тем усложнялась их эксплуатация. Уже первые конструкции многих машин оказались малоэффективными из-за сложности управления ими и обслуживания. Возможности человека становились препятствием к безотказной работе такого рода устройств. Развитие техники шло неизмеримо быстрее, чем развитие способностей человека.
Выход здесь может быть найден лишь в автоматизации управления и разделении функции между человеком-оператором и машиной сообразно их возможностям. В хорошей конструкции должны быть приняты во внимание вероятностные характеристики людей со средними умственными и физическими способностями, а не отдельных выдающихся личностей.
В трудовой деятельности особую ценность представляет творческая способность человека, которая проявляется даже в самых простых видах работы.
Оператор в системе управления участвует в приеме, хранении, передаче и переработке информации, принятии и исполнении решения. На каждом из этих этапов его участие может быть весьма различным, кроме того, не все этапы обязательны в каждой системе и четко очерчены. В системе, работающей автоматически, за человеком обычно закрепляется обязанность наблюдения и профилактики возможных отклонений от заданных норм. <…>
Скорость переработки человеком информации зависит как от характера решаемой задачи, так и от вида сигнала. Ориентировочно максимальные значения пропускной способности человека оцениваются при счете предметов в 3 бит/с, сложении или умножении двух цифр — в 12 бит/с, при корректировании текста — 18 бит/с, громком чтении — до 30 бит/с, а чтении про себя — 45 бит/с. При более сложной деятельности, например управлении движением самолета с командно-диспетчерского пульта, при скорости информации 0,8 бит/с диспетчер едва успевает ее перерабатывать. Вообще, в том случае, когда органы управления предназначены для операции слежения за изменяющимися объектами и задача оператора заключается в последовательном переключении внимания оператора с анализа входных стимулов на выполнение простого действия (нажатие кнопки), время, затраченное оператором на анализ стимулов, находится в пределах 0,25—0,8 с. Время для принятия решения и посылки сигнала составляет 0,15—0,3 с.
Человек-оператор получает информацию о работе объекта, он должен обнаружить сигнал, отличить его от других сигналов, опознать или раскрыть его смысл для того, чтобы принять нужное решение2. Поэтому оператору не безразлична форма, в которой передается сигнал (например, символ, знак, изображение объекта). Символ, знак служат кодом по отношению к управляемому объекту и его характеристикам. Для того чтобы воспринять информацию, заключенную в знаке, оператор должен на основе его различения и опознания декодировать полученную информацию. Декодирование состоит в соотнесении знака с управляемым объектом, определении и воссоздании этого объекта и его характеристик.
Установлено, что чем более полно рисунок воспроизводит свойства предмета, тем ближе реакция на рисунок к реакции на предмет по показаниям латентного периода и силы ответного движения. Влияние полноты изображения на латентный период показано в табл. 1. Отсюда вытекает общее правило: там, где возможно, надо стремиться передать в качестве сигнала изображение предмета.

Таблица 1

Влияние полноты изображения на латентный период и величину условно­рефлекторной реакции (по Б.Ф. Ломову)

Сигналы

Латентный период*, с

Величина (сила) реакции, %

Предмет в натуре

0,4

100

Цветной рисунок

0,9

76,5

Светотеневой рисунок

1,2

55,1

Контурный рисунок

2,5

27,5

Слово

2,8

16,3

    • простые знаки — различающиеся лишь по форме: треугольник, трапеция, квадрат и т. п.;
    • средние — имеющие наряду с геометрическими контурами дополнительные признаки: штрихи, буквы, стрелки и т. п.;
    • сложные — имеющие несколько дополнительных признаков, дублирующих друг друга.


В тех случаях, когда требуется обеспечить помимо общего представления о процессе количественную оценку, изображение дополняется (заменяется) цифровым знаком.
В системах управления широкое применение получило кодирование информации о состоянии объектов управления. Для этой цели используются цвет, цифры, буквы, геометрические фигуры и условные знаки, не допускающие альтернативного толкования. Выбор системы кодирования зависит от характеристик объектов и задач оператора. При задачах обнаружения и поиска целесообразно применять цветной код, при задачах опознавания — геометрические фигуры, при задачах точной количественной оценки и сравнения — цифры. В каждой кодовой категории следует использовать оптимальное число символов: в цифровом коде — 10, в буквенном порядке — 20, в цветовом 7—8. Для алфавитов условных знаков оптимальное число символов не установлено. Для построения алфавита условных геометрических знаков их можно классифицировать по следующим признакам [1]:

В табл. 2 дана зависимость характеристик восприятия и опознания знаков по степени их сложности. Интересно отметить, что было получено лучшее опознание не простых знаков, а знаков средней сложности. Можно предположить, что это произошло от того, что количество признаков в простом знаке было недостаточным для передачи содержащейся в нем информации. Поэтому при опознании простых знаков имела место ненадежность, а при опознании сложных — неоднозначность приема информации. В отношении восприятия опыт показывает, что количество правильных ответов уменьшается с увеличением сложности знаков.

Таблица 2

Зависимость характеристик восприятия и опознания знаков от их сложности (по работам М.К. Тутышкиной)

Показатели

Простые знаки Средние знаки Сложные знаки
Восприятие Опознание Восприятие Опознание Восприятие Опознание

Пороговое время экспозиции, м/с

50 30

150

30 350 50

Латентный период реакции
при экспозиции 30 м/с, сек.

1,50 3,06 1,33 2,55 2,02 2,76

Количество правильных ответов
при экспозиции 30 м/с, %

31 80,6 45 97,8 3,1 97,5

Для облегчения однозначного восприятия и декодирования следует выполнять такие рекомендации:

    • наиболее важные символы должны быть большими и изображаться в виде замкнутых фигур;
    • знак должен включать не только основные, но также и дополнительные, специфические признаки;
    • дополнительные признаки не должны пересекать или искажать основной символ;
    • не следует в одном алфавите применять большое число разнообразных дополнительных признаков к одной и той же основной конфигурации символа.

Если говорить о буквах и цифрах, то, как правило, наиболее часто неверно опознаются знаки, сходные по начертанию, например З и 5, В и Б, 3 и Э и т. п. Быстрее всего опознаются знаки, имеющие ярко выраженные опознавательные признаки. На скорость опознавания влияет также степень геометрической сложности знака: чем сложнее знак по начертанию, тем больше времени требуется для его опознания.
Для каждого вида работы оператора важно установить, какую роль должна играть оперативная память. В зависимости от этого решается вопрос о способе подачи информации. Величина каждой порции информации согласовывается с оперативной памятью, а интервалы между порциями соответствуют тому времени, которое необходимо для перекодирования поступающих сигналов.
При распределении функций между человеком-оператором и машиной при всех обстоятельствах на человека нельзя возлагать целого ряда функций. Человек должен быть, как правило, освобожден от действий, вызывающих конфликт с ранее выработанными навыками (это особенно касается тех ответных реакций, правильность которых трудно проконтролировать); от принятия решений, требующих чрезмерного напряжения памяти; от восприятия информации, не относящейся к выполняемой деятельности; от решений заданий, которые вызывают заведомо большую физическую или умственную перегрузку; от неправильного членения операций, не позволяющего контролировать обстановку; от операций, безусловно опасных для жизни и здоровья человека.

Приспособление техники и рабочей среды к человеку

 

Человек в процессе трудовой деятельности находится в контакте с различными предметами, которые оказывают то или иное влияние на осуществление им трудовых операций (приемов). Удаленность этих предметов от оператора, их размеры и форма влияют на его производительность труда и надежность действий. Чтобы правильно проектировать предметы и, следовательно, правильно организовать рабочее место, необходимо знать строение тела человека, его размеры. <…>
Проектируя рабочее место, следует всегда помнить об условиях труда человека. Его работа не может быть организована в отрыве от социальных и психофизиологических факторов, влияющих на труд. Качество труда во многом зависит от полноты реализации на рабочем месте требований эргономики.
Определяющим фактором в организации рабочего места служат выработанные рабочим приемы, методы труда и рациональная рабочая поза, а при размещении материалов, инструментов и приспособлений — трудовые движения. Экономия трудовых движений, а следовательно, и меньшая утомляемость достигаются тогда, когда предметы труда расположены в так называемых зонах досягаемости. Зоной досягаемости называют пространство внутри поверхности, полученной движениями рук по дугам, находящимся в плоскостях XY, XZ или YZ. Различают нормальную и максимальную зоны досягаемости, ограниченные взаимным касанием или наложением воображаемых дуг, очерчиваемых концами пальцев правой или левой руки, которые двигаются в этой плоскости. При этом, если центр вращения находится в локтевом суставе при свободно опущенном плече, зона досягаемости нормальная, если же рука полностью вытянута, а центр вращения находится на плечевом суставе, то образуемая зона досягаемости называется максимальной. <…>
Рабочее помещение надо рассматривать как окружающую среду, под влиянием которой человек работает лучше или хуже. Следовательно, могут быть найдены некоторые оптимальные условия окружающей среды на производстве, которые способствуют большей производительности труда, лучшему качеству выпускаемых изделий и лучшему самочувствию человека.
Благоприятные для организма человека сочетания температуры и влажности воздуха зависят от подвижности воздуха, характера выполняемой работы и неодинаковы для жителей различных широт, зимой и летом.
Для жителей умеренного климата при преимущественно умственной или легкой мышечной работе благоприятные условия создаются при температуре от 16 до 18 °С, относительной влажности воздуха в пределах от 60 до 80% и скорости движения воздуха до 0,3 м/с.
Температура воздуха выше 30 °С ухудшает умственную деятельность; физическая активность понижается уже при температуре свыше 25 °С. Для производственных помещений допустимые метеорологические условия устанавливаются санитарными нормами в зависимости от времени года и вида работы.
При проектировании промышленных предприятий должен быть сведен к минимуму производственный шум. Шум оказывает вредное воздействие на выполнение операций, требующих строгой координации и точности работы. Человек, работающий при высоком уровне шума, скоро устает, становится более нервным.
Средствами архитектуры можно создавать оптимальные условия труда в производственных помещениях, удовлетворять эстетические потребности и влиять на воспитание человека. Значительную часть своей жизни человек проводит на производстве. Здесь наряду с трудовыми навыками у него складывается коммунистическое отношение к труду. Поэтому все то, что окружает его в процессе труда, должно вызывать чувство целесообразности, красоты, удовлетворенности.

Надежность человека как звена в системе «человек — машина»

Перейдем к третьему направлению эргономики — надежности человека в системе управления. Часто оказывается, что оператор становится наиболее слабым звеном в системе управления и регулирования. В подтверждение этого приводят, например, статистические сведения об авариях самолетов, показывающие, что примерно 50% аварий происходит из-за неправильных действий оператора в сложных ситуациях.
Известны и другие положения, когда человек предотвращает ошибочные или неверные действия сложных механических или радио­электронных устройств. Другими словами, оператор повышает надежность действия машины. Разумеется, в работе оператора встречаются ошибочные действия, но это не дает право делать общего вывода о неизбежной ненадежности «человеческого» звена в системе «человек — машина». Человеческие факторы следует всегда учитывать в управлении сложной системой, но не потому, что они лимитируют надежность системы, а в целях повышения качества системы. Из неправильных действий оператора, которые привели к аварии, надо прежде всего сделать вывод о необходимости тщательного анализа системы для того, чтобы отыскать серьезные погрешности в конструкции или ошибки недоработки «человеческого» фактора системы, недооценки изменений в рабочих характеристиках оператора в разных ситуациях и во времени, неучтенных индивидуальных особенностей человека, неправильного отбора операторов или их обучения. Все это может в той или иной мере предопределить ошибки оператора.
Перед эргономикой стоит очень сложная задача — найти пути, обеспечивающие безотказность действий оператора в течение требуемого времени. В этом направлении еще сделаны только первые шаги. В литературе приводится схема взаимоподчиненных понятий, из которой, по мнению ее автора, вытекает формулировка понятия «надежность» применительно к человеку [2]. <…>
Под надежностью действия оператора обычно понимается способность оператора безотказно (точно) выполнять заданные ему функции в определенных условиях работы в течение требуемого времени.
Это определение перенесено на деятельность человека из теории надежности, изучающей закономерности возникновения отказов при случайном характере изменений состояния изделий, и, разумеется, не учитывает внутренние свойства и резервы человека, следовательно, из поля зрения исчезают возможные пути предупреждения отказов.
Пользуясь методами оценки надежности систем, разработанными теорией надежности, зачастую таким же образом оценивают надежность системы «человек — машина», что приводит к абсурдным результатам, когда не учитывают способность оператора исправлять работу машины (например, восстанавливать искаженную информацию).
Какие же причины ведут к отказам или, точнее, к ошибочным действиям оператора? Знание «анатомии» ошибок открывает путь к их предупреждению и повышению надежности системы «человек — машина».
Какова бы ни была деятельность человека, ошибки в его работе при оптимальных условиях находятся в прямой зависимости от сложности поставленной задачи. Чем более сложная реакция требуется для выполнения задачи, тем, при прочих равных условиях, большую вероятность ошибок можно ожидать. Таким образом, виды деятельности оператора классифицируются в соответствии с характерной для них надежностью следующим образом:

  1. Простая дискретная реакция на одиночный дискретный сигнал.
  2. Простая, но меняющаяся реакция на последовательность одиночных сигналов.
  3. Одиночная дискретная реакция на многозначные сигналы, требующие выбора, оценки и принятия решения.
  4. Последовательные независимые реакции на многозначные сигналы, требующие выбора, оценки и принятия решения.
  5. Связанные реакции на меняющиеся случайным образом сигналы, требующие экстраполяции, истолкования и принятия решения.
  6. Комплексная реакция на сложные сигналы, включая согласование с действиями другого оператора.

Естественно ожидать возрастание числа ошибочных действий оператора, когда используемая им техника или физическая среда, окружающая его в производстве (температура, влажность и состав воздуха, световая и цветовая обстановка, уровень шумов), создают помехи для нормальной деятельности. Благоприятные или комфортные окружающие условия повышают надежность действия оператора. Резко повышается надежность системы «человек — машина» при правильном распределении функций между ними. Однако в деятельности человека важное значение имеют и ошибки, причины которых надо искать в организационных неполадках на производстве, неправильном подборе кадров, падении дисциплины, упущениях в управлении, личных ненормальных взаимоотношениях в коллективе и т. п. Приведем наиболее характерные причины, приводящие к ошибочным действиям.
Небрежность. С этим можно бороться воспитанием. Например, полезно вызвать чувство профессиональной гордости.
Неправильное понимание метода работы. Большое значение здесь имеют специальная тренировка, инструктаж, при которых исполнитель быстро овладевает операцией.
Человек не любит свою работу (или не подходит для той работы, которая ему поручена). Надо помнить, что люди получают моральное удовлетворение от того, что они делают хорошо. Правильный психофизиологический подбор работников и заинтересованность в результатах труда сокращают ошибки, повышают качество изделий.
Срочность работы. Сама по себе срочность работы не обязательно вызывает ошибки. Однако психологическое напряжение и нервозность, которую создают некоторые руководители в погоне за количественными показателями, приводят к низкому качеству.
Недостаток ответственности, неправильное распределение обязанностей или ответственности за работу. Каждый член коллектива должен нести полную ответственность за выполняемую работу и качество своего труда.
Усталость. Часто люди совершают ошибки, когда они физически или психически устают. Усталость возникает в результате нервного напряжения, недостаточно выработанного динамического стереотипа, неправильного распределения работы, неправильной рабочей позы, нарушений ритма, режима труда и отдыха.
Неправильная оценка нескольких противоречивых факторов, определяющих решение. Уточнение технологии, чертежей (особенно допусков), инструкций, метода измерений приводит к исключению такого рода ошибок.
Человек не соответствует по своей квалификации той работе, которую выполняет. Правильный профессиональный отбор и обучение дают возможность своевременно вы­явить пригодность человека к данной работе.
Большой уровень шума, особенно внезапный шум, посторонние разговоры приводят к ошибкам в работе. Производственные шумы выше допустимого уровня снижают внимание и работоспособность и повышают число ошибок. Должны быть приняты меры, снижающие уровень шумов.
Непонимание необходимости требуемой точности или чистоты работы. Здесь особенно важен предварительный инструктаж.
Слишком монотонная или «неинтересная» работа, наличие отрицательных эмоций: скуки, нервозности, страха. В этом случае надо найти такие элементы окружения, которые снимают нервное торможение, или сменить работу. Работник должен обязательно знать результаты своего труда.
Причиной производственных ошибок и низкого качества труда бывают домашние неполадки, трудности с поездками на работу, плохо налаженное бытовое обслуживание. Мы часто недооцениваем влияние научной организации труда и управления, четкого распределения обязанностей, форм оплаты труда и отношений внутри коллектива на ошибки человека в производстве. Плохая организация производства, как и недостатки или невнимание к бытовым вопросам, незамедлительно сказывается на качестве продукции.
Управление сложными агрегатами и системами зачастую требует очень большого нервно-эмоционального напряжения от оператора. Надежность работы оператора у щитов и пультов управления зависит от количества и разнообразия перерабатываемой информации, а также конструкции устройств, обеспечивающих возможность успешной работы. Особенно тщательно, в соответствии с требованиями эргономики, необходимо продумать размещение органов управления и индикации. В установках, требующих визуального наблюдения за контролируемым процессом на экране, надежность действий оператора зависит и от количества зрительных фиксаций (остановок глаз).
Надежность системы «человек — машина» может быть также повышена путем отбора наиболее подходящих лиц для выполнения данного вида работы и разработки методов подготовки операторов. Для повышения надежности действия человека в системы управления включаются элементы, которые обеспечивают подачу информации оператору об эффекте его действия. Для повышения надежности сложных систем управления применяется дублирование операторов. При этом система проектируется таким образом, что нежелательное действие произойдет только в том случае, когда ошибку допустят оба оператора одновременно.
Многие ошибки операторов зависят от несогласованности изделий с психофизиологическими особенностями человека. Однако часто человек своими действиями предотвращает возможные отказы технических устройств.
Одна из наиболее эффективных возможностей облегчить труд оператора, повысить надежность и точность управления заключается в широком применении программного управления и автоматической обработки информации.
В связи с проблемой надежности оператора (как звена в системе «человек — машина») возникла необходимость в более глубоком изучении разнообразных факторов, влияющих на его труд, помехоустойчивости человека и его места в больших системах управления.
При проектировании систем автоматического управления целесообразно предварительно изучать на макетах систему их обслуживания, а затем уже проектировать конструкцию устройств.
Требования эргономики должны возможно полнее отражаться в нормативных документах, отраслевых и государственных стандартах.
При строительстве новых предприятий и реконструкции существующих, проектировании оборудования, машин, приборов и оснастки зачастую не выполняются бесспорные положения эргономики, направленные на совершенствование общей культуры производственного процесса, повышение качества изделий и особенно повышение культуры условий труда. Здесь необходимо быстро и решительно навести порядок.

«Методы менеджмента качества» Февраль 2019

Рубрика: К юбилею журнала
Автор(ы): А. Астафьев
01.02.2019

448
Поделиться:

Подписка