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.

Требования к обеспечению удобств работы человека

Требования к обеспечению удобств работы человека касаются не только отдельных машин, но и всей окружающей среды. Часто человек работает при искусственном освещении, повышенном или пониженном атмосферном давлении, в среде с определенным химическим составом воздуха, при шуме, вибрации и т. д. Поэтому при создании новой машины речь должна идти не только о ней, а о системе человек — машина — окружающая среда. Такой подход обусловил контакты между техническими дисциплинами и науками о человеке и его трудовой деятельности, на стыке которых и возникла комплексная наука — эргономика. Ее отличительная черта — неразрывность технического и человеческого аспектов. Она не сводится к сумме составляющих ее наук, так как для оптимизации условий трудовой деятельности недостаточно использовать только отдельные рекомендации физиологии, психологии, гигиены труда и т. д. Для достижения эффективности системы человек — машина — среда необходима многомерная оптимизация условий с учетом весомости коэффициентов человеческих и технических факторов.

Отраслью психологии, которая близка к эргономике, является инженерная психология. Она изучает орудия труда и технологические процессы с точки зрения выяснения требований, которые эти орудия и процессы предъявляют к психическим свойствам человека. Инженерная психология занимается проблемами поиска целесообразного распределения и согласования функций между человеком и машиной, взаимодействия людей при управлении, а также исследует факторы, которые определяют надежность и точность работы человека, анализирует процессы восприятия им информации.

Эргономика тесно связана с психологией труда, которая изу чает взаимосвязи человека с условиями и орудиями труда, а также с социальной психологией и социологией.

Оптимизация трудовой деятельности базируется также на данных физиологии труда, динамики изменений функционального состояния человека во время работы. Создание оптимальных условий труда немыслимо без учета требований гигиены труда.

Эргономика тесно связана с научной организацией труда. Последняя как система практических рекомендаций и методов повышения эффективности производства составляет основную практическую цель эргономики.

Задачей эргономики является, таким образом, комплексное изучение и проектирование трудовой деятельности человека с целью оптимизации орудий, условий и процессов труда.

В развитии эргономики различают два этапа: коррективный и проективный.

Для коррективного этапа характерно независимое друг от друга изучение «человеческих факторов» различными специалистами (психологами, физиологами и т. д.) и поочередная оптимизация условий трудовой деятельности по отдельным факторам. Требования инженерной психологии при этом, например, не связываются с данными физиологии, гигиены, а при оптимизации условий по физиологическому или другому фактору остальные заранее принимаются как оптимальные или вовсе не учитываются. В реальных же условиях все факторы взаимосвязаны и сумма идеализированных одномерных оптимумов не соответствует действительности.

Коррективная эргономика — это начальная стадия эргономики вообще. Она оказывает положительное влияние на накопление частных факторов о труде и объединяет различных специалистов для решения актуальных проблем. Уже в рамках коррективного этапа развития эргономики делаются попытки свести разрозненные факты воедино.

Проективная эргономика ставит задачу исследовать деятельность человека комплексно, выявив всю совокупность факторов, которые оказывают влияние на человека. В настоящее время еще необходимо выработать методы таких комплексных исследований. Большой вклад в развитие эргономики вносят советские ученые В. П. Зинченко, В. М. Мунипов, Б. Ф. Ломов и др.

Как новое научное направление эргономика имеет большие перспективы и бурно развивается во всех странах.

В капиталистических странах рационализация труда с помощью эргономики преследует повышение эффективности производства с целью увеличения прибылей монополий.

При социализме достижения эргономики способствуют всестороннему развитию человека, улучшению условий труда и быта, служат превращению труда в творческую деятельность и жизненную потребность. Требования эргономики учитываются при организации труда, проектировании новой техники и создании бытовых предметов.

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.

Конструирование рабочего места

При конструировании рабочего места необходимо принимать в расчет не среднего, а более слабого по силе человека, так как в аварийных ситуациях он может не справиться с мышечной нагрузкой, посильной для него в обычных условиях.

В процессе трудовой деятельности человек находится под влиянием материальных условий рабочей среды и работоспособность его в значительной мере зависит от этих условий. Чем больше отклонение их от оптимальных, тем быстрее снижаются работоспособность и надежность человека, быстрее наступает утомление. Исследованием влияния факторов этих условий человека занимается гигиена труда, тесно связанная с физиологией труда.

Материальные факторы рабочей среды оказывают определенное влияние на организм человека, вызывая соответствующие физиологические реакции. Например, шум раздражает органы слуха, вызывая функциональные изменения (утомление слуховых органов и даже оглушение, что может повлечь функциональные изменения в центральной нервной системе, обмене веществ, системе кровообращения и т. д.).

В рабочей среде различные физические и химические факторы действуют одновременно, взаимно усиливая или компенсируя физиологические последствия для человека. Рабочая среда представляет собой единое целое и выделить какой-то ее основной фактор не всегда возможно. Человеческий организм, находящийся в сложной взаимосвязи со средой, рассматривается физиологией как единое целое, а регуляция всех функций организма центральной нервной системой в принципе исключает независимое исследование функционального состояния отдельных органов. Но рассмотрение рабочей среды как целого не исключает вместе с тем возможности изучения ее отдельных составляющих элементов.

Изучение отдельных факторов рабочей среды требует их классификации. Физиолого-гигиеническая классификация факторов, которые могут воздействовать на оператора в системе человек — машина, включает [2]:

электрические (электрические поля, контактную разность потенциалов, атмосферное электричество — степень ионизации воздуха) ;

радиочастотные (ионизирующие, тепловые и радиочастотные излучения);

метеорологические (температуру, влажность и скорость движения воздуха);

бароакустические (атмосферное давление и его перепады, шумы звукового диапазона, инфра- и ультразвуки);

механические (ускорения, вибрации, апериодические колебания, толчки и тряску).

Гигиеническая классификация химических факторов воздушной среды включает естественный состав атмосферы и вредные примеси в воздухе. Последние делятся на газы и пары и на аэрозоли.

Целью исследования условий среды является выработка определенных санитарных (гигиенических) норм и средств их соблюдения.

При проектировании рабочего места необходимо принимать оптимальные для работоспособности человека параметры факторов среды, а если это невозможно, то как минимум должны соблюдаться предельно допустимые нормы, установленные законодательством.

Дискомфортные метеорологические условия

Дискомфортные метеорологические условия в производственных помещениях создают в основном температура и лучистая энергия в сочетании с высокой влажностью и движением воздуха. Ухудшать воздушную среду могут также пыль, газы и пары химических, радиоактивных и других веществ.

Для большинства людей комфортными являются условия при температуре 20—22° С, относительной влажности воздуха 30—60% и скорости его движения не выше 0,2 м/с . Для рабочей зоны эти параметры рассчитываются в соответствии с санитарными нормами СН 245—71, которые учитывают период года, категорию работ, количество выделяемого в помещении тепла.

Системы отопления и кондиционирования не должны давать направленного потока воздуха на людей. Температуры воздуха на поверхности пола и уровне головы не должны отличаться более чем на 5° С.

Освещение помещений должно соответствовать характеру выполняемой работы и отвечать ряду общих требований. В 1971 г. Госстрой СССР утвердил раздел П-А. 9—71 Строительных норм и правил (СНиП) «Искусственное освещение. Нормы проектирования». В них регламентированы новые характеристики осветительных установок: показатель ослепленности и дискомфорта (в целях ограничения слепящего действия светильников общего освещения), коэффициент пульсации освещенности (для производственных помещений, освещаемых газоразрядными лампами) и др.

Большое влияние на условия труда оказывает шум, который является одной из главных причин утомляемости и снижения работоспособности человека. Нормированными параметрами шума являются уровни звуковых давлений а в децибелах в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 гц. Они определяются по формуле

В производственных помещениях помимо шума могут действовать одновременно и другие неблагоприятные факторы. Так, вредное влияние на организм усиливается при одновременном воздействии шума и вибрации, шума и температуры и т. д. Поэтому необходимо иметь критерии оценки комбинированного воздействия шума в сочетании с другими неблагоприятными факторами.

Наиболее неблагоприятное физиологическое воздействие на человека оказывает вибрация с большой частотой и малой амплитудой. Она вызывает утомление, головные боли, напряжение зрения. При оценке общей вибрации в соответствии с нормами СН 245—71 нормируемыми параметрами являются среднеквадратичные величины колебательной скорости в октавных полосах частот или амплитуды перемещений, передаваемые на рабочие площадки (сиденье, пол и др.) от машин, станков и другого оборудования. Оценка местной вибрации производится в соответствии с ГОСТ 17770—72 «Машины ручные. Допустимые уровни вибраций». Нормативы устанавливают допустимые величины вибрационных характеристик машин или их частей, удерживаемых в процессе работы руками.

Для предотвращения неблагоприятного воздействия шума и вибрации необходимо устранять или значительно ослаблять их появление в источниках образования, изолировать источники от окружающей среды средствами звуке- и виброизоляции, звуко- и вибропоглощения, применять рациональные планировки помеше-ний, увеличивать звукопоглощающие способности их внутренних поверхностей, применять средства индивидуальной защиты, устанавливать рациональный режим труда и отдыха.

Функциональные сдвиги в организме (быструю утомляемость, головные были, утомление зрения, нарушение сна и др.) могут вызывать электромагнитные поля сверхвысоких частот. Предельно допустимые дифференцированные уровни микроволнового облучения и интенсивность электромагнитных полей не должны превышать санитарных норм. Чтобы оградить людей от воздействия этого фактора необходимо применять общие и индивидуальные средства защиты.

Оптимизация условий трудовой деятельности должна предусматривать изучение всех факторов рабочей среды и проведение мероприятий по устранению их вредного воздействия на человека. При этом комплексное проектирование рабочего места рассматривает во взаимосвязи все факторы среды и соответствующие характеристики машин и оборудования.

Тенденции развития эргономики приводят к необходимости вывести проблему взаимосвязи человек — техника — среда за рамки трудовой деятельности и использовать разработанные эргономикой методы и критерии применительно к любой форме деятельности человека на производстве и в быту.