CC BY
13
МЕТОДИКА АВТОМАТИЧЕСКОГО МЕХАНОХРОНОМЕТРАЖА ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Старший научный сотрудник П. И. Гуменвр, инженеры Р. С. Дадашев и В. С. Сапожников
Институт гигиены детей и подростков АМН СССР, Москва
Одним из важнейших методических приемов в физиологии груда является хронометраж (3. М. Золина, 1960; С. А. Косилов, 1960). Ценные данные, полученные этим методом, позволили характеризовать выполняемую работу на основе учета плотности работы. Проведение детального хронометража требует много труда и времени исследователя. Кроме того, обычный хронометраж не дает возможности получить точные данные, что выявляется особенно отчетливо при частом чередовании рабочих операций и периодов отдыха. С точки зрения учета нагрузки на организм при выполнении физической работы представляет большой интерес более точный учет времени, затрачиваемого на выполнение основных рабочих операций.
Мы предложили механохронометраж работы школьников в слесарных и столярных мастерских (П. И. Гуменер, Е. К. Глушкова, Р. Г. Са-пожникова, 1962). Сущность этого механохронометража заключается в изучении характеристики кривых, полученных при записи отдельных рабочих операций (например, опиловки, распиловки, рубки, строгании и т. д.) с последующей расшифровкой вида и продолжительности рабочих операций, зарегистрированных на ленте самописца, либо на пленке шлейфного осциллографа. Продолжительность каждой операции определяют путем измерения длины соответствующего участка на ленте с последующим пересчетом этой длины на единицы времени. Этот метод удобен во время наблюдения, но требует затраты значительного времени на обработку лент. Данные, полученные с помощью механохронометража, легли в основу разработки прибора для автоматического хронометража.
Для ряда наблюдений и исследований представляется достаточным учет лишь общего времени, связанного с выполнением различных рабочих операций, без уточнения продолжительности выполнения каждой из них. Поэтому мы считали целесообразным разработать автоматический механохронометраж, позволяющий разгрузить исследователя не только в момент наблюдения, но и после него.
Принцип действия прибора основан на различении периодов времени, связанных с ритмичной работой определенной характеристики и с неритмичной работой. Прибор состоит из датчика с усилителем, логической схемы, электронного коммутатора и счетного устройства (рис. 1). Он может работать от датчиков двух типов: датчика механо-граммы, представляющего собой омическую мостовую схему, преобразующую движения в суставах (например, в локтевом) в электрические сигналы (рис. 1, /), и тензометрического датчика усилий, преобразующего усилия в электрический сигнал (рис. 1, 2). Полученные с одного из датчиков сигналы, будучи усилены (рис. 1,3), поступают на вход логической части устройства, где преобразуются в отрицательные прямоугольные импульсы с помощью триггера Шмидта (рис. 1, 4), представляющего собой спусковую пороговую схему.
Отрицательные прямоугольные импульсы, снимаемые с одного выхода триггера Шмидта дифференцируются, давая отрицательный всплеск напряжения от переднего фронта прямоугольного импульса, и запускают триггер подсчета рабочего времени (рис. 1, 7). Положительные прямоугольные импульсы, снимаемые с другого выхода триггера Шмидта, тоже дифференцируются, давая отрицательный всплеск напряжения
от заднего фронта прямоугольного импульса, и запускают кипп-реле (рис. 1, 5) который выдает на выходе импульс стандартной длительности при каждом запуске.
Длительность импульса кипп-реле (Т) выбирают больше длительности интервала между двумя очередными рабочими движениями (т). В случае, когда длительность импульса кипп-реле окажется меньше указанного интервала (это бывает при непрерывной ритмичной работе), продифференцированный импульс от его заднего фронта не проходит через вентиль (рис. 1, б) на вход триггера подсчета прочего времени (рис. 1, 8). Если же длительность импульса кипп-реле окажется больше указанного интервала, что бывает при прекращении ритмичной работы, то отрицательный импульс от заднего фронта проходит через открытый вентиль на триггер.
Таким образом, логическая часть обеспечивает включение триггера подсчета рабочего времени при ритмичной работе, когда Т кипп-реле^ интервала, и включение триггера подсчет прочего времени при прекращении ритмичной работы, когда Т кипп-реле <т интервала.
В зависимости от того, какой из триггеров находится в возбужденном состоянии, отпирается вход одного из двух запертых каскадов усиления (электронного переключателя (рис. 1, 9, 10) и усиленное напряжение сети подсчитывается электросекундомером (рис. 1, 11,12). Срабатывание одного из триггеров вызывает гашение другого по второму раздельному входу, обеспечивая взаимное исключение. Применение электросекундомеров типа ПВ-53 Щ, подсчитывающих время с точностью до 0,01 сек. и коммутируемых электронно, обеспечило высокую точность учета времени.
Ввиду малой емкости электросекундомера (10 сек.) к выходу последнего подключен электромагнитный счетчик (рис. 1, 13, 14), подсчитывающий десятки секунд. Это обеспечивает длительный учет времени работы (до 7 часов при сохранении высокой точности). Для учета динамики работы к выходу электросекундомера подключают самописец Н-370, что позволяет вести длительное наблюдение с высокой точностью.
Прибор может быть также использован для синхронного учета физиологических функций и плотности работы в процессе деятельности путем записи на шлейф осциллографа отметок с электросекундомера (10 сек. работы).
Прибор без источников питания имеет габариты 37X37x22 см н вес 3 кг. Принципиальная схема прибора и источника питания представлена на рис. 2 и 3.
Использование прибора возможно в нескольких вариантах. В зависимости от задачи исследования прибор компонуют в единую установку с различными другими приборами.
1. Определение суммарной длительности ритмичной физической работы (для учета плотности работы). Применение автоматического хронометража с этой целью требует предварительного изучения всех рабочих операций, встречающихся при интересующей нас трудовой деятельности, и решения вопроса о том, доста-
матического механохронометража. 1 — датчик мехаиограммы; 2— датчик уси-лий; 3 — усилитель; 4— триггер Шмидта; 5 — кипп-реле; 6 — вентиль; 7 — триггер I; в —триггер 2; 9 — электронный коммутатор 1; 10 — электронный коммутатор 2; // —электросекундомер I; 12 — электросекундомер 2; /¿ — счетчик 1; 14 — счетчик 2.
1 Кипп-реле — спусковая схема с одним состоянием устойчивого равновесия.
♦ш
Рис. 2. Принципиальная схема прибора.
точно ли хорошо характеризует время выполнения основных рабочих операций учет процессов, связанных с ритмичными движениями конечностей. Мы считаем вполне оправданным применение этого метода для изучения труда учащихся в слесарных мастерских, когда основные операции связаны с ритмичными движениями (опиловка, распиловка, рубка и т. д.). Применение его возможно и при изучении работы слесаря-лекальщика, столяра, токаря1, обрабатывающего мелкие детали, и т. д. Однако автоматический хронометраж дает лишь приближенное представление о времени, связанном с выполнением физической работы у токаря, обрабатывающего детали средней тяжести, ибо время удержания груза, связанное со значительными статическими усилиями,
не учитывается прибором. Лрнбпр^ мпжрт 0ыть ^ш^пп^кяпдян__пля
точного хронометража^^личньцивидоа--д4шади1цеской работы и .шГу^-тывает статической^ работ^С
—Для х а ра кте рТГСтй к и динамики плотности работы производится регистрация отметок заполнення счетчика электросекундомера (ем кость 10 сек.) на самописце Н-370, пускаемого со скоростью 600 мм в час. Для определения плотности за определенные отрезки времени.
1 При применении двух датчиков на лучезапястный и локтевой суставы.
Рис. 3. Источник питания.
Рис. 4. Регистрация автоматического механохроно-метража на самописце для учета динамики плотности работы. I — линии отметки 10-секундных периодов работы; 2 — линия отметки времени 1 мин.
необходимо запись на ленте разбить на соответствующие участки — например, при длине отрезка 4 мин. на участки длиной 40 мм. Затем подсчитывают количество отметок на измеряемом участке. На записи хронометража при опиловке металла (рис. 4) число отметок за 4 мин. равно 20, что соответствует 20-10 сек.=200 сек. Плотность за 4 мин.
(240 сек.) определяют так: ^ =0,83, т. е. 83%.
В данном примере работа была равномерной, ибо плотность и за 1 мин. (10 мм на ленте) на протяжении рассматриваемых 8 мин. была равна 83%. При менее равномерной работе можно выявить колебания средней плотности опиловки за 1 мин. Так, при записи того же обследуемого С. в конце работы (рис. б) плотность колебалась от 67 до 33% (по отметкам работы — линии 2).
2. Учет динамики микропауз в процессе работы. Для оценки утомления представляет интерес учет микропауз отдельно от более продолжительных перерывов в работе. Приняв за предельную длительность микропаузы 10 сек., можно определить раздельно микропаузы, более длительные перерывы в работе («паузы») и плотность работы путем синхронной записи на двух самописцах Н-370 (либо на двух шлейфах осциллографа Н-102) отметок заполнения счетчиков обоих секундомеров. На рис. 5 представлена запись на самописцах Н-370 отметок 10-секундных периодов ритмичной работы (2) и периодов отсутствия таковой (/). Полученная запись позволяет выделить микропаузы — те линии /
(обозначенные крестиками), которые совпадают с периодом работы, т. е. с линиями 2, и паузы — когда линии 1 совпадают с пробелами линий 2.
Используя автоматический хронометраж для характеристики определенного периода опиловки (рис. 5, отрезок Л), можно учесть 130 сек. работы, 40 сек. микропауз и 60 сек. «пауз», всего 230 сек.— на 10 сек. меньше 4 мин., определяемых по отметке времени на линии 3, что соответствует точности измерения ±5 сек. Отсюда относительная точность таких измерений равна ±2%.
При определении плотности за более длительный период относительная точность повышается — так, при рассматривании 10-минутных отрезков времени точность будет не ниже ±1%.
3. Точный учет микропауз и времени работы при непродолжительных физических нагрузках. Возможно использование прибора и при кратковременных спортивных и трудовых нагрузках для точного учета времени работы и микропауз на основе показания счетчиков 10-секундных отметок и электросекундомеров.
Рис. 5. Регистрация автоматического ме-ханохронометража на двух самописцах для учета плотности физической работы,
пауз и микропауз. Линии / — отметки 10-секундных пауз; линии 2 — отметки 10-секундных периодов работы; линия 3— отметка времени I мин.
Обследуемым Г. было выполнено 3 упражнения (по 20 приседаний без дозированного ритма) с интервалом между упражнениями 1 мин. При первых признаках утомления (второе упражнение) продолжительность микропауз увеличилась вдвое, а темп движений снизился не
только за счет микропауз, но и в связи с замедлением движений — большая продолжительность «чистого» времени приседания (см. таблицу).
При выраженном утомлении (очень устал) продолжительность микропауз не увеличилась, но замедление движений еще больше усилилось (на 4 сек.). Не находятся ли эти 4 сек. в пределах погрешности методики? Если учесть, что время автоматического включения не превышает 0,5 сек., а остановка счетного устройства в конце пробы определяется латентным периодом реакции исследователя (0,3—0,5 сек.), то точность определения общего времени упражнения равна ±0,5 сек. Поэтому 4 сек. замедления вполне достоверны.
Пример иллюстрирует возможность учета микропауз при кратковременной работе.
Выводы
1. Хронометраж работ, при которых операции, связанные с физической нагрузкой, определяются ритмичными рабочими движениями (опиловка, рубка, строгание и т. д.), можно проводить разработанным нами прибором автоматически с высокой точностью, несмотря на вариативность продолжительности рабочих движений.
2. Прибор обеспечивает суммарный учет времени физической работы, а также перерывов и микропауз на протяжении длительного времени (до 7—8 часов) с высокой точностью (±1 %).
3. Прибор обеспечивает учет динамики распределения работы и перерывов путем записи отметок 10-секундных периодов физической работы на самописце Н-370. Для учета физической работы, пауз и микропауз необходимо к выходам обоих электросекундомеров подключить по самописцу.
4. Автоматический механохронометраж может быть использован при изучении работы школьников в_с_лесардщ_ и столярных маете р-
работы взрослых в ряде профессий, где труд связан с ритмичными движениями, в спорте для учета времени ритмичной работы, а также при применении некоторых функциональных и рабочих проб для оценки утомления.
ЛИТЕРАТУРА
Гуменер П. И., Глушкова Е. К, Сапсжникова Р. Г. Гиг. и сан., 1962, № 8, стр. 54.—3 альцгебер О. А. Тезисы докл. 2-й научной конференции по вопросам физйологии труда. Киев, 1955, стр. 186.—Золина 3. М. В кн.: Методы физиологических исследований трудовых процессов. М., 1960, стр. 7.—К а с и л о в С. А. В кн.: Материалы к физиологическому обоснованию трудовых процессов. М., 1960, стр. 3,—Коси лов С. А., В одо лазский Л. А. В кн.: Вопросы физиологии труда. М., 1957, стр. 211.
Поступила 30/1 1963 г.
Автоматический механохронометраж при кратковременной физической нагрузке
Упражнение Продолжительность приседаий Мнкро-паузы Общее время упражнения Темп движения (в минутах) из расчета общего времени Примечание
в секундах
1-е 2-е 3-е 29 33 37 4 9 9 33 42 46 36,4 28,6 26, 1 Не устал Устал Очень устал
