Комплексный подход к проектированию рабочих станций

В эргономике проектирование рабочих мест является важнейшей задачей. Существует общее мнение, что в любой рабочей среде, будь то рабочие или белые воротнички, хорошо спроектированное рабочее место способствует не только здоровью и благополучию работников, но также производительности и качеству продукции. И наоборот, плохо спроектированное рабочее место может вызвать или способствовать развитию жалоб на здоровье или хронических профессиональных заболеваний, а также проблем с поддержанием качества продукции и производительности на заданном уровне.

Каждому эргономисту приведенное выше утверждение может показаться тривиальным. Кроме того, каждый эргономист признает, что рабочая жизнь во всем мире полна не только эргономических недостатков, но и вопиющих нарушений основных эргономических принципов. Совершенно очевидно, что среди ответственных лиц: инженеров-технологов, супервайзеров и менеджеров широко распространено непонимание важности дизайна рабочего места.

Следует отметить, что существует международная тенденция в отношении промышленных работ, которая, казалось бы, подчеркивает важность эргономических факторов: растущий спрос на улучшенное качество продукции, гибкость и точность доставки продукции. Эти требования несовместимы с консервативным взглядом на устройство труда и рабочих мест.

Хотя в настоящем контексте основное внимание уделяется физическим факторам проектирования рабочего места, следует иметь в виду, что на практике физическое проектирование рабочего места не может быть отделено от организации работы. Этот принцип станет очевидным в процессе проектирования, описанном ниже. Качество конечного результата процесса зависит от трех опор: эргономических знаний, интеграции с требованиями производительности и качества и участия. процесс реализации новой рабочей станции должна соответствовать этой интеграции, и это основное внимание в этой статье.

Конструктивные соображения

Рабочие места предназначены для работы. Следует признать, что отправной точкой в ​​процессе проектирования рабочей станции является достижение определенной производственной цели. Дизайнер — часто инженер-технолог или другой человек среднего управленческого звена — разрабатывает внутреннее видение рабочего места и начинает реализовывать это видение с помощью своих средств планирования. Процесс повторяющийся: от грубой первой попытки решения постепенно становятся все более и более совершенными. Крайне важно, чтобы эргономические аспекты учитывались в каждой итерации по мере продвижения работы.

Следует отметить, что Эргономичный дизайн рабочих мест тесно связано с эргономическая оценка рабочих станций. На самом деле структура, которой следует придерживаться здесь, в равной степени применима к случаям, когда рабочая станция уже существует или находится на стадии планирования.

В процессе проектирования необходима структура, обеспечивающая учет всех соответствующих аспектов. Традиционный способ справиться с этим — использовать контрольные списки, содержащие ряд тех переменных, которые следует принимать во внимание. Однако контрольные списки общего назначения, как правило, объемны и сложны в использовании, поскольку в конкретной ситуации проектирования может быть уместна только часть контрольного списка. Кроме того, в практической ситуации проектирования некоторые переменные выделяются как более важные, чем другие. Требуется методология для совместного рассмотрения этих факторов в проектной ситуации. Такая методика будет предложена в данной статье.

Рекомендации по проектированию рабочих станций должны основываться на соответствующем наборе требований. Следует отметить, что, как правило, недостаточно учитывать пороговые предельные значения для отдельных переменных. Признанная комбинированная цель производительности и сохранения здоровья требует более амбициозных целей, чем в традиционной ситуации проектирования. В частности, проблемы опорно-двигательного аппарата являются важным аспектом во многих производственных ситуациях, хотя эта категория проблем никоим образом не ограничивается производственной средой.

Процесс проектирования рабочей станции

Шаги в процессе

В процессе проектирования и внедрения рабочей станции всегда существует первоначальная необходимость информировать пользователей и организовать проект таким образом, чтобы обеспечить полное участие пользователей и повысить вероятность полного принятия сотрудниками конечного результата. Рассмотрение этой цели не входит в рамки настоящего трактата, который концентрируется на проблеме получения оптимального решения для физического проектирования рабочей станции, но, тем не менее, процесс проектирования позволяет интегрировать такую ​​цель. В этом процессе всегда следует учитывать следующие шаги:

1. сбор заданных пользователем требований
2. приоритизация требований
3. перевод требований в (а) технические спецификации и (б) спецификации в терминах пользователя
4. итеративная разработка физической компоновки рабочей станции
5. физическая реализация
6. испытательный срок изготовления
7. полное производство
8. оценка и выявление проблем с отдыхом.

Основное внимание здесь уделяется шагам с первого по пятый. Во многих случаях только часть всех этих шагов фактически включается в проектирование рабочих станций. Для этого могут быть разные причины. Если рабочая станция представляет собой стандартную конструкцию, например, в некоторых рабочих ситуациях с УВО, некоторые этапы могут быть должным образом исключены. Однако в большинстве случаев исключение некоторых из перечисленных шагов приведет к тому, что качество рабочей станции будет ниже того, которое можно считать приемлемым. Это может быть случай, когда экономические или временные ограничения слишком серьезны, или когда имеет место явное пренебрежение из-за отсутствия знаний или понимания на уровне руководства.

Сбор пользовательских требований

Важно идентифицировать пользователя рабочего места как любого члена производственной организации, который может внести квалифицированный вклад в его проектирование. В число пользователей могут входить, например, рабочие, контролеры, планировщики производства и инженеры-технологи, а также ответственный за технику безопасности. Опыт ясно показывает, что все эти участники обладают своими уникальными знаниями, которые следует использовать в процессе.

Сбор заданных пользователем требований должен соответствовать ряду критериев:

1. Открытость. На начальном этапе процесса фильтр не должен применяться. Все точки зрения должны быть отмечены без озвученной критики.
2. Недопущение дискриминации. На этом этапе процесса точки зрения из каждой категории должны рассматриваться одинаково. Особое внимание следует уделить тому факту, что некоторые лица могут быть более откровенными, чем другие, и что существует риск того, что они могут заставить замолчать некоторых других участников.
3. Развитие через диалог. Должна быть возможность корректировать и развивать требования посредством диалога между участниками разного происхождения. Расстановку приоритетов следует рассматривать как часть процесса.
4. Гибкость. Процесс сбора заданных пользователем требований должен быть достаточно экономичным и не требовать привлечения специалистов-консультантов или значительных временных затрат со стороны участников.

Вышеуказанному набору критериев можно соответствовать, используя методологию, основанную на развертывание функции качества (QFD) по Sullivan (1986). Здесь запросы пользователей могут быть собраны в сеансе, в котором присутствует смешанная группа действующих лиц (не более восьми-десяти человек). Всем участникам выдается блокнот со съемными самоклеящимися записями. Их просят записать все требования на рабочем месте, которые они считают важными, каждое на отдельном листе бумаги. Должны быть охвачены аспекты, касающиеся рабочей среды и безопасности, производительности и качества. Эта деятельность может продолжаться столько, сколько необходимо, обычно от десяти до пятнадцати минут. После этого сеанса одного за другим участников просят зачитать свои требования и прикрепить записи на доске в комнате, где их могут видеть все члены группы. Требования сгруппированы в естественные категории, такие как освещение, подъемные приспособления, производственное оборудование, требования к достижению и требования к гибкости. После завершения раунда группе предоставляется возможность обсудить и прокомментировать набор требований, по одной категории за раз, с учетом актуальности и приоритета.

Набор определяемых пользователем требований, собранных в процессе, подобном описанному выше, формирует одну из основ для разработки спецификации требований. Дополнительная информация в процессе может быть предоставлена ​​другими категориями участников, например, дизайнерами продуктов, инженерами по качеству или экономистами; однако крайне важно осознавать потенциальный вклад, который пользователи могут внести в этом контексте.

Приоритизация и спецификация спроса

Что касается процесса спецификации, важно учитывать различные типы требований в соответствии с их значимостью; в противном случае все аспекты, которые были приняты во внимание, придется рассматривать параллельно, что может сделать проектную ситуацию сложной и трудной для обработки. Вот почему контрольные списки, которые должны быть тщательно продуманы, если они служат цели, как правило, трудны в управлении в конкретной ситуации проектирования.

Может быть трудно разработать схему приоритетов, которая одинаково хорошо обслуживала бы все типы рабочих станций. Однако если исходить из того, что ручное обращение с материалами, инструментами или изделиями является важным аспектом работы, выполняемой на рабочем месте, существует высокая вероятность того, что аспекты, связанные с нагрузкой на опорно-двигательный аппарат, будут находиться в верхней части списка приоритетов. Справедливость этого допущения может быть проверена на этапе процесса сбора запросов пользователей. Соответствующие требования пользователя могут быть, например, связаны с мышечным напряжением и усталостью, досягаемостью, видимостью или простотой манипулирования.

Важно понимать, что может оказаться невозможным преобразовать все заданные пользователем требования в технические спецификации требований. Хотя такие требования могут относиться к более тонким аспектам, таким как комфорт, они, тем не менее, могут иметь большое значение и должны учитываться в процессе.

Скелетно-мышечные переменные нагрузки

В соответствии с приведенными выше рассуждениями мы применим здесь мнение о том, что существует набор основных эргономических переменных, относящихся к скелетно-мышечной нагрузке, которые необходимо учитывать в качестве приоритета в процессе проектирования, чтобы исключить риск заболевания опорно-двигательного аппарата, связанные с работой (WRMD). Этот вид расстройства представляет собой болевой синдром, локализующийся в опорно-двигательном аппарате, который развивается в течение длительных периодов времени в результате повторяющихся нагрузок на ту или иную часть тела (Putz-Anderson 1988). Существенными переменными являются (например, Corlett 1988):

• потребность в мышечной силе

• потребность в рабочей позе

• требование времени.

В отношении мышечная сила, установление критериев может быть основано на сочетании биомеханических, физиологических и психологических факторов. Это переменная, которая вводится в действие посредством измерения потребности в выходной силе с точки зрения массы рукоятки или требуемой силы, скажем, для работы рукояток. Кроме того, возможно, придется учитывать пиковые нагрузки в связи с высокодинамичной работой.

Рабочая поза требования могут быть оценены путем картирования (а) ситуаций, когда структуры суставов растянуты за пределы естественного диапазона движений, и (б) определенных особенно неудобных ситуаций, таких как положение на коленях, скручивание или наклон, или работа с рукой, поднятой над плечом уровень.

Время требует может быть оценена на основе сопоставления (а) короткоцикловой, повторяющейся работы и (б) статической работы. Следует отметить, что оценка статической работы может касаться не только поддержания рабочей позы или создания постоянной выходной силы в течение длительных периодов времени; с точки зрения стабилизирующих мышц, особенно в плечевом суставе, внешне динамичная работа может иметь статический характер. Таким образом, может возникнуть необходимость рассмотреть длительные периоды совместной мобилизации.

Приемлемость ситуации, конечно, на практике основана на требованиях к той части тела, которая испытывает наибольшее напряжение.

Важно отметить, что эти переменные следует рассматривать не по отдельности, а вместе. Например, высокие требования к силе могут быть приемлемыми, если они возникают лишь изредка; поднятие руки выше уровня плеча время от времени обычно не является фактором риска. Но необходимо учитывать комбинации таких основных переменных. Это, как правило, затрудняет и усложняет установление критериев.

В Пересмотренное уравнение NIOSH для проектирования и оценки задач ручной обработки. (Waters et al. 1993), эта проблема решается путем составления уравнения для рекомендуемых предельных значений веса, которое учитывает следующие опосредующие факторы: горизонтальное расстояние, вертикальную высоту подъема, асимметрию подъема, соединение рукоятки и частоту подъема. Таким образом, допустимый предел нагрузки в 23 кг, основанный на биомеханических, физиологических и психологических критериях в идеальных условиях, может быть существенно изменен с учетом специфики рабочей ситуации. Уравнение NIOSH обеспечивает основу для оценки работы и рабочих мест, связанных с подъемными работами. Однако существуют серьезные ограничения в отношении применимости уравнения NIOSH: например, можно анализировать только подъемы двумя руками; научные данные для анализа подъемов одной рукой все еще неубедительны. Это иллюстрирует проблему применения научных данных исключительно в качестве основы для работы и проектирования рабочих мест: на практике научные данные должны быть объединены с образованными взглядами лиц, имеющих прямой или косвенный опыт рассматриваемого вида работы.

Модель куба

Эргономическая оценка рабочих мест с учетом сложного набора переменных, которые необходимо учитывать, является в значительной степени коммуникационной проблемой. На основе обсуждения приоритетов, описанного выше, была разработана кубическая модель для эргономической оценки рабочих мест (Kadefors, 1993). Здесь главная цель состояла в том, чтобы разработать дидактический инструмент для коммуникативных целей, основанный на предположении, что выходная сила, поза и измерения времени в подавляющем большинстве ситуаций представляют собой взаимосвязанные, приоритетные базовые переменные.

Известно, что для каждой из основных переменных требования могут быть сгруппированы по степени серьезности. Здесь предлагается, чтобы такую ​​группировку можно было разделить на три класса: (1) низкие требования(2) средние требования или (3) высокие требования. Уровни спроса могут быть установлены либо с использованием любых доступных научных данных, либо путем принятия согласованного подхода с группой пользователей. Эти две альтернативы, конечно, не исключают друг друга и вполне могут привести к сходным результатам, но, возможно, с разной степенью общности.

Как отмечалось выше, сочетание основных переменных в значительной степени определяет уровень риска в отношении развития скелетно-мышечных жалоб и кумулятивных травматических расстройств. Например, высокие требования по времени могут сделать рабочую ситуацию неприемлемой в тех случаях, когда существуют требования как минимум среднего уровня в отношении силы и осанки. При проектировании и оценке рабочих мест важно, чтобы наиболее важные переменные учитывались совместно. Здесь модель куба для таких целей оценки предлагается. Основные переменные — сила, поза и время — составляют три оси куба. Для каждой комбинации требований может быть определен подкуб; всего модель включает 27 таких подкубов (см. рис. 1).

Рисунок 1. «Модель куба» для оценки эргономики. Каждый куб представляет собой комбинацию требований, касающихся силы, позы и времени. Свет: приемлемая комбинация; серый: условно приемлемый; черный: неприемлемо

Существенным аспектом модели является степень приемлемости комбинаций спроса. В модели для приемлемости предлагается трехзонная классификационная схема: (1) ситуация приемлемый, (2) ситуация условно приемлемый или (3) ситуация неприемлемый. В дидактических целях каждому субкубу можно придать определенную текстуру или цвет (скажем, зелено-желто-красный). Опять же, оценка может быть основана на пользователях или на научных данных. Условно приемлемая (желтая) зона означает, что «существует риск заболевания или травмы, которым нельзя пренебречь, для всего или части рассматриваемого контингента операторов» (CEN 1994).

Для развития этого подхода полезно рассмотреть случай: оценка нагрузки на плечо при погрузочно-разгрузочных работах одной рукой в ​​умеренном темпе. Это хороший пример, так как в такой ситуации обычно плечевые структуры испытывают наибольшую нагрузку.

Что касается переменной силы, классификация в этом случае может основываться на массе рукоятки. Здесь, низкая потребность в силе определяется как уровень ниже 10% максимальной произвольной грузоподъемности (MVLC), которая составляет примерно 1.6 кг в оптимальной рабочей зоне. Высокая потребность в силе требуется более 30% MVLC, примерно 4.8 кг. Потребность в средней силе попадает между этими пределами. Низкая постуральная нагрузка это когда плечо близко к грудной клетке. Высокая постуральная нагрузка когда угол отведения или сгибания плечевой кости превышает 45°. Среднее постуральное напряжение когда угол отведения/сгибания составляет от 15° до 45°. Низкий спрос на время это когда обработка занимает менее одного часа в рабочий день с перерывами или непрерывно в течение менее 10 минут в день. Высокий спрос на время когда обработка происходит более четырех часов в течение рабочего дня или непрерывно в течение более 30 минут (постоянно или повторно). Среднесрочный спрос когда экспозиция попадает в эти пределы.

На рисунке 1 комбинациям требований присвоены степени приемлемости. Например, видно, что высокие требования времени могут сочетаться только с комбинированными низкими требованиями к силе и позе. Переход от неприемлемого к приемлемому может быть предпринят за счет снижения требований в любом измерении, но во многих случаях наиболее эффективным способом является сокращение требований по времени. Иными словами, в одних случаях следует изменить дизайн рабочего места, в других эффективнее изменить организацию труда.

Использование консенсусной панели с группой пользователей для определения уровней требований и классификации степени приемлемости может значительно улучшить процесс проектирования рабочих станций, как рассматривается ниже.

Дополнительные переменные

Кроме основных переменных, рассмотренных выше, необходимо учитывать набор переменных и факторов, характеризующих рабочее место с точки зрения эргономики, в зависимости от конкретных условий анализируемой ситуации. Они включают:

• меры предосторожности для снижения риска несчастных случаев

• специфические факторы окружающей среды, такие как шум, освещение и вентиляция

• воздействие климатических факторов

• воздействие вибрации (от ручных инструментов или всего тела)

• легкость удовлетворения требований производительности и качества.

В значительной степени эти факторы можно рассматривать по отдельности; следовательно, подход контрольного списка может быть полезен. Grandjean (1988) в своем учебнике освещает существенные аспекты, которые обычно необходимо принимать во внимание в этом контексте. Konz (1990) в своих рекомендациях по организации и проектированию рабочих мест предлагает ряд основных вопросов, посвященных взаимодействию между рабочими и машинами в производственных системах.

В процессе проектирования, описанном здесь, контрольный список следует читать вместе с указанными пользователем требованиями.

Пример проектирования рабочей станции: ручная сварка

В качестве иллюстративного (гипотетического) примера здесь описан процесс проектирования, ведущий к созданию рабочей станции для ручной сварки (Сундин и др., 1994). Сварка — это деятельность, часто сочетающая высокие требования к мускульной силе с высокими требованиями к ручной точности. Работа имеет статичный характер. Сварщик часто занимается исключительно сваркой. Среда сварочных работ, как правило, неблагоприятная, с сочетанием высокого уровня шума, сварочного дыма и оптического излучения.

Задача заключалась в разработке рабочего места для ручной сварки MIG (металл в среде инертного газа) изделий средних размеров (до 300 кг) в условиях цеха. Рабочая станция должна была быть гибкой, поскольку нужно было производить множество объектов. Были высокие требования к производительности и качеству.

Процесс QFD был выполнен для того, чтобы предоставить набор требований к рабочей станции с точки зрения пользователя. Были привлечены сварщики, технологи и конструкторы изделий. Требования пользователей, которые здесь не перечислены, охватывают широкий спектр аспектов, включая эргономику, безопасность, производительность и качество.

Используя подход с использованием модели куба, группа консенсусом определила пределы между высокой, средней и низкой нагрузкой:

1. Силовая переменная. Масса груза менее 1 кг считается низкой нагрузкой, а более 3 кг считается высокой нагрузкой.
2. Переменная постурального напряжения. Рабочие положения, предполагающие высокую нагрузку, включают в себя положения с поднятыми руками, скрученные или глубоко согнутые вперед положения и положения на коленях, а также включают ситуации, когда запястье удерживается в крайнем сгибании/разгибании или отклонении. Низкое напряжение возникает, когда осанка прямая, стоя или сидя, и когда руки находятся в оптимальных рабочих зонах.
3. Переменная времени. Менее 10% рабочего времени, посвященного сварке, считается низким спросом, тогда как более 40% всего рабочего времени считается высоким спросом. Средние требования возникают, когда переменная попадает в пределы, указанные выше, или когда ситуация неясна.

Из оценки с использованием кубической модели (рис. 1) стало ясно, что высокие требования времени не могут быть приняты, если одновременно существуют высокие или умеренные требования с точки зрения силы и постурального напряжения. Чтобы снизить эти требования, было сочтено необходимым механизированное перемещение объектов и подвеска инструментов. Вокруг этого вывода сложился консенсус. С помощью простой программы автоматизированного проектирования (САПР) (ROOMER) была создана библиотека оборудования. Различные макеты рабочих мест могут быть очень легко разработаны и изменены в тесном взаимодействии с пользователями. Этот подход к проектированию имеет значительные преимущества по сравнению с простым рассмотрением планов. Это дает пользователю немедленное представление о том, как может выглядеть предполагаемое рабочее место.

Рис. 2. CAD-версия рабочей станции для ручной сварки, полученная в процессе проектирования

На рис. 2 показано сварочное рабочее место, полученное с помощью CAD-системы. Это рабочее место, которое снижает требования к силе и осанке и отвечает почти всем оставшимся требованиям пользователя.

Рис. 3. Сварочное рабочее место реализовано

По результатам первых этапов процесса проектирования было реализовано сварочное рабочее место (рис. 3). Активы этого рабочего места включают в себя:

1. Работа в оптимизированной зоне облегчается с помощью компьютеризированного манипулятора для сварочных объектов. Для транспортировки имеется подвесной подъемник. В качестве альтернативы поставляется сбалансированное подъемное устройство для облегчения перемещения объекта.
2. Сварочная горелка и шлифовальный станок подвешены, что снижает требования к усилию. Их можно расположить в любом месте вокруг объекта сварки. Сварочное кресло поставляется.
3. Все носители идут сверху, а это значит, что на полу нет кабелей.
4. Рабочее место имеет освещение на трех уровнях: общее, рабочее и технологическое. Освещение рабочего места происходит от пандусов над стеновыми элементами. Технологическое освещение встроено в рукав вентиляции сварочного дыма.
5. Рабочее место имеет вентиляцию на трех уровнях: общая вытесняющая вентиляция, вентиляция рабочего места с помощью подвижного кронштейна и встроенная вентиляция сварочной горелки MIG. Вентиляция рабочего места управляется от сварочного пистолета.
6. С трех сторон рабочего места расположены шумопоглощающие стеновые элементы. Прозрачный сварочный занавес закрывает четвертую стену. Это позволяет сварщику быть в курсе того, что происходит в мастерской.

В реальной проектной ситуации может потребоваться компромисс различного рода из-за экономических, пространственных и других ограничений. Однако следует отметить, что лицензированных сварщиков трудно найти для сварочной промышленности во всем мире, и они требуют значительных инвестиций. Почти никто из сварщиков не выходит на пенсию в качестве активных сварщиков. Сохранение квалифицированного сварщика на работе выгодно для всех вовлеченных сторон: сварщика, компании и общества. Например, есть очень веские причины, по которым оборудование для перемещения и позиционирования объектов должно быть неотъемлемой частью многих сварочных рабочих мест.

Данные для проектирования рабочей станции

Чтобы иметь возможность правильно спроектировать рабочее место, может потребоваться обширный набор базовой информации. Такая информация включает в себя антропометрические данные о категориях пользователей, подъемную силу и другие данные о выходной силе мужского и женского населения, характеристики оптимальных рабочих зон и так далее. В настоящей статье даны ссылки на некоторые ключевые работы.

Наиболее полное изложение практически всех аспектов работы и проектирования рабочих станций, вероятно, по-прежнему содержится в учебнике Гранжана (1988). Информация по широкому кругу антропометрических аспектов, имеющих отношение к проектированию рабочих мест, представлена ​​Pheasant (1986). Большое количество биомеханических и антропометрических данных приводится Chaffin and Andersson (1984). Konz (1990) представил практическое руководство по проектированию рабочих станций, включающее множество полезных эмпирических правил. Критерии оценки для верхней конечности, особенно в отношении кумулятивных травматических нарушений, были представлены Putz-Anderson (1988). Модель оценки работы с ручными инструментами была дана Sperling et al. (1993). Что касается ручного подъема груза, Уотерс и его коллеги разработали пересмотренное уравнение NIOSH, обобщив существующие научные знания по этому вопросу (Уотерс и др., 1993). Спецификация функциональной антропометрии и оптимальных рабочих зон была представлена, например, Rebiffé, Zayana и Tarrière (1969) и Das и Grady (1983a, 1983b). Митал и Карвовски (1991) издали полезную книгу, в которой рассматриваются различные аспекты, касающиеся, в частности, проектирования промышленных рабочих мест.

Большой объем данных, необходимых для правильного проектирования рабочих мест с учетом всех соответствующих аспектов, обуславливает необходимость использования современных информационных технологий инженерами-технологами и другими ответственными лицами. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем станут доступны различные типы систем поддержки принятия решений, например, в форме систем, основанных на знаниях, или экспертных систем. Отчеты о таких разработках были представлены, например, DeGreve и Ayoub (1987), Laurig и Rombach (1989) и Pham и Onder (1992). Однако чрезвычайно сложной задачей является разработка системы, позволяющей конечному пользователю иметь легкий доступ ко всем соответствующим данным, необходимым в конкретной проектной ситуации.

Назад