CC BY
76
УДК 004.358 004.9
ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ ОПЕРАТОРОВ РУЧНОЙ
ДУГОВОЙ СВАРКИ (РДС)
Б.П. Грузинцев, А.В. Сас
ИЦ ПАРК «Профессионал», RCP@AWP «Professional»,
г. Москва, Россия Moskow, Russia
В данной статье приведены некоторые материалы теоретических и экспериментальных исследований характеристик операторов ручной дуговой сварки и предложен новый, базирующийся на элементах эргономики, подход существенного повышения эффективности подготовки высококвалифицированных операторов.
Ключевые слова: эргономические основы обучения; подготовка электросварщиков; технические средства обучения; профессиональный отбор; индивидуальный педагогический подход; идеомоторика.
Some results of theoretical and experimental research the characteristic of operators of manual arc welding are reviewed in this article.The new effective method aimed at increasing the efficiency of qualified operators training and also based on ergonomics elements is proposed.
Keywords: ergonomic principles of training; training of electrical welders; technical equipment of training; professional selection; individual pedagogical view; ideomotion.
В значительной мере конкурентоспособность, качество, надежность и безопасность продукции машиностроения зависит от эффективности одного из основных процессов изготовления металлоконструкций различного назначения - от эффективности сварочного производства.Особо важную роль качество сварных соединений имеет для конструкций узлов и агрегатов атомных станций, работающих в условиях радиоактивных, агрессивных сред, при высоких температурах и значительных статических и динамических нагрузках.
Одним из основных факторов, определяющих качество сварных соединений, является квалификация сварщиков. В современных экономических условиях заказчиками, особенно в атомной энергетике, востребованы в основном сварщики высокой квалификации. Однако, как показала практика, сварщики достигают высокой квалификации после 6-9-ти лет практической деятельности. [1] Причем, из числа получивших начальную профессиональную подготовку в ПТУ, высокой квалификации достигают лишь 7-10%.
Такое положение сложилось потому, что системы подготовки высококвалифицированных сварщиков, основанной на законах эргономики, не существует, а повышение квалификации происходит в результате практической деятельности случайным образом. При подготовке операторов РДС также не учитывается то, что не все операторы по своим психофизиологическим характеристикам способны достигнуть высокой квалификации. Однако, несмотря на то, что подходы к профессиональному отбору операторов РДС разработаны, [1] широкого распространения они не получили. Профессиональный отбор, как до начала обучения, так и при начальной подготовке сварщиков, не проводится.
Для высококачественной сварки ответственных изделий от оператора требуется с высокой точностью поддерживать ряд технологических параметров: длину дуги, скорость сварки, скорость подачи проволоки (электрода) и другие; а также корректировать их, в том числе траекторию перемещения конца электрода в зависимости от изменяющихся условий: изменения пространственного положения свариваемого стыка, его разделки, толщины и марки свариваемого металла, диаметра и марки электрода и других.
Большой объем перечисленной информации является одной из основных причин длительного срока формирования профессиональных навыков у сварщиков, а также того, что не всем операторам удается достичь высокой квалификации.
Анализ литературных данных [2, 3] и др. показал, что при профессиональном отборе и подготовке операторов ручного управления летательными, надводными, подводными и другими техническими устройствами, используются методические разработки психологов, физиологов и эргономистов. Их рекомендации, учитывая оптимальное использование зрительного, слухового и проприрецептивного (мышечного чувства) анализаторов, включают подбор специальных упражнений, выполняемых на тренажерах и на реальном объекте управления, их дозировку, обоснование временных промежутков между упражнениями. Это позволило на научной основе производить профессиональный отбор кандидатов, способных освоить данную специальность, и быстро и эффективно обучать их до высокой квалификации.
Учитывая, что деятельность операторов РДС и деятельность летчиков, водителей и т.д. принципиально отличаются работой зрения, слуха и моторного выхода, авторами [4, 5, 6] были проведены исследования взаимодействия оператора-сварщика с процессом дуговой сварки и разработана математическая модель трудовой деятельности оператора РДС.
Было установлено, что качество его работы существенным образом зависит от изменения порога чувствительности зрения. [4] При этом учитывалось, что до 90% информации о состоянии объекта управления [3] поступает к оператору от зрительного анализатора (ЗА), а 10% - от слухового анализатора (СА). Причем, работоспособность ЗА существенным образом зависит от динамических характеристик нагрузки. Наиболее утомительным для зрения является статический режим. [7] Этот факт был подтвержден экспериментально. [8] Поэтому, установка наблюдения только за длиной дуги, которая используется при начальном обучении, является сомнительной.
В то же время опрос операторов РДС разной квалификации [8] показал, что при слежении за качеством процесса они используют до восьми единиц информации в различных сочетаниях, и чем выше квалификация, тем чаще операторы использовали информацию от слухового анализатора. Следует отметить, [4] что утомляемость СА существенно меньше, чем ЗА. Были проведены эксперименты по определению утомляемости зрения в условиях реальной работы и установлено, что модель «зрительный анализатор - моторный выход» адекватно описывает взаимодействие оператора дуговой сварки с процессом в течение ограниченного промежутка времени.
Учитывая, что сварщики высокой квалификации обеспечивают качественное ведение процесса в течение всей смены, нами было сделано предположение, что оператор, получая зрительную информацию дискретно, в промежутках между получением этой информации поддерживает состояние технологического процесса в автоматическом режиме профессиональных движений.
Для проверки существования у сварщиков автоматических профессиональных движений, а также их связи с квалификацией, была проведена серия экспериментов. Сварщики выполняли наплавку электродом 0э=5 мм, используя стандартный щиток со
светонепроницаемым экраном и наушниками, то есть не получая от процесса сварки зрительной и слуховой информации. В первой серии экспериментов предварительно на поверхность металла мелом наносилась прямая линия. Затем сварщик устанавливал электрод над началом линии, опускал щиток и производил наплавку. Когда отклонение валика от заданной траектории превышало 2 мм, фиксировалось место отклонения и измерялась длина (Ь) без ошибки воспроизведенной траектории. Изменение скорости сварки и скорости подачи электрода приводило к изменению ширины ( ДЬ ) наплавленного валика. Поэтому величину ДЬ использовали для оценки сформированности навыка сохранения постоянной скорости сварки и скорости подачи проволоки.
Сравнительный анализ показал, что чем выше квалификация (разряд) сварщика, тем лучше у него сформированы навыки автоматических профессиональных движений. Так, у 9-ти (из 10-ти) сварщиков 6-го разряда Ь превышала 150 мм, а ДЬ = 0,5 — 1,5 мм . В группе из 10 человек 4^5 разряда только у одного Ь превысило 150мм, а разброс ДЬ увеличился до 2,5 мм. В группе сварщиков 3-го разряда (21 человек) Ь колебалась в основном от 40 до 80 мм, а ДЬ достигало 5 мм.
Учитывая, что в реальных условиях сварщикам, особенно высокой квалификации, приходится сваривать стыки в различных пространственных положениях и траекториях, во второй серии экспериментов сварщики 4^6 разрядов осуществляли наплавку без использования зрения и слуха по окружности 0э = 65 мм. Из результатов эксперимента видно, что и в этом случае с ростом квалификации возрастает длина безошибочно воспроизводимой траектории.
Таким образом, проведенные эксперименты подтвердили наше предположение о том, что чем выше квалификация, тем лучше сформированы навыки профессиональных рабочих движений. Следовательно, формирование автоматизма рабочих движений должно быть основой подготовки сварщиков, а численные характеристики автоматических рабочих движений необходимо использовать при оценке их текущей квалификации. Наличие автоматических рабочих движений обеспечивает стабильность технологических параметров и, как результат, стабильность зрительной и слуховой информации о состоянии процесса, что облегчает запоминание зрительных и слуховых эталонов. В свою очередь, наличие эталонов информации о качестве сварки позволяет быстрее обрабатывать информацию о состоянии объекта. Обобщая вышеизложенное, отметим, что автоматизм профессиональных рабочих движений является системообразующим фактором становления и роста квалификации операторов РДС.
Одной из основных задач при подготовке высококвалифицированных сварщиков является запоминание ими эталонов информации, соответствующих различным технологическим ситуациям. Способы и приемы формирования эталонов зависят, как от общих свойств памяти, так и от индивидуальных способностей обучаемого.
Запоминание эталона происходит в несколько этапов. Вначале вся информация поступает в оперативную память (ОП). Непосредственное запоминание - это как бы моментальная фотография объектов, воздействующих на органы чувств. Длительность хранения оперативной информации, в зависимости от условий и характера запоминаемой информации, лежит в пределах от нескольких секунд до нескольких минут. Оператор иногда допускает ошибки не потому, что не запомнил необходимую, а потому что не забыл использованную информацию. Такие ошибки особенно характерны для начинающих операторов с неустойчивыми профессиональными навыками, с плохо сформированными эталонами зрительной и другой информации о
состоянии объекта (техпроцесса сварки) и с плохо сформированными навыками профессиональных рабочих движений.
Когда со времени поступления информации в оперативную память проходит более 30 минут, часть этой информации переводится в долговременную память. Важным условием такого перехода, а также условием сохранения информации в долговременной памяти является периодическое повторение операций, сопровождающихся теми зрительными и слуховыми эталонами и профессиональными рабочими движениями, которые желательно запомнить. Поэтому существенное влияние на скорость и качество формирования у сварщиков профессиональных навыков оказывает количество и тип повторяемых упражнений, их длительность, промежутки времени между упражнениями и занятиями и т.п. Причем, выбор конкретных значений этих параметров зависит в значительной мере от индивидуальных характеристик обучаемого.
Проведенные исследования информационных характеристик дуговой сварки, контура регулирования длины дуги и другие исследования, учет свойств анализаторных систем и памяти легли в основу модельного представления о дуговой сварке, как о единой системе: «объект управления (дуговая сварка) - анализаторы -программный блок - моторный выход». [5]
Развитие скрытых адаптационных возможностей операторов РДС представляется одной из сложнейших задач современной прикладной педагогики. Имеющийся опыт, как отмечалось выше, является в основном эмпирическим и не базируется на результатах комплексных научных исследований. При подготовке операторов РДС также фактически не применяются технические средства обучения (тренажеры). В то же время, уже сегодня появилась необходимость создания единой теоретической основы подготовки операторов РДС с использованием современных технических средств.
Проведенные исследования позволили нам разработать методику поэтапной подготовки сварщиков с использованием технических средств обучения (Рисунок 1).
I Формирование профессионального навыка сварки горизонтальных швов.
1. Зажигание дуги.
2. Перемещение неплавящегося электрода (НЭ) вдоль стыка.
3. Перемещение НЭ вдоль прямолинейного стыка с поддержанием заданной длины дуги.
4. Перемещение НЭ вдоль траекторий различной кривизны с поддержанием заданной длины дуги.
5. Перемещение НЭ с заданной скоростью вдоль различных траекторий.
6. Повторение п.п. 1-5, но с плавящимся электродом.
7. Повторение п. 6 с ужесточением требований по точности с учетом индивидуальных _особенностей оператора._
II Формирование профессиональных навыков сварки наклонных швов (повторение п.п. 1-7).
III Формирование профессиональных навыков сварки вертикальных швов (повторение п.п.1-7).
IV Формирование профессиональных навыков сварки потолочных швов (повторение п.п. 1-7).
V Формирование профессиональных навыков сварки швов со сменой пространственного положения, в том числе кольцевых швов (повторение п.п. 1-7).
Рисунок 1 - Методика поэтапной подготовки операторов РДС
На основе этой методики составлялись индивидуальные планы для каждого обучающегося. Вначале, при формировании профессионального навыка, выполнялись имитационные упражнения на тренажере. А затем, с учетом индивидуального уровня
освоения конкретного навыка при имитации, на реальном процессе выполнялись упражнения, закрепляющие этот навык. В зависимости от прогресса в обучении планы корректировались. По данной методике была проведена профессиональная подготовка 30 операторов РДС. Их аттестация показала, что квалификация 12 операторов заметно превышала уровень 3-го разряда. Проведенный опрос этой группы выявил то, что все 12 операторов занимались тем или иным видом спорта.
Известно, [10] что в зависимости от уровня участия сознания, результаты труда операторов при внешней их схожести, будут существенно отличатся. Дело в том, что оптимальные варианты выполнения трудовых операций отрабатываются с помощью самых различных методов. Это дает возможность повышать квалификацию не стихийно, а сознательно.
К одной из разновидностей этих форм подготовки относится аутогенная психомышечная [11] и идеомоторная [12] тренировки автоматических профессиональных движений спортсменов. Аутогенная психомышечная тренировка преследует цель научить оператора сознательно корректировать автоматические профессиональные движения. Идеомоторная тренировка заключается в том, что обучающийся, прежде чем выполнить трудовую операцию, несколько раз повторяет ее мысленно, учитывая, ранее допущенные при выполнении такой операции, ошибки. По всей видимости навыки аутогенной психомышечной и идеомоторной тренировки были использованы 12-тью учениками при их обучении профессии оператора РДС.
В настоящее время, с учетом вышеизложенного, ведется корректировка методики поэтапной подготовки операторов РДС.
Литература
1. Черноусов В.А. Управление качеством сварочных работ в строительно-монтажном тресте. - Краснодар: Совет НТО, 1983. 52 с.
2. Меньшов А.И. Человек в системе управления летательными аппаратами. -М.: Машиностроение, 1976. 192 с.
3. Ломов Б.Ф. Человек и техника. - М.: Сов. радио, 1966. 464 с.
4. Стеклов О.И. Оценка качества регулирования дуговой сварки по модели контура «зрительный анализатор - моторный выход» / О.И. Стеклов, А.В. Сас, Б.П. Грузинцев. - М. : МИНГ им. И М. Губкина, 1989. С. 14-20.
5. Сас А.В. Модельное представление деятельности оператора при ручной дуговой сварке / А.В. Сас, Б.П. Грузинцев, В.А. Парахин // Труды МВТУ. 1985. № 234. С. 41-51.
6. Сас А.В. Повышение эффективности управления при механической и ручной сварке. // Сварочное производство. 1996. № 9. С.27-29.
7. Парахин В.А. Эргономические требования к системе «электросварщик -ручная дуговая сварка» / В.А. Парахин, Б.П. Грузинцев // Труды МВТУ. 1980. № 337. С.38-42.
8. Сас А.В. Информационно-измерительные системы в управлении сварочным производством / Сас А.В., Чернов А.В. - Новочеркасск: Известия ВУЗов. Машиностроение, 2008. С.147.
9. Василец В.М. Анализ адаптивных свойств оператора в ручной системе управления при выполнении операции слежения // Научные чтения по авиации и космонавтике. - М. : Машиностроение, 1981. С.323-324.
10. Нойман Й. Организация труда. Психофизиологические проблемы контроля и управления / Нойман Й., Тимпе К-П. - М.: Экономика, 1975. С.104.
11. Белкин А.А. Идеомоторная подготовка в спорте. - М.: Физкультура и спорт, 1983. С.128.
12. Дубровский В.И. Реабилитация в спорте. М.: Физкультура и спорт, 1991. С.
203.
Грузинцев Борис Петрович - начальник отдела ИЦ ПАРК «Профессионал» г. Москва. E-mail: [email protected]
Сас Анатолий Васильевич - д.т.н., профессор, руководитель ИЦ ПАРК «Профессионал» г. Москва. E-mail: [email protected]
Gruzintsev Boris P. - the head of department of the RC P@AWP «Professional», Moskow. E-mail: [email protected]
Sas Anatolii B. - Doctor of Technical Science, Professor, the head of the RC P@AWP «Professional», Moskow. E-mail: [email protected]
