CC BY
11
УДК 638. 382 Доктор техн. наук Н.И. ДЖАББОРОВ
(ИАЭП, [email protected]) Доктор техн. наук Э.В. ПЬЯДИЧЕВ
(ФБОУ ВПО СПбГАУ, [email protected]) Доктор техн. наук В.С. ШКРАБАК
(ФБОУ ВПО СПбГАУ, [email protected])
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАГРУЖЕННОСТИ ОПЕРАТОРОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Эффективность, технологические процессы, оператор, психологическая загруженность
На современном этапе развития сельского хозяйства реализация принципа удовлетворения потребителей рынка в сельскохозяйственной технике требует новых подходов и методов ускоренного создания и рационального их использования, которые смогли бы обеспечить высокий технический уровень и качество техники, обеспечить импортозамещение и повысить конкурентоспособность на внутреннем рынке страны. Решению проблемы способствует комплекс мероприятий, в числе которых важнейшими являются научно-технические, организационные, материально-технические и кадровые в связи с напряженностью труда и психологической загруженностью.
Для оценки эффективности МТА на стадии проектирования и эксплуатации применяются частные, обобщенные, локальные и глобальные критерии [1], а для решения кадровых проблем и вопросов их психологической загруженности - комплекс профилактических мер в соответствии с требованиями системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и результаты современных НИР по этому направлению [2, 3, 4].
На основе анализа чувствительности критериев на энергетические и технико-экономические показатели агрегатов в 2010 году в ИАЭП была разработана методика выбора критериев и формирование сбалансированной системы эксплуатационных показателей МТА [5].
Методика выбора критериев эффективности при решении оптимизационных задач позволяет научно обосновать рациональное количество критериев оптимальности по уровню их значимости, что имеет большое значение в повышении степени достоверности прогнозирования параметров технологий, эксплуатационных показателей и оценки эффективности МТА при наличии многочисленных критериев.
Анализ показателей и производственных условий, влияющие на выбор критериев эффективности МТА, безопасности технологических процессов и технологий производства сельскохозяйственной продукции, показывает, что конечные цели любых производственных работ сводятся к экономии денежных средств и энергии, а также безопасному выполнению технологических процессов в сжатые агротехнические сроки с обеспечением высокого качества безвредности и безопасности выполнения производимых операций (рис. 1).
Экстремумы целевых функций, то есть в данном случае максимумы годового экономического и энергетического эффекта и минимумы энергоемкости технологического процесса и МТА обеспечиваются повышением их производительности до оптимального уровня.
Как известно, повышение производительности работы технических средств можно достичь за счет роста их энерговооруженности, создания и освоения принципиально новых машин, оптимизацией параметров и режимов их работы, обеспечением безопасности и безвредности.
Рис. 1. Структурная схема выбора критериев эффективности и формирования сбалансированной системы эксплуатационных показателей МТА [5]
Важную роль в повышении производительности МТА играет также их эксплуатационная надежность агрегатов и операторов, что позволяет существенно повысить коэффициент использования времени смены. Значение коэффициента использования времени смены зависит от степени психологической загруженности оператора МТА и уровня его работоспособности.
Причиной сравнительно низкой эксплуатационной надежности технических средств в процессе их эксплуатации является труднодоступность информации работникам среднего и низшего звена (операторам МТА) при выполнении операций по проведению технических обслуживаний (ТО) и выполнении технологических процессов обработки почвы, посева сельскохозяйственных культур и т.д. Как известно, информационный поток включает в себя перечень, сроки и периодичность ТО, последовательность выполнения операций, параметры технологического процесса, такие как, например, глубина обработки почвы, оптимальная скорость движения МТА, нормативная выработка за час работы и т.д. Эти многочисленные параметры процесса и требования к процессам, как показывает практика, увеличивают психологическую загруженность операторов МТА. Упущение какого-нибудь элемента процесса или нарушение последовательности их выполнения, например, при ТО технических средств, приводит к техническому или технологическому отказу, что приводит к снижению коэффициента использования времени смены и производительности МТА.
Причиной низкой надежности операторов МТА является недостаточный уровень профессионализма, недостаточные знания правил и норм охраны труда при выполнении конкретных операций, высокая психологическая загруженность операторов, с учетом напряженности работ, их многообразия и сжатых сроков выполнения практически во все периоды года.
Проблема настолько актуальна, что ей постоянно уделяется внимание специалистами. Свидетельством тому является ряд выполненных исследований по проблеме [5-15], где раскрыты некоторые стороны ее. Однако специфика отрасли, виды работ в ней и сельский уклад жизни требует дальнейших исследований проблемы.
Одним из способов снижения психологической загруженности оператора и повышения эксплуатационной надежности МТА является разработка и освоение карт выполнения технологических операций или процессов (или визуализация процессов).
На таких картах приводятся перечень, последовательность и основные параметры технологических операций. Визуализация позволяет управляющему, ответственному за реализации технологии или процесса, легко контролировать и корректировать ход и качества ТО или процесса, включая безопасность.
В качестве примера на рис. 2 - 4 показаны карты проведения ЕТО и ТО трактора МТЗ-920, а также выполнения технологического процесса предпосевной обработки и подготовки почвы к посеву.
С целью проверки и оценки эффективности визуализации нами были разработаны карты ЕТО и ТО тракторов и технологических процессов обработки почвы, выполняемыми почвообрабатывающими машинами с тракторами класса 1,4. Эти карты были розданы исполнителям технологических процессов. Результаты исследований фиксировались при фотографии рабочего времени работы МТА и поведения ТО тракторов, а также самими операторами технических средств.
Касательно психофизиологической загруженности оператора отметим следующее. Она определяется рядом факторов, в числе которых основными являются: постоянный контроль за ходом и качеством выполняемого технологического процесса и его безопасностью (технической, экологической, пожарной, чрезвычайноситуационной, радиационной - при выполнении работ в радиационно-зараженных местностях); определение моментов и выполнение необходимых корректировок хода технологического процесса и его безопасности (скорости, траектории, экологичности, пожароопасности, устойчивости, работоспособности и др.); ориентация в ситуации и предвидение возможности ее развития под влиянием техносферных, природных, антропологических, технических и других непредвиденных факторов (особенно при движении в транспортных потоках, в условиях ограниченной видимости, шума, постоянных вибраций, запыленности и загазованности рабочих мест, в дождь, туман, снегопад, в сложных условиях рельефа местности и др.); постоянный учет внешних факторов, окружающих работающий агрегат, знание особенностей технологий выполняемых работ (транспортных, пахотных, пропашных, посевных, посадочных, уборочных, гидромелиоративных, сено- и кормозаготовительных и др.) и агрозоотехнических требований к ним; умение выполнять настройки и регулировки составляющих агрегата с целью удовлетворения агрозоотехнических требований; постоянная готовность к перенастройке агрегата к выполнению
различных работ (по погодным условиям, оперативной необходимости, завершение выполняемых работ и др.). Перечисленные и другие обстоятельства способствуют напряженности оператора, что естественно сказывается на его усталости. Последняя приводит к ряду последствий, ослабляющих внимание, слух, оперативность, обзорность, физиологические функции, влияющие на работоспособность.
Проверить исправность и работу систем безопасности агрегата
Рис. 2. Карта выполнения ЕТО трактора МТЗ 920
Рис. 3. Карта выполнения ТО трактора МТЗ 920
Рис. 4. Карта выполнения технологического процесса предпосевной обработки почвы
Кроме того, конструкция и оборудование кабины (в соответствии с ГОСТ 12.2.12) должны соответствовать определенным требованиям безопасности и эргономичности условий труда на рабочем месте, обзорности с рабочего места оператора (ГОСТ 12.2.019). Нормируются также конструкция внешних световых приборов и освещенность (ГОСТ Р 41.86), эффективность тормозных систем (ГОСТ 12.2.019 и ГОСТ 19677), зоны комфортности и досягаемости (ГОСТ 27258), расположение педалей и рулевого колеса относительно сидения оператора (ГОСТ 12.2120), размеры сидения оператора (ГОСТ 20062), требования к узлам и агрегатам, общие требования (ГОСТ 12.2.019-86, ГОСТ 12.2.120-88).
Все изложенное в практике реализуется по ряду причин и обстоятельств не в полной мере. Имеющая место человеко-машинная система (ЧМС) часто работает не в оптимальном режиме. Следствием изложенного является травматизм, причинами и источниками которого под влиянием изложенных ситуаций генерируется осредненно около 66% летальных и тяжелых травм. Полагают, что с личностью оператора связано около 82-88% травм (его усталость, непрофессионализм, недисциплинированность и др.). Касаясь ЧМС, напомним, что оператор на каждый день имеет предписанные ему цели и задачи - выполнять качественно и безопасно работу, предписанную ему технологической картой и должностной инструкцией. В такой ситуации особая роль отводится «индивидуальным свойствам оператора (ИСО)». В качестве таких с учетом достоверности и доступности в производстве для систематического контроля в работе [4] предложено воспользоваться такими обобщающими индивидуальными, относительно стабильными в течение определенного времени и характерными для данного индивидуума свойствами, как слух, зрение, обоняние, физическое состояние, давление, частота пульса, тип нервной системы, психофизиологическое состояние перед работой и в течение смены, антропометрические данные.
Остановимся кратко на характеристике некоторых из перечисленных ИСО.
Как известно, в процессе работы оператор более 90% информации получает через зрительный анализатор. По его реакции на внешние раздражители (размеры объектов наблюдения, их удаленность от наблюдателя, количество объектов наблюдения, яркость и блесткость светящихся
поверхностей, видимое световое излучение, контраст объектов с фоном и др.) можно судить о работоспособности и снижении ее эффективности, утомляемости, рассеянности и других факторах, ведущих к травматизму и заболеваемости. Изложенному способствует отсутствие эффективных прозрачных ограждений и солнцезащитных устройств. Снижению работоспособности, сужению поля зрения, ухудшению его, негативному воздействию на центральную нервную систему способствуют пульсации яркого света. Излучения видимого и инфракрасного диапазона иногда приводят к изменениям в сердечной мышце, развитию атеросклероза, истощению обменных процессов [4].
Напомним также, что минимальная ожоговая доза светового излучения составляет (2,9-8,7) Дж/(см2*с) за время мигательного рефлекса 0,15 с. Длительное воздействие света умеренной интенсивности голубой части спектра (400-500) Н*м может привести к повреждению сетчатки. Остротой зрения определяется пространственный порог. В горизонтальной плоскости оптимальный угол обзора по горизонтали без поворота головы составляет 30-40о, а допустимый - 60о, с поворотом
- 130о. С напряжением зона обзора без поворота головы достигает 120о, а с поворотом - 225о. В вертикальной плоскости оптимальный угол обзора вверх - 30о, вниз - 40о, а допустимый - 130о. На остроту зрения влияют освещение фона и расстояние до объекта. Высокая температура, чрезмерный шум, высокая вибрация, некоторые запахи изменяют чувствительность ахроматического и хроматического зрения.
Значительная часть информации поступает к оператору через органы слуха, предупреждая его об опасности. Акустический анализатор определяет частоту, форму, амплитуду колебаний звуковых волн, положение источника звука в пространстве, его расстояние и направление, различение изменений громкости.
Благодаря тактильной чувствительности через кожно-механический анализатор можно определить влияние внешнего воздействия на каждую поверхность. Важна температурная чувствительность (средняя температура открытых участков кожи равна 30-32оС). Человек различает разность температур в 0,2оС, а диапазон воспринимаемых внутрикожных температур 10-44,5оС (при температурах ниже 10оС наступает холодовая блокада температурных волокон тактильной чувствительности, а при температуре более 44,5оС ощущение «горячо» сменяется ощущением «больно», что соответствует интенсивности теплового излучения 0,86 Вт/см2 [4].
Воздействие сверхмощного раздражителя при верхнем абсолютном пороге вызывает болевые ощущения в любом анализаторе (предвестник опасности, мобилизуя организм на борьбу за самосохранения и перестройку работу всех систем, повышая его реактивность). Это приводит к повышению тонуса скелетной мускулатуры, сокращаемости и возбудимости мышц, увеличению чувствительности всех анализаторов, обеспечивая быстроту оборонительных реакций и повышенную предусмотрительность. Различают мышечную (отражает величину деформации мышц) и суставную (отражает перемещение соприкасающихся суставов относительно друг друга) чувствительность.
Чувствительность обеспечивает отражение всех основных качеств движения тела оператора и его органов (интенсивности, амплитуды, длительности, траектории, скорости и др.); вращения тела, его перемещения и положения в пространстве ощущается благодаря вестибулярному аппарату с соответствующими нервными путями и мозговым концом. Статико-динамическая чувствительность как раз позволяет ощущать положение тела в пространстве и его ускорение. Ощущения возникают при наклоне тела вперед - назад на 2о, влево - вправо - на 1-1,5о. К ускорению прямолинейного движения в горизонтальном направлении порог чувствительности составляет 0,1 м/с2, в вертикальном
- 0,12 м/с2. При резких качках, раскачивании рабочего места, ускорении - замедлении и других раздражениях вестибулярного аппарата длительными сверхпороговыми стимулами у оператора развиваются болезненные явления - головокружение, тошнота, иллюзии движения окружающих предметов и др.
Отметим, что восприятие личностью информации с окружающей среды или от управляемого ею технологического процесса или мобильного агрегата благодаря ее индивидуальным свойствам и преобразование ею поступающего сигнала (информации) о состоянии системы в адекватные ощущения с последующими вмешательствами (решениями) позволяет перейти от неопределенного состояния системы в русло определенности и организации профилактики возможности возникновения несчастного случая.
Информационными характеристиками состояния ЧМС для оператора являются скорость, качество и количество поступающей информации. С помощью рассмотренных выше анализаторов на
физиологическом уровне происходит преобразование поступающего на вход сигнала х в адекватное ощущение Ь человека согласно закону Вебера-Фахнера:
Ь=1§х/хо, где хо - порог восприятия сигнала анализатором оператора.
Ощущение оператора зависит от частоты f сигнала, т.е.
Ь=К/, где К - коэффициент пропорциональности.
Ощущение на психологическом уровне информируют о состоянии системы. Объем г и скорость V обрабатываемой оператором информации с временем реакции Тр оператора связаны законом Хика:
Тр-Т0= i/v, где Т0 - постоянная времени анализатора человека.
Мерой скорости информации, с которой может справиться анализатор человека, Н.Винер предложил площадь аудиограммы анализатора:
v=SLf)df После преобразований получают v=d/, где d - коэффициент пропорциональности.
Пропускная способность анализатора оператора, как известно, находится в диапазоне от 0,1 до 10 бит/с. При v>10 бит/с - информационный голод. Это значит, что имеют место «скачки» -переход от устойчивого состояния нервной системы к неустойчивому - «стрессу» (потере контроля под собой - катастрофическая ситуация), что может привести к несчастному случаю.
Изложенные обстоятельства в части психофизиологической загруженности необходимо учитывать в первую очередь (вопрос имеет социальную значимость, т.к. связан с жизнью и здоровьем людей) при повышении технологических процессов в АПК вообще и в растениеводстве в частности.
Обобщение результатов исследований, в том числе изложенных в работах [6-10] показывают, что визуализация процессов позволяет снизить уровень психологической загруженности исполнителя процесса, исключает возможность упустить какую-нибудь операцию при ТО или работы МТА и тем самым, предупреждает (или предотвращает) технические и технологические отказы при выполнении механизированных полевых работ.
Визуализация процессов способствует повышению эксплуатационной надежности МТА, коэффициентов использования времени смены и надежности технологического процесса в среднем на 15-20 %.
Практика показывает, что такие предложенные карты можно распечатать в удобном для оператора МТА формате и ламинировать, что обеспечить удобство их использования в полевых условиях.
Карты выполнения технологических процессов показывают связь информационного, людского и материального потоков производства и делают технологические процессы ясными, понятными и простыми для обсуждения.
Разработка и реализация карты потока производства - это подход или способ совершенствования технологии, который позволяет исключить причины ошибок исполнителя технологических процессов, повысить эксплуатационную надежность МТА и эффективность технологии в целом.
Литература
1. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Дементьев А.М. Классификация критериев эффективности и их использование при оптимизации эксплуатационных показателей тяговых МТА / ГНУ СЗНИИЭМЭСХ Россельхозакадемии, - СПб, 2010. - 104 с.
2. Стандарты системы стандартов безопасности труда (ССБТ) по направлениям.
3. Шкрабак В.С. Библиографический указатель трудов / Сост. Н.В.Кублицкая, 2-ое изд., перераб. и доп. / СПбГАУ: СПб., 2012. - 315с.
4. Шкрабак В.В. Стратегия и тактика динамичного снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК (теория и практика): Монография / СПбГАУ. - СПб., 2007. - 580 с. |
5. Разработка научных основ синтеза высокопроизводительной техники для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур с прогнозированием эксплуатационных показателей и экспериментальный образец многооперационного агрегата блочно-модульной структуры: Отчет о НИР / СЗНИИМЭСХ РАСХН. - № ГР 01200852548; - А.В. Добринов, Н.И. Джабборов, А.М. Дементьев и др. -СПб., 2010. - 67 с.
6. Шкрабак В.С., Митрофанов П.Г. Теоретические предпосылки эргономической оценки мобильных агрегатов: Мат. 11-ой междунар. конф. - М.: МОРБОТ, 1994. - С. 94-95.
7. Шкрабак В.С., Лапин А.П., Васильев Г.П. Психологические аспекты профилактики производственного травматизма: Справочник специалиста по охране труда. - 2002. - №3. - С. 59-65; №4. - С. 44-50.
8. Шкрабак В.В. Психологические аспекты динамичного снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета. - 2005. - Сер. 6. -Вып. 1. - С. 145-149.
9. Шкрабак В.С., Теляковская Н.П. Экспериментальные исследования влияния психофизиологических качеств индивида на показатели травматизма // Вестник Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова. - 2010. - №1. - С. 55-56.
10. Джабборов Н.И., Федькин Д.С., Михайлов А.С. Повышение производительности и эксплуатационной надежности МТА путем визуализации технологических процессов // Молочно-хозяйственный вестник. -2014. - № 3 (15). - С. 57-63.
УДК 631.95 Доктор техн.наук А.М. ВАЛГЕ
(ИАЭП, [email protected]) Доктор техн. наук В.Ф. ВТОРЫЙ (ИАЭП, [email protected]) Канд. техн. наук С.В. ВТОРЫЙ (ИАЭП, [email protected])
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ СХЕМА МОДЕЛИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛОЧНО-ТОВАРНОЙ ФЕРМЫ НА ЭКОЛОГИЮ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Экология, ферма, крупный рогатый скот
В процессе своей жизнедеятельности крупный рогатый скот производит отходы, которые при определенных условиях могут наносить существенный вред природе. Современные технологии производства животноводческой продукции позволяют значительно снизить риски загрязнения окружающей среды, но необходимо наиболее рационально в зависимости от местных условий адаптировать эти технологии.
Молочная ферма на 1000 коров средней продуктивности ежедневно выбрасывает в атмосферу более 6 т углекислого газа, почти 10 т водяных паров, значительное количество аммиака и других газов, производит около 40 т навозосодержащих стоков и 55 т экскрементов.
Из вентиляционных выбросов наиболее опасен углекислый газ, повышенное содержание которого в атмосфере Земли приводит к потеплению климата вследствие парникового эффекта. Так называемая условная голова КРС выделяет 1825 кг СО2 в год, ежегодно животноводческие предприятия России выбрасывают в атмосферу около 15,5 млн т углекислого газа [1].
Поэтому существующая острая проблема снижения загрязнения окружающей среды отходами животноводства заставляет искать пути более рациональной утилизации и эффективного использования навоза и стоков ферм и комплексов.
Анализ взаимодействия фермы КРС на процесс формирования экологической обстановки и принятие обоснованных решений по управлению технологическими процессами производства животноводческой продукции эффективно возможны только при использовании современных средств контроля на основе информационных технологий.
Использование достижений в области информационных технологий позволяет создать системы технологического мониторинга, которые по заданной программе регулярно выполняют наблюдения, измерения, позволяющие определить состояние выполнения технологического процесса под влиянием различных факторов, проанализировать на соответствие нормативам и представить персоналу в удобной форме с рекомендациями о вариантах принятия решения [2].
На рис. 1 представлена общая схема выделения вредных веществ при содержании крупного рогатого скота. Животное получая в необходимом количестве чистый воздух, корма и воду и в биохимических, физиологических, психических и других процессах, происходящих в животном в
