Реферат Эргономическое обеспечение машин.
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Сибирский государственный аэрокосмический университет
Имени академика М.Ф. Решетнёва
РЕФЕРАТ
По дисциплине «Основы проектирования и конструирования»
Тема: Эргономическое обеспечение машин.
Выполнил студент группы Э-82 Карамышев А. Т.
Проверил д. т. н., проф. Носенков А. А.
Железногорск 2009
Оглавление
Введение………………………………………………………………………………3
1. Задачи эргономического обеспечения…………………………………………..4
2. Основные принципы эргономического обеспечения.
Эргономическое проектирование……………………………………….…….……6
3. Классификация и структура эргономических требований (ЭТ)........................10
4. Распределение функций между человеком и машиной………………………..17
Заключение…………………………………………………………………..………20
Список литературы………………………………………………………………….21
Введение
По мере увеличения эксплуатационной сложности машин, оборудования, систем управления все больше выявлялась необходимость создания эргономики. При этом опыт показал, что механическое соединение знаний из разных наук, связанных с учетом человеческого фактора в технике, оказывается не только недостаточным, но и невозможным на практике.
Учет эргономических требований и рекомендаций в ходе разработки машин и систем должен проводится с единых методических позиций, на основе единого подхода и реализовываться в виде системы эргономического обеспечения, представляющей собой комплекс научно-методических положений, принципов и организационных мероприятий, направленных на достижение заданных (требуемых) эргономических свойств проектируемых систем. Каждый вид и стадия проектирования обусловливают общую структуру решаемых вопросов, конкретизируемых спецификой объекта проектирования, условиями его использования (применения), материальными и технологическими возможностями.
1. Задачи эргономического обеспечения
Система эргономического обеспечения подчинена общему процессу проектирования, которым руководит конструктор.
Эргономическое обеспечение при проектировании направлено на повышение эффективности (производительности) системы человек — машина (СЧМ) и качества труда, безопасность эксплуатации и обслуживания, улучшение условий труда, сокращение сроков освоения систем, экономию затрат физической и нервно-психической энергии работающего человека благодаря максимально возможному согласованию технической части системы с возможностями и особенностями человека. При этом достигается значительный социально-экономический эффект, выражающийся в повышении привлекательности и содержательности труда, сохранении здоровья и поддержании высокой работоспособности, сокращении непроизводительных потерь рабочего времени, уменьшении затрат на предоставление льгот и компенсаций за работу в неблагоприятных условиях труда и т. п.
В общем виде эргономическое обеспечение проектирования предусматривает необходимую автоматизацию и механизацию технических процессов, оптимальное распределение функций в системе, информационное взаимодействие человека с ее технической частью, рациональную конструкцию рабочего места и организацию трудовой деятельности, оптимальные для жизнедеятельности и работоспособности человека условия производственной среды при обязательном соблюдении техники безопасности.
Эргономическое обеспечение проектирования включает следующие три основных описания, характеризующие СЧМ в их взаимосвязи и связи со средой: функциональное, морфологическое и информационное. Функциональное описание строится на основании критерия эффективности и целевой функции. Оно отражает процессы в системе на выходном уровне. Морфологическое описание отражает структурные свойства на уровне подсистем.
Информационное описание касается внутреннего и внешнего информационного обмена.
Существует три подхода к обеспечению эргономического проектирования. При механоцентрическом в основу положено инженерно-техническое проектирование с учетом в той или иной степени рекомендаций эргономики. Этот подход в настоящее время наиболее распространен, хотя его недостатки и бесперспективность очевидны. Антропоцентрический подход выражает противоположную точку зрения. Согласно этому подходу первоначально должна проектироваться деятельность человека, а затем технические средства ее реализации. Антропоцентрический подход является более прогрессивным. Однако его реализация в настоящее время затруднена по двум причинам. Во-первых, внедрение антропоцентрического подхода требует коренной перестройки уже существующей практики проектирования и, во-вторых, уровень развития самой теории проектирования еще недостаточно высок. Наиболее приемлемым и рациональным в настоящее время является равнокомпонентный подход, занимающий срединное положение между двумя вышеприведенными подходами, при котором человек и техника рассматриваются как равноправные подсистемы. Описание, исследование и проектирование их ведется с единых системных позиций путем использования сопоставимых (взаимосвязанных) показателей оценки.
Учет эргономических требований (ЭТ) в процессе проектирования проводится не только при различных методических, но и практических подходах (инженерное, технологическое, архитектурно-строительное, художественно-конструкторское, организационное, социальное эргономическое проектирование и т. п.).
2. Основные принципы эргономического обеспечения
Эргономическое проектирование
В настоящее время при исследовании, описании и проектировании СЧМ могут использоваться четыре общих методологических принципа: функциональный, структурный, структурно-функциональный и системный. Сущность функционального принципа сводится к выделению структуры объекта как некоторого инварианта с последующим функциональным описанием этой структуры. В структурном принципе, напротив, основную нагрузку несет понятие структуры, а функциональная сущность ее компонентов выступает в качестве одной из исходных предпосылок. При структурно-функциональном подходе проектируют не элементы объекта и не систему в целом, а расчлененную систему в статике. Системный подход заключается в том, что объект рассматривается с точки зрения наличия в нем действующих элементов. Конкретизацией такого подхода является выяснение формы или способа взаимодействия элементов, определяющих объект как целое. Таким образом, при системном подходе центральным звеном является система с такими элементами как структура, организация, связь, элемент и т. п.
Применительно к эргономическому обеспечению системный подход позволяет на одной основе (понятийной, критериальной) описать и проектировать взаимодействие человека с технической частью системы при равнокомпонентном представлении объекта как целостного образования системы человек — машина — среда. Такое очевидное расширение исходной понятийной базы дает определенные преимущества системному подходу и позволяет получить более обобщенное представление о целостности объекта.
Научно-методической основой и инструментом системы эргономического обеспечения является эргономическое проектирование, которое служит составной частью общего проектирования и направлено на создание таких средств, условий и процессов труда, которые обеспечивают повышение его производительности при сохранении здоровья и всестороннего развития личности.
Предметом эргономического проектирования являются процесс, средства и условия деятельности. Для проектирования взаимодействия человека с техническими средствами необходимо определить роль и место человека в системе, степень автоматизации и механизации, т. е. распределение функций между человеком и техникой; решить вопросы иерархии, структурного и функционального построения системы и отдельных рабочих мест, т. е. информационного обеспечения деятельности; учесть особенности пространственной компоновки, организации, конструкции рабочих мест, оборудования, инструмента, оргтехоснастки.
Результатом эргономического проектирования является эргономическое решение, которое представляет собой проект деятельности (профессиографическое описание деятельности на структурно-операционном уровне и пространственно-компоновочное решение рабочего места), выполненный при последовательной реализации эргономических требований с учетом специфики объекта проектирования.
Эргономическое проектирование представляет собой особый, но не изолированный аспект работы в общем процессе разработки. Обладая определенными особенностями, эргономическое проектирование вместе с тем подчиняется общим закономерностям и методам проектной деятельности, в частности общей схеме построения этапов проектных работ. Так, техническая схема изделия, разработанная инженером-конструктором, служит основой для эргономического моделирования, которое способно повлиять на пересмотр самой этой технической схемы, на объемно-пространственные характеристики изделия, на выбор тех или иных органов управления, средств отображения информации и т. д.
Эргономические предложения служат основой для дизайнерского решения (построения образа, композиции изделия, формирования его потребительских свойств), материализующего эргономические идеи. С другой стороны, дизайнерский замысел задает эргономисту-проектировщику направления в исследованиях и проектном поиске оптимальных эргономических решений. Общая характеристика эргономического проектирования позволяет определить его специфическую функцию как органической части целостного процесса проектирования СЧМ: эргономическое проектирование обусловливает приобретение СЧМ необходимых эргономических свойств, способствующих повышению эффективности деятельности человека и функционирования системы. Эргономическое проектирование реализуется как практическим приложением научных достижений эргономики, так и конкретными эргономическими исследованиями и проектными разработками, осуществляемыми в процессе проектирования объекта.
Эргономическому проектированию свойственно чередование неформальных процедур (интуитивных, творческих, эвристических) с формальными (расчетными, аналитическими, математическим моделированием). Это способствует рождению новых проектных идей и принятию нестандартных эргономических решений, учитывающих сложные, в большинстве своем неформализуемые, характеристики человека; доведению этих идей и решений до количественной оценки конкретных вариантов технических средств, параметров функционирования и т. п. Взаимозависимое использование методов эргономического проектирования технических средств, процесса и условий деятельности, а также методов разработки средств и способов формирования и поддержания квалификации и работоспособности операторов позволяет учитывать функциональные состояния человека и находить рациональные способы обеспечения его работоспособности.
Эргономическое проектирование расширяет диапазон системной оптимизации, позволяя находить целесообразные проектные решения по выбранным приоритетным критериям с учетом закономерностей деятельности человека, показателей его физического и психического состояния, а также технических, технологических, экономических, демографических и других ограничений.
Эргономическое обеспечение проектирования включает три взаимосвязанных и взаимообусловленных этапа: обоснование (разработку) Эргономических требований (ЭТ); реализацию ЭТ на стадии проектирования; оценку полноты и правильности реализации этих требований (эргономическая экспертиза и аттестация). Приведенные этапы обеспечивают решение общесистемных функций эргономического обеспечения.
Обладая определенной спецификой как по целям, так и по методам, данные этапы представляют собой единую организационную систему. В данном случае можно говорить об интеграции и дифференциации рекомендаций эргономики в проектной деятельности. При этом интеграция предусматривает наличие, а следовательно, и практическое внедрение единой системы эргономического обеспечения, а дифференциация — конкретные требования, подходы, методы, процедуры, учитывающие специфику разрабатываемых систем, видов проектирования, категорий потребителей эргономических знаний.
Структура эргономического проектирования соответствует логике и стадийности общесистемного проектирования, в ходе реализации которого происходит постепенное приближение к искомому варианту решения.
Решение задач эргономического проектирования организационно реализуется в ходе системотехнического и инженерно-конструкторского проектирования. Методическую основу решения указанных задач составляют собственно эргономические процедуры. В общем виде задача сводится к проектированию функций (степень автоматизации, распределение, морфология, иерархия, структура, кинетика системы и т. д.), деятельности (алгоритм, структура, напряженность, тяжесть труда человека-оператора), информации (потоки, языки взаимодействия, вид кодирования, объем, форма, модальность информации и т. п.), конструкции технических средств (выбор, пространственная организация, компоновка, конструкторско-технологические решения на уровне вариантов и конкретных схем и т. д.), рабочих мест и условий трудовой деятельности.
3. Классификация и структура эргономических требований (ЭТ)
Эргономическое обеспечение основывается на ЭТ, которые являются исходными при проведении проектной работы. Они определяются свойствами человека-оператора и устанавливаются с целью оптимизации его деятельности.
Под свойствами человека-оператора понимают его антропологические, психофизиологические, психологические и физиологические характеристики и возможности.
Имеет место следующая логическая последовательность:
свойства человека — ЭТ — свойства системы — качество системы — эффективность системы.
Эргономические требования должны предъявляться как к свойствам системы, так и к человеку. Сформулировать эти требования и реализовать их в высшей степени затруднительно, так как свойства человека более консервативны, чем свойства создаваемой системы, и кроме того, его свойства в данном случае являются первичными.
Свойства системы определяются структурными, функциональными, энергетическими и информационными взаимодействиями и отношениями и делятся на существенные и несущественные, общие и специфические, необходимые и случайные, внутренние и внешние, совместимые и несовместимые и т. д. ЭТ также многообразны и касаются всей совокупности свойств системы. Они должны учитываться на всех стадиях разработки и эксплуатации систем, в том числе и при обосновании технических заданий, проектировании, конструировании, изготовлении, испытании, эксплуатации, а также при проведении экспертизы и аттестации. Следует особо подчеркнуть необходимость учета ЭТ на самых ранних стадиях разработки, когда определяется общий облик, состав, структура и организация системы. При этом ЭТ должны учитываться не только при выборе компонентов системы, но и при определении композиции, иерархии, архитектоники, кинетики системы.
ЭТ делятся на общие и частные. Общие характерны для групп (класса) систем, частные — для конкретной системы, что обусловливается особенностями ее конструирования и эксплуатации.
Общие требования носят межотраслевой характер, являются в достаточной степени универсальными и могут быть представлены в ГОСТах, нормативной и справочной литературе. Частные ЭТ являются отраслевыми, а их конкретная реализация относится к проектируемой (конструируемой) системе. В ряде случаев при конструировании систем, являющихся типовыми, достаточно использовать общие требования, уточняемые на основе прототипов и аналогов. При конструировании специфических объектов в каждом отдельном случае необходима детализация, уточнение, корректировка общих и частных требований, поиск их оптимальных или рациональных значений исходя из характерных особенностей деятельности человека-оператора, назначения и условий применения (использования) системы, а также компромиссного характера процесса проектирования и конструирования.
Массив общих ЭТ зачастую не может в полной мере удовлетворить потребителя-конструктора по ряду причин. Использование ЭТ в проектной деятельности требует специальной эргономической подготовки, так как объем, форма, последовательность приведенных требований затрудняют оперативную работу с ними.
Вид и форма представления ЭТ в большей степени ориентированы на исследователя, а не на практика. Крайне затруднен перевод ЭТ на прагматический язык системотехника, формализованный — инженера, предметный — конструктора, технолога, образный — дизайнера, архитектора. На практике инженеру-конструктору либо другому проектанту для подбора необходимых ЭТ надо четко представлять весь массив информации и иметь опыт работы с ним. Обращение только к научно-технической документации (НТД), представленной в виде государственных и отраслевых стандартов, нормативных и руководящих материалов, не является достаточным. Требует определенного совершенствования и форма представления ЭТ в этих документах Целесообразно более широкое использование визуализации ЭТ, внедрение специальных картотек, каталожных карточек, наконец, классификации ЭТ.
В настоящее время предлагаются различные классификации ЭТ. Наиболее целесообразной является классификация ЭТ по иерархическому предметно-функциональному принципу (ГОСТ 20.39.108—85). Для ручных методов проектирования она является вполне приемлемой. Все ЭТ классифицируются по объектам их предъявления, функциональному назначению, структурному построению и информационному взаимодействию этих объектов. Установлены основные группы общих ЭТ к организации СЧМ, организации деятельности оператора, техническим средствам его деятельности.
Иерархическая классификация характеризуется тем, что каждое множество последовательно делится на взаимоисключающие подмножества (подклассы, классификационные группировки) по соответствующему одному основанию классификации (объекту предъявления), а каждое из этих подмножеств может таким же образом выступать как множество при последующем его делении по иерархическому методу классификации. Иерархической классификации присуща определенная стройность и законченность, однако оперирование с ней требует перебора большого объема информации при последовательном приближении к искомым данным. Это возможно при непосредственном участии квалифицированного потребителя эргономической информации.
Тенденции перехода на системы автоматизированного проектирования (САПР) во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в машиностроении, требуют перехода на более гибкие и формализованные классификации. С учетом вышеприведенного, предъявляются более строгие требования к структурированию, таксономической категоризации, тезаурусному обозначению ЭТ. В этой связи дополнительно к иерархическому предметно-функциональному принципу классификации может быть рекомендован фасетный принцип. Фасетная классификация характеризуется тем, что каждое множество (класс, объект классификации) делится на несколько групп подмножеств (подклассов, групп, классификационных группировок) по соответствующим нескольким признакам классификации, а каждое из выделенных подмножеств (подклассов), в свою очередь, может быть разделено по одному или нескольким признакам. Фасетный метод классификации предусматривает возможность независимого формирования множества (класса) из подмножеств (подклассов), выбираемых из нескольких предварительно построенных категориальных множеств (классов) или фасетов, соответствующих разным основаниям. Таким образом, организующие новую фасету подмножества получают дополнительные таксономические связи, образуя сетевые структуры либо классификационные группировки. Каждое из подмножеств может входить в несколько разных множеств более высокого уровня глубины классификации, т. е. являться подклассом нескольких разных фасет или повторяться в разных фасетах под разными синонимичными наименованиями в перечне координатного указателя. Координатный указатель представляет собой перечень дескрипторов — однозначных ключевых слов или кодов, обозначающих некоторые понятия, составленные из эквивалентных или близких по смыслу ключевых слов. Они используются для выражения центральной темы или центрального предмета при координатном индексировании документов (фактографических записей, файлов информации). Дескрипторные информационно-поисковые языки являются специализированными искусственными языками, позволяющими производить информационный поиск по любому, заранее не предусмотренному, сочетанию признаков. Для эффективного применения дескрипторных языков необходимо создание и использование информационно-поисковых тезаурусов — нормативных словарей-справочников, в которых выражены важнейшие тезаурусные отношения между понятиями и определяющими дескрипторами, описывающими каждое из определяемых понятий.
Существенным отличием фасетной классификации от иерархической является то, что классы (группы) таксонов заранее не перечисляются при индексировании имеющейся фактографической (документографической) информации исходя из решаемой эргономической задачи с учетом информационной потребности. При этом значительно расширяются границы информационного запроса, так как отсутствует необходимость в заранее расклассифицированных запросах, сориентированных на иерархические классификаторы.
Таким образом, можно сделать следующие выводы относительно классификации и структурного построения ЭТ.
Принятая в настоящее время иерархическая предметно-функциональная классификация требует определенного совершенствования, принимая во внимание дальнейшую детализацию (расширение объема) ЭТ и переход на САПР, в части дополнения существующей классификации фасетной, позволяющей более оперативно взаимодействовать с обширным информационным массивом. Для верхних ступеней классификации ЭТ приемлема четко фиксированная иерархическая структура, для более низких ступеней классификации система переходит на сетевые структуры. Следовательно, в основу классификации ЭТ должны быть положены основные (иерархические) и вспомогательные (фасетные и сетевые) тезаурусные связи структуры ЭТ.
Номенклатура основных эргономических требований и соответствующие нормативные документы
4. Распределение функций между человеком и машиной
Задачу распределения (согласования) функций между человеком и машиной нельзя решать только на основе инженерных подходов, тем более что ни один из них не обладает необходимой универсальностью и эффективностью. Должны учитываться общеметодологические соображения, касающиеся социальной функции человека как субъекта труда, и результаты эргономических, психологических и других исследований. Важно также не нарушать определенную целостность структуры деятельности человека. Обоснование рационального или оптимального варианта распределения функций должно во всех случаях, когда это возможно, опираться на результаты количественных оценок качества выполнения задач человеком и машиной, а также методы оценки влияния этого качества на эффективность системы в целом. Методы качественных оценок, опирающиеся на перечни преимуществ и ограничений человека и машины, обладают существенными недостатками: они слишком общие, не учитывают специфики взаимодействия человека с машиной, ограничений экономических и социальных факторов, а также вопросов мотивации деятельности человека. Наконец, они далеко не полностью охватывают имеющиеся временные и точностные параметры операций, выполняемых человеком.
Сопоставление возможностей человека и машины отражает в сущности один из наиболее главных принципов, используемых на практике при решении основной задачи эргономики — задачи распределения (согласования) функций в системе между человеком и машиной. Этот принцип с перечнем преимущественных возможностей (перечень Фитса) неоднократно подвергался уточнениям и дополнениям.
При попытках применять количественные методы обоснования такого или иного варианта распределения функций основные трудности возникают не столько из-за неразработанности формальных приемов оптимизации, сколько из-за отсутствия данных по некоторым важным параметрам СЧМ на ранних этапах проектирования, когда именно и следует решать задачу распределения функций.
В результате распределения функций между человеком и машиной могут быть получены исходные данные для обоснования объема информации и вида ее предъявления, а также для разработки информационных моделей, алгоритмов деятельности, программ для ЭВМ, критериев и методов профессионального отбора, программ, методов и средств профессиональной подготовки.
Исходными данными для выбора рационального варианта распределения функций являются назначение и задачи, решаемые СЧМ; условия функционирования системы (характеристика входной информации, продолжительность непрерывной работы и т. д.); общесистемные требования к СЧМ (эффективность, надежность, стоимость, сроки разработки, допустимое количество специалистов по управлению и т. д.); требования к задачам человека по управлению и обслуживанию системы.
Эргономические требования, предъявляемые к выбору варианта распределения функций между человеком и машиной, реализуются с учетом возможностей человека и машины для выполнения конкретных операций, соответствия загрузки человека его возможностям, ответственности человека за результаты работы системы, мотивации деятельности человека в системе.
В зависимости от назначения СЧМ (системы обнаружения, диспетчерские, слежения и связи) на человека могут быть возложены различные функции.
При выборе варианта распределения функций между человеком и машиной сначала определяют функции (задачи, операции, действия), которые должны выполняться человеком и машинными звеньями и ожидаемое качество выполнения их. Затем оценивают, как повлияет это качество на выходные характеристики системы (эффективность, производительность труда и т. д.), как скажется выбранный вариант распределения функций на психическом и физиологическом состояниях работающих людей. И наконец, решают, обеспечит ли этот вариант выполнение человеком принятых для него в данной системе социальных норм, касающихся ответственности за достижение целей деятельности, этики взаимоотношений между работающими людьми, права на риск и на творческое решение поставленных задач и т. п.; обеспечит ли выбранный вариант соблюдение заданных для данной системы ограничений по количеству специалистов, их квалификации, а также технической реализуемости проекта, стоимости системы и т. п.
Сравнительная характеристика возможностей человека и машины
Заключение
Эргономическое обеспечение создания и эксплуатации техники имеет целью придать ей свойства для наиболее эффективного функционирования системы человек — техника при минимальном расходе ресурсов человека (время профессиональной подготовки, вероятность профессиональных заболеваний или травм, уровень физиологического и психологического напряжения) и максимальной удовлетворенности содержанием труда. В прикладных эргономических исследованиях реализуется принцип — максимум внимания к человеку через конструкцию технического средства и формирование окружающей среды на производстве.
В процессе проектирования техники также обеспечивается наилучшая пригодность ее к техническому обслуживанию (досягаемость необходимых точек оборудования, встроенные испытательные устройства, цветовое кодирование кабелей, группировка точек испытаний и др.). Разработка на основе моделирования деятельности соответствующих специалистов требований к инструкциям по эксплуатации и обслуживанию техники, облегчающих ее освоение,— еще одна из задач специалистов в области эргономики.
Список литературы
1. Войненко В. М., Мунипов В. М. "Эргономические принципы конструирования". - К.: Тэхника, 1988. - 119с.
2. Мунипов В. М., Зинченко В. П. "Эргономика: человекоорентированное проектирование техники, программных средств и среды". - М.: Логос, 2001. - 356с.
3. Шеридан Т. Б., Феррел У. Р. "Системы человек-машина". - М.: Машиностроение, 1980 - 400с.
