Некоторые тенденции в формообразовании металлорежущих и деревообрабатывающих станков

До тех пор пока станки не испытывали больших нагрузок и не требовали большой жесткости и устойчивости, механизм их оставался раскрытым. Форма станка, отчасти потому, что не имела аналогов в прошлом, как бы автоматически следовала за конструкцией, и понятия «форма» и «конструкция» для первых станков — синонимы.

Долгое время форме станков не уделялось внимания, потому что функция их считалась слишком утилитарной. Совершенствование формы если и происходило, то под влиянием утилитарных, а не эстетических факторов.

Форма станка как таковая начала осознаваться в XVIII в., и отношение к ней изменяется. Отчасти причиной этому послужило новое его использование. Работа на станке становится развлечением богатых людей, а сам станок — предметом украшения богатой мастерской. Станки же ремесленников создавались для утилитарных целей и не имели специального декора. Однако это не значит, что они были лишены эстетических достоинств, так как ремесленный мастер сам создавал свой станок и всегда стремился выразить в его форме свое эстетическое представление.

Быстрое развитие машинного производства в конце XVIII в. привело к усложнению станков. Изменяется и их форма. Производство становится серийным. Если раньше форма станка была индивидуальной, то теперь она становится обезличенной. Старые станки с деревянной станиной имели родство с архитектурой, а литые станины, ступенчатые передачи, суппорты серийных станков качественно изменили форму станков и лишили их этой связи. Лишь спустя долгое время убедились, что дальнейшее повышение производительности станка зависит не только от его технических параметров, но и от организованности формы.

Тенденция в современном художественном конструировании — лаконизм формы — вызвана стремлением оптимизировать отношения человек — машина — среда, а также требованиями унификации, стандартизации и агрегатирования. Достижению лаконизма способствует также автоматизация управления станками и прогрессивная технология их изготовления. Отмеченная тенденция в целом ведет к упрощению технических объемно-пространственных структур, которые рассматриваются как целостные системы.

Но прогрессивная в основе тенденция к лаконизму имела и свою оборотную сторону: преобладание моды над логикой инженерного решения. Став в 50—60-х годах модой, эта тенденция заставляла подчас полностью скрывать конструкцию без достаточных на то оснований (красивое ассоциировалось с теометрически упрощенным). Иной станок мог бы быть устойчивым на легких открытых опорах, но это противоречило моде, так как усложнялась форма, а ложно понимаемый лаконизм требовал одного объема. В итоге появлялись ненужные кожухи, увеличивались габариты станка, затруднялись его ремонт и наладка, а форма становилась безликой.

В настоящее время при проектировании станков применяются методы художественного конструирования. Это позволяет создавать формы, соответствующие функции и назначению станков, выявлять их тектонику и объемно-пространственную структуру, акцентировать внимание на рабочей зоне и т. д.

Все это относится и к современным деревообрабатывающим станкам, которые избавляются от сверхмощных станин, неорганизованности структуры, труднодоступных органов управления и контроля. Следствием хорошо организованной формы станков становится не только красивый внешний вид, но удобное и безопасное обслуживание, а также более высокие технические показатели.

Эволюция формы такого утилитарного изделия, как станок, также происходила в соответствии с общими закономерностями и на него также оказывали свое влияние стиль и мода.

Эволюция формы легкового автомобиля

Транспортные средства имеют меньшую историю развития, чем мебель, часы, станки, но освоение их формы было более быстрым. Это в значительной мере связано с тем, что они всегда вызывали большой общественный интерес.

Развитие формы различных транспортных средств шло неодинаково. Например, форма паровоза и поезда в целом, являющегося более дешевым и демократичным средством передвижения, длительное время не испытывала влияния престижного фактора. Для формы же легкового автомобиля этот фактор стал сразу главным. Быстроту изменения форм автомобилей можно сравнить с эволюцией форм самолетов, для которых главным и объективным фактором развития формы является скорость.

Эволюции форм автомобилей присущи те же закономерности, что и для всего предметного мира.

Форма автомобиля постепенно становилась более лаконичной и стала своего рода скульптурной. В моделях 30-х годов она была сложной, но в эру обтекаемых форм быстро меняется. На стыке 30—40-х годов форма обобщается и влечет за собой новые методы конструирования и критерии эстетической оценки.

На изменение формы большое влияние оказывают новая технология производства и материалы. Однако потребность в новых формах оказывает и обратное воздействие. Так, тенденция к ее утончению потребовала изменений в технологии, в частности усложнения штампового хозяйства.

В своем развитии легковой автомобиль прошел сложный путь и сейчас переживает новый период. Современные формы его скульптурны, они как бы приобретают характер собственной ценности. Многие специалисты и социологи высказывают мысль о конце эры легкового автомобиля с бензиновым двигателем. Одной из причин является высокий уровень решения функциональных задач. Бензиновый двигатель исчерпывает возможности дальнейших кардинальных усовершенствований (вспомните, как исчерпались к XV в. резервы совершенствования функции и формы казалось бы вечных солнечных часов). Другая причина — перенасыщение городского воздуха отработанными газами.

На смену автомобилю с бензиновым двигателем в будущем, несомненно, придет более удобный, гигиеничный и безопасный вид индивидуального транспорта, лучше приспособленный к условиям жизни больших городов (ведь уже сегодня в крупных городах автомобиль движется со средней скоростью, во много раз меньшей его возможной).

Одним из таких новых видов транспорта может стать электромобиль, работы по созданию которого вызваны социальным заказом и усиленно ведутся во многих странах мира.

Эргономика как естественнонаучная основа оптимизации орудий, условий и процесса труда

Понятие «эргономика» появилось в 1857 г., когда польский естествоиспытатель В. Ястшембовский опубликовал работу «Черты эргономики, т. е. науки о труде».

Эргономика (греч. ergon — работа + nomos — закон) — научная дисциплина, которая изучает функциональные возможности человека в трудовых процессах, выявляет возможности и закономерности создания оптимальных условий для высокопроизводительного труда и обеспечения необходимых удобств человеку. Эргономика базируется на данных технических наук, инженерной психологии, гигиены труда, социологии, физиологии, антропометрии и др.

При любом труде человек несет мышечную, психическую и нервную нагрузки. Но по мере развития производства меняются условия труда, роль и место человека в трудовом процессе, а с ними претерпевает эволюцию и физиология труда. Появление в начале XX в. сложных видов трудовой деятельности, потребовавших быстрой реакции, восприятия и других психических процессов, обусловило изучение психологических особенностей труда.

Дифференцированное изучение различных аспектов труда (физиологии, гигиены, психологии и др.) позволило выявить важные закономерности и сформулировать принципы отдельных моментов трудового процесса. По мере накопления отдельных знаний возникла необходимость комплексного изучения трудовой деятельности человека. Уже в 1921 г. советский психолог В. Н. Мясищев на первой Всероссийской инициативной конференции по научной организации труда и производству предложил создать особую научную дисциплину — эргологию (греч. logos — учение) с целью систематизации человеческих знаний о труде. Хотя тогда и были определены проблемы новой научной дисциплины, однако в самостоятельное научное направление она не оформилась.

Преодоление одностороннего решения проблем организации труда начинает организованное в Англии эргономическое общество. Термин «эргономика» по отношению к новой научной дисциплине был принят в 1949 г.

В СССР эргономика как самостоятельная научная дисциплина развивается в 50-е годы. Становление и развитие этой науки было вызвано изменениями условий трудовой деятельности, которые произошли в результате бурного развития техники, механизации и автоматизации труда, появления интенсифицированных методов работы и нового оборудования, а также необходимостью научной организации труда. Надежность и эффективность усложнявшейся техники в значительной мере стала определяться «человеческими факторами». Если бы в сложных орудиях труда они не учитывались, пользоваться ими стало бы почти невозможно. Технический прогресс, таким образом, не мог не поставить проблему «человек и машина».

Динамика изменений функционального состояния во время работы

Изменение функционального состояния работающего человека (в дальнейшем именуемого также оператором) является одним из важнейших вопросов психофизиологии.
В процессе выполнения работы изменения функционального состояния проходят несколько фаз, или этапов, каждая из которых характеризуется закономерными изменениями физиологических функций и отличается от другой успешностью выполняемой работы. В. И. Медведев устанавливает следующие фазы.

1. Организм человека мобилизуется еще до начала работы. Характер специфических сдвигов определяется выработанными навыками и степенью тренированности организма. Человек отвлекается от внешних раздражителей, внутренне собирается, обдумывает особенности предстоящей работы. Выражением первой фазы является некоторое возрастание силы сердечных сокращений, подъем артериального давления, усиление и углубление дыхания.

2. Физиологический механизм этой фазы связан с внешним торможением в результате изменения характера раздражителей. Она длится несколько минут, а при отчетливо выраженной первой фазе может и вообще не наблюдаться.

3. Третья фаза — одна из наиболее сложных и занимает весь период начальной работы. Человек приспосабливается к оптимальному режиму работы, реакции его организма еще не точно соответствуют ее характеру и величине нагрузки. Организм реагирует на внешние раздражители с большей силой, чем это необходимо. Продолжительность этой фазы зависит от тренированности оператора.

Вторую и третью фазы нередко объединяют в одну, называемую фазой втягивания.

4. Устанавливается оптимальный режим работы органов и систем организма. Эффективность труда при этой фазе максимальная.

5. Функциональное состояние снижается. Организм начинает перестраиваться и необходимый уровень его работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций (например, нормальное кровоснабжение обеспечивается не за счет увеличения силы сердечных сокращений, а за счет возрастания их частоты). Перестройка работы организма поддерживает относительно стабильное функциональное состояние, но уровень функционирования рабочих систем организма снижается и эффективность труда понижается.

6. Эта фаза характеризуется неуклонным ухудшением функционального состояния организма, появлением ошибок в работе и снижением эффективности труда.

Пятую и шестую фазы объединяют также в одну, называемую фазой утомления.

7. Фаза срыва, при которой регулирующие механизмы расстраиваются, реакции организма неадекватны внешним сигналам, а работоспособность резко падает. Нарушение деятельности внутренних органов может привести к обморокам, а при чрезвычайных длительных напряжениях — даже к смертельным исходам.

Если длительная работа приводит к появлению только четвертой или пятой фазы, то перед окончанием их возможно появление состояния так называемого конечного порыва. В этом случае мобилизуются все дополнительные резервные силы организма и работоспособность может резко повыситься. Длительность этого состояния зависит от характера раздражителей.

Состояние утомления начинает возникать, таким образом, с пятой фазы, и зависит от ряда факторов. Основным является физическая нагрузка, и чем она больше, тем раньше наступает утомление. На развитие утомления оказывает также влияние статический или динамический характер работы; интенсивность нагрузки во времени и ее характер (постоянная или ритмическая).

Утомление наступает быстрее при статической нагрузке, а также при увеличении ее интенсивности во времени. При уменьшении интенсивности время наступления утомления не изменяется, но снижается производительность.

Появлению утомления способствуют также факторы, которые действуют не сами по себе, а в сочетании с основным. Их подразделяют на три большие группы:

1) факторы микроклимата (пониженное содержание кислорода в воздухе, повышенное содержание углекислого газа, пониженная влажность, высокая температура и т. п.);

2) факторы, связанные с использованием техники (загрязненность воздуха газами, вибрация, ускорение, шум, изменение освещенности, неудобство рабочей позы и т. д.);

3) факторы, связанные с нарушением режима труда и отдыха (недостаточность времени для восстановления сил после утомления, неправильное использование перерывов между работой, неправильное чередование работы и отдыха и т. п.).

Развитие утомления

На развитие утомления большое влияние оказывают эмоциональные факторы, связанные с состоянием человека и со значимостью выполняемой им работы. Степень выраженности и характер эмоционального состояния определяет множество факторов — личностные характеристики, врожденные особенности нервной системы, степень подготовленности оператора, эмоциональная устойчивость и др. Положительные эмоции препятствуют наступлению утомления, повышают работоспособность и являются основой творчества, отрицательные — наоборот. Но предсказать эффект трудно, так как эмоциональная сфера человека относится к сложнейшим вопросам психофизиологии.

Специфический вид утомления возникает также при отсутствии деятельности, например, у работающих в режиме ожидания. Снижению общего уровня возбуждения и появлению более быстрого утомления способствует монотонный труд.

Динамика работоспособности и утомления связана со структурой рабочего процесса, поэтому не следует стремиться к установлению единых критериев утомления для всех видов деятельности. Правильным будет устанавливать их применительно к конкретной работе.

Для обеспечения надежности оператора в системе человек — машина — среда, особенно при современной технике с повышенными требованиями к управлению и возрастающей сложностью трудовых операций, необходимо соблюдать общие требования инженерной психологии и проектировать надежность не только машины, но и работы человека, правильно распределять функции между ними.

Все пути и способы, которые ведут к более позднему утомлению, разделяют на специфические и неспецифически е. К первой группе относятся подготовка оператора к профессиональной деятельности и рациональная организация рабочего процесса (организация рабочего места и разработка таких физиологических приемов и навыков, которые соответствуют физиологическим закономерностям систем организма). В данном случае необходимо точно знать структуру рабочего процесса и разрабатывать рекомендации к конкретному виду труда. Неспецифические методы поддержания работоспособности связаны в основном не с особенностями труда, а с воспитанием и тренировкой общих качеств и общей физической подготовки человека.

Восстановление функционального состояния организма и снятие утомления происходит в процессе отдыха. Однако изменение функционального состояния после окончания работы протекает по-разному, и это необходимо учитывать при организации отдыха.

Если в конце работы утомление достигло выраженной величины, то в первый час отдыха состояние организма, особенно его ведущих функций, остается пониженным или даже несколько ухудшается. Постепенное восстановление их происходит лишь с течением времени, при этом раньше восстанавливается состояние органов, обеспечивающих жизненно важные функции (нормализуется частота и сила сердечных сокращений, артериальное давление, дыхание). Другие органы, в том числе и нервная система, нормализуются позже, так как для этого сначала необходимо обеспечить их энергетическими материалами.

Организация и содержание отдыха определяются характером работы, а также условиями быта человека и его склонностями.

Если отдых после работы был правильно организован и достаточным по времени, состояние физиологических функций полностью нормализуется. Но эта нормализация не означает полного возврата к прежнему состоянию. В организме возникают определенные физиологические изменения, которые отражают процесс тренировки.

Правильно организуемый режим труда и отдыха позволяет значительно отодвинуть утомление и сохранять высокую работоспособность. Такой режим должен вырабатываться с учетом конкретных условий, характера работы и общих физиологических рекомендаций.