CC BY
16Н.Д. Сергеева, В.В. Галаганова
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ РОСТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА НА ТРУДОЕМКИХ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Низкий уровень производительности труда и травматизм, связанный с достаточно высоким уровнем ручных операций в условиях отсутствия возможности их механизации обосновывают актуальность решения данной проблемы. Авторы считают, что высокий потенциал имеет направление в применении экзоскелетов для преумножения физических возможностей строительного рабочего.
Ключевые слова: строительное производство, ручные операции, производительность, травматизм, трудоемкость, экзоскелеты.
Среди главных проблем строительного производства в РФ - отсутствие роста производительности труда и травматизм, связанный с достаточно высоким уровнем ручных операций даже в рамках комплексно-механизированной организацией технологических процессов. Применение физического труда строительных рабочих характерно для операций, которые в настоящее время механизировать невозможно. Ряд технологических процессов сопровождается уровнем ручных операций от 25 до 50%.
Увеличение производительности физического труда актуально:
- на погрузочно-разгрузочных операциях строительных грузов;
- на операциях на конвейере заводах ЖБК;
- на арматурных и сварочных работах;
-на монтажных работах;
-разнообразных отделочных работах;
-на демонтажных работах, в том числе при обрушении зданий и др.
В РФ и в ряде зарубежных стран ведется активный поиск технических средств для снижения доли ручных операций не только в аспекте необходимости роста производительности труда, но и снижения травматизма в строительном производстве.
Современный взгляд на эту проблему, в первую очередь, связан с необходимостью снижения физических нагрузок подсобных рабочих в строительстве, среди которых за счет применения роботехнических средств для преумножения их физических возможностей. Даже на современных высокотехнологичных предприятиях в производственных процессах остаётся множество операций, автоматизировать которые достаточно затруднительно [5]. По данным European Foundation for the Improvement of Living and Working Conditions до 64% высококвалифицированных работников тратят почти три четверти своего рабочего времени на операции по подъёму и переноске различных грузов. По оценкам Work Foundation около 44 миллионов работников ЕС страдают от скелетно-мышечных отклонений, что суммарно приносит европейской экономике убытки, оцениваемые более чем в 240 миллиардов евро. И это только страны ЕС.
Ежегодные экономические потери России: около 1,94 трлн. руб. или 4,3% ВВП Рабочие от 45 до 54 лет - основная группа риска работников подвергаются физическим нагрузкам. Причинами нагрузок являются: повторяющиеся движения неудобная рабочая поза и др. Фактические расходы на компенсации постоянно растут в сферах логистики, строительства, автомобиле- судо- и авиастроении, добычи полезных ископаемых, металлургия и другое [6].
Другой проблемой общественного производства является нехватка работников в возрасте 21-55 лет в результате старения населения и спада рождаемости потребует поиска новых решении путем:
-устранения дефицита за счет автоматизации процессов и внедрения роботов на производстве;
-создания подходящих условий для старых, но опытных работников [7].
Поэтому такие роботехнические средства как: экзоскелеты, экзокостюмы, экзоперчатки и др. экипировка строительных рабочих, способны полностью или частично решить указанные выше проблемы.
© Н.Д. Сергеева, В.В. Галаганова, 2023.
Например, экзоскелет помогает выполнять многократные движения, статичную работу в неудобной позе или перенос тяжелых грузов [8].
Международный стандарт ISO 13482:2014(en) Robots and robotic devices — Safety requirements for personal care robots относит экзоскелеты к категории роботов-помощников, закрепляемых на теле человека во время использования, которые в более широкой трактовке чаще именуются одеваемыми роботами.
Например, национальная лаборатория сухопутных войск США определяет экзоскелеты как:
-носимые робототехнические средства, элементы которых закрепляются непосредственно на человеке-операторе;
-робототехнические средства, которые физически разгружают оператора, обеспечивают ему физическую поддержку, увеличивают его физические способности.
Поскольку, экзоскелет - это надеваемое на человека механическое устройство или программно-ме-хатронный комплекс с элементами антропоморфных структур, то он конструктивно предназначенный для преумножения физических возможностей человека.
Экзоскелет призван помочь человеку преодолеть существующие физиологические барьеры в силе и выносливости, используя его интеллектуальность, адаптивность и обучаемость с точностью работника -робота. Поэтому фактически экзоскелет - это своеобразная разновидность коллаборативной робототехники [1].
Рис. 1. Диаграмма оценки атрибутов промышленных экзоскелетов
На текущий момент разработкой и производством промышленных экзоскелетных комплексов занимаются в США, Японии, Израиле, Германии, Китае, Франции, Норвегии, Великобритании, Южной Корее, Италии и России. Основными потребителями экзоскелетов и комплексов на их основе являются следующие сферы применения:
-сфера военного применения;
-сфера медицинского применения (для реабилитации компенсации недостатка подвижности лиц с ограниченными возможностями);
-сфера промышленного применения [4].
Известно, что к экзоскелетам имеется ряд требований, в их числе:
-Технологический аспект (достаточно низкий);
-Социальный аспект;
-Рыночный аспект [3].
На диаграмме (рис. 1) приведена оценка значимых атрибутов для промышленных экзоскелетов.
Оценка атрибутов дана по четырёхбалльной шкале (от 0 до 3):
0 - нет необходимости в атрибуте;
1 - желательный атрибут;
2 - важный атрибут;
3-критический атрибут.
Таблица 1
Типы и характеристики промышленных экзоскелетов
Exorise DAR PA Экзомед НИИ Механики МГУ ExoHeaver Suit X Back X
X- ris e X- sof t X- ar m X- ju mp X- hol d XOS -2 Low ebac ker Holdup per Enforce r БхоА^ 3Hand er Active Electric
Активный + +
Пассивный + + + + + + + + + +
Для верхнего плечевого пояса + + +
Для нижней части тела + + + +
Полноразмерный + + + + + +
Устройство для работы со сторонним инструментом + + + + +
Грузоподъемность до в кг. 350 80 100
Автономность + + + + + + + + + + + + +
Вес экзоскелета/ экзокостюма, кг 2,5 2,5 2,5 2 0,0 9 35 5 7 15 25 14 1,5 2,3
Большой интерес к применению промышленных экзоскелетов проявляет строительный комплекс. Отдельной отрасли промышленного производства экзоскелетов для строительного производства в РФ нет, но ряд выпускаемых серийно экзоскелетов могут быть применены в технологических процессах с высоким уровнем ручных операций [2].
Авторы понимают, что упрощать данный вопрос невозможно, в связи с чем сформулированы цели и задачи на перспективу дальнейших научных исследований.
Целью научных исследований является повышение производительности строительных рабочих при выполнении ручных операций за счет преумножения их физических возможностей. К задачам научного исследования отнесены: -создание полной классификации промышленных экзоскелетов;
-создание примерного перечня ручных операций для типовых серий строительства жилого фонда; -отбор промышленных зкзоскелетов, потенциально пригодных для строительного производства; -создания методологии автоматизированного подбора экзоскелетов для производственных рабочих. Данная постановка цели и задач объясняется нерешенной проблемой необходимости создания методологии подбора экзоскелетов для преумножения физических возможностей рабочих на многочисленных и разнообразных ручных операций. Это показало, что во-первых необходимо создание полной клас-
сификации экзоскелетов, во-вторых, необходима разработка алгоритма и программы автоматизированного их подбора на основе учета антропологических и физиологических характеристик современного человека в диапазоне возраста 19-45 лет.
Насколько актуально применение экзоскелетов на ручных операция в строительном производстве? Авторы убеждены, что их применение обеспечит рост производительности труда и снижение травматизма производственных рабочих. Но, для выяснение массовости применения экзоскелетов, был выполнен научный поиск.
Авторы проанализировали возможность применения экзоскелетов и комплексов на их основе применительно к технологическим процессам конкретного объекта , данные которого приведены в табл.2.
Таблица 2
Перечень работ по строительству шестиэтажного дома в городе Орле (укрупненный комплекс)_
Наименование работы (укрупнённого комплекса) Строительство шестиэтажного дома в Орле Ед. изм. Характеристика звена исполнителей Профессионально-квалификационный состав Процент ручного труда, % Перспективы применения экзоскелетов и экзокостюмов
Отрывка котлована 1000 м3 Экскаваторщик 5р-1,водитель 6р-1 Землекопы 2р- 4, Бульдозерист 4р- 1 5 +
Обратная засыпка пазух с уплотнением 1000 м3 Экскаваторщик 5р-1,водитель - 3 Землекопы 2р- 4, Бульдозерист 4р- 1 5 +
Забивка ж/б свай 1 м3 Крановщик -1, Монтажники: 5р-1 4р-1,3р-2,2р-2 5 +
Устройство монолитного ростверка 100 м3 Крановщик 6р-1, Монтажники: 5р-1 4р-1,3р-2,2р-2 15 +
Возведение стен подвала из ж/б блоков 100 шт. Крановщик 6р -1, Монтажники: 5р-1 4р-1 3р-1 2р-1 10 +
Устройство полов в подвале 100 м2 Бетонщики 4р-4 Бетонщики 2р-2 100 +
Гидроизоляция стен подвала 100 м2 Гидроизолировщики 3р-3 100 +
Монтаж перекрытий подвала 100 шт. Крановщик 6р -1, Монтажники: 4р-2 3р-2,2р-1 35 +
Возведение стен кирпичн. 1 м3 Каменщики 4р-4, 3р-4, 5р-4, Крановщик 6р -1, 70 +
Монтаж перекрытий, лестниц 100 шт. Крановщик 6р -1, Монтажники: 4р-2 3р-2,2р-1 10 +
Устройство прегородок 100 м2 Каменщики:4р-2, 3р-4,2р-2 Крановщик 6р-1 70 +
Внутренняя отделка помещений 100 м2 Штукатуры-маляры 4р-2, 3р-3, 2р-4 100 +
Наружная отделка фасадов 100 м2 Штукатуры-маляры 4р-2, 3р-3, 2р-4 Облицовщик 4р-1 100 +
Устройство стяжек под полы 100 м2 Бетонщик 4р-2 2р-3 Крановщик 6р-1 40 +
Окончание таблицы 2
Наименование работы (укрупнённого комплекса) Строительство шестиэтажного дома в Орле Ед. изм. Характеристика звена исполнителей Профессионально-квалификационный состав Процент ручного труда, % Перспективы применения экзоскелетов и экзокостюмов
Установка окон,дверей 100 м2 Монтажник 4р-2,2р-2, Крановщик 6р -1, 60 +
Монтаж стропильной системы 1 м3- Крановщик 6р-1 Монтажники констр. 2р-2, 3р-3, 4р-2 25 +
Устройство кровли 100 м2- Крановщик 6р-1 Монтажники констр. 2р-2,3р-3, 4р-2 45 +
Монтажные работы по водопроводу, канализации Слесари-сантехники 5р-2, 4р-6. 100 +
Отопление, вентиляция Слесари-сантехники 5р-2, 4р-6. 100 -
Монтаж слаботочных устройств, КИПиА Электромонтаж-ники:5р-1,4р-4. 100 -
Электромонтажные работы Электромонтаж-ники:5р-1,4р-4. 100 -
Монтаж технологического оборудования Слесари-мон- таж-ники 6р-2, 5р-2, 4р-6. 100 +
Данные таблицы 2 показали, что объем ручных операций при строительстве шестиэтажного жилого дома в городе Орле составляет =60% от объема всех работ. В то же время патентный и информационный поиск промышленных экзоскелетов и комплексов на их основе показал, что из 22 пригодных видов эк-зоскелетов для ручных операций можно подобрать к применению к 19 и это обнадеживающий результат для строительного производства. Заключение
-важнейшей проблемой строительного производства является низкий уровень производительности труда, рост травматизма, связанные с достаточно высоким уровнем наличия ручных операций в строительном производстве;
-экзоскелеты призваны помочь человеку преодолеть существующие физиологические барьеры в силе и выносливости и это актуальная и перспективная разновидность коллаборативной робототехники; -для применения экзоскелетов необходимо: -создание полной классификации промышленных экзоскелетов;
-создание примерного перечня ручных операций для типовых серий строительства жилого фонда; -отбор промышленных зкзоскелетов, потенциально пригодных для строительного производства; -создания методологии автоматизированного подбора экзоскелетов для производственных рабочих. Теоретическая ценность и практическая значимость результатов решения задач исследования предопределяются эффектами в росте производительности, снижения трудоемкости и численности рабочих на объекте, что подтверждается соответствующими прогнозными расчетами.
Библиографический список:
1. Бухтияров, И. В., Герегей, А. М., Ефимов, А. Р., Костылева, Е. В. Промышленные экзоскелеты как средства обеспечения промышленной безопасности. Нормативно-техническое регулирование. Безопасность труда в промышленности // Безопасность труда в промышленности, 2020 - 57 с.
2. Волков А.А. Совершенствование научно-методических подходов к организации трудоемких демонтаж-ных работ на объектах техногенных катостроф: дис. Строительство наук: 08.04.01. - Брянск, 2022. 64 с.
3. ГОСТ Р 1.16.320-1.086.20 "ССБТ. Средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата. Экзоскелеты промышленные. Классификация. Термины и определения" от 15.01.2023 // Росстандарт, 2021 - 30 с.
4. ГОСТ Р 1.16.320-1.087.20 "ССБТ. Средства индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата. Экзоскелеты промышленные. Общие требования. Методы определения защиты" от 15.01.2023 // Росстандарт, 2021 - 34 с.
5. Приказ Минтруда России от 11.12.2020 N 883н "Об утверждении Правил по охране труда при строительстве, реконструкции и ремонте" от 24.12.2020 № 61787 // КонсультантПлюс, 2020 - 32 с.
6. Р 2.2.2006-05 "Гигиена труда. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда " от 29.07.2005 // КонсультантПлюс, 2005 - 130 с.
7. СНиП 12-03-2001 "Безопасность труда в строительстве" от 01.09.2001 № 80 // КонсультантПлюс, 2001 - 98
с.
8. Экзоскелет // Википедия. [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Экзоскелет (дата обращения 20.01.2023).
СЕРГЕЕВА НИНА ДМИТРИЕВНА - доктор технических наук, профессор, Брянский государственный инженерно-технологический университет, Россия.
ГАЛАГАНОВА ВИКТОРИЯ ВАЛЕРЬЕВНА - магистрант, Брянский государственный инженерно-технологический университет, Россия.
