В нашей стране Г. С. Альтшуллер на основании анализа большого количества авторских свидетельств и патентов на изобретения разработал «Теорию решения изобретательских задач», в которой предложены приемы, позволяющие выявлять и устранять физические противоречия, содержащиеся в изобретательских задачах, средства активизации воображения и преодоления психологической инерции. В последние годы разрабатываются также эвристические методы поиска новых технических решений с помощью ЭВМ.
Следует отметить, что с помощью ЭВМ на основании однажды принятых исходных данных нельзя получить качественно новые высокоэффективные технические решения, так как эти формализованные исходные данные не учитывают некоторые важные, иногда решающие, критерии для оценки конструкции, имеющие лишь качественный характер, которые трудно формализовать (например, соображения унификации, возможность получения комплектующих частей и др.). Кроме того, использование в расчетах данных о прототипах (с учетом прогноза развития их конструкции) позволяет лишь создать конструкцию, подобную уже существующей.
Очевидно, применение ЭВМ только тогда эффективно, когда принятые при составлении программ математические модели процессов работы проектируемых систем с достаточной точностью соответствуют процессам работы реальных систем.
Целесообразен поиск новых технических решений с помощью ЭВМ в режиме диалога «человек - ЭВМ», при котором объединяются возможности ЭВМ быстро и точно выполнять математические операции с творческими способностями человека, его интуицией, способностью использования аналогий, ассоциаций, предвидения. После каждого этапа работы ЭВМ в автоматическом режиме конструктор анализирует полученные результаты, сопоставляет их с имеющимися экспериментальными данными, варьирует параметры системы и, в случае необходимости, корректирует саму программу — уточняет принятую расчетную схему.
Наилучшее решение, обеспечивающее наибольшую эффективность работы всей машины, может быть найдено только сравнением различных вариантов выполнения механизма и найденных для каждого из них оптимальных параметров и законов движения.
Важными условиями успешного решения сложных технических задач являются качества разработчика: 1) творческие способности, трудолюбие и настойчивость; 2) объективный подход к разрабатываемым задачам, умение не оставаться в плену предубеждений и отбрасывать выдвинутую ранее идею, если факты противоречат ей или если предложения коллег по работе дают лучшие результаты; 3) готовность преодолевать трудности ради достижения высокой эффективности результатов технической разработки.
Эффективным методом решения сложных научно-технических проблем является параллельная работа над аналогичными проблемами различных коллективов. Это дает разносторонний подход к их решению и создает условия творческого соревнования коллективов.
ЛЕКЦИЯ 10
План лекции:
10.1. Эргономика и технологичность конструкции оборудования
10.2. Эстетическое оформление технологического оборудования
10.1. Эргономика и технологичность конструкций оборудования
Эргономические требования к оборудованию определяются физиологическими, антропометрическими, биомеханическими и психологическими характеристиками человека и установлены для оптимизации его деятельности в системе "человек – машина".
Учёт эргономических требований при проектировании и конструировании изделий обеспечивает повышение эффективности и качества труда, удобства эксплуатации и обслуживания, улучшение условий труда, экономию затрат физической и нервнопсихической энергии работающего максимально возможным приспособлением изделий к его функциональным возможностям. При этом достигается значительный социально-экономический эффект, выражающийся в повышении привлекательности и содержательности труда, сохранении здоровья и поддержании высокой работоспособности человека, сокращении непроизводительных и потерь рабочего времени, уменьшении затрат на предоставление льгот и компенсаций за работу в неблагоприятных условиях.
В инженерной практике известны далеко не единичные случаи, когда использование новых производительных машин и устройств не давало должного эффекта из-за несоответствия их конструкции функциональным особенностям человека. Следовательно, эффективность машины определяется не только такими её характеристиками, как КПД, производительность, трудоёмкость изготовления, надёжность и др., но и тем, насколько легко и точно оператор сможет управлять машиной.
Современная техника требует от рабочего не столько значительных усилий, сколько точности реакций, продуманности действий, быстрых решений и, следовательно, значительного нервного напряжения. В связи с этим рациональную конструкцию изделия нельзя создать, не зная эргономики, изучающей функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью создания для него таких условий труда, которые обеспечивали бы не только высокопроизводительный и безопасный труд, но и необходимые удобства в работе, т. Е. Сохранение его сил, здоровья, работоспособности.
Эргономические показатели качества изделий определяет ГОСТ 16035 - 81:
антропометрические требования устанавливают соответствие изделия антропометрическим параметрам человека; последние определяют размерное построение и форму тела человека (оператора);
физиологические требования определяют соответствие изделия физиологическим свойствам человека (например, биомеханическим, силовым, скоростным);
психофизиологические требования устанавливают соответствие изделия особенностям функционирования органов чувств (рецепторов) человека-оператора;
психологические требования определяют соответствие изделия психологическим особенностям человека (особенности восприятия, памяти и др.);
гигиенические нормативы направлены на создание безопасных условий труда и предупреждение профессиональных заболевай, ориентированы на ограничение вредного воздействия факторов производственной среды.
Эргономический подход к гигиеническому нормированию должен предусматривать создание оптимальных условий для трудовой деятельности учетом комплексного воздействия факторов производственной среды (пыль, газ, вибрации, шум, температура, ионизирующие излучения, освещенность и др.); гигиеническое нормирование должно быть ориентировано не только на ПДК (ПДУ), но и на создание оптимальных условий производственной среды.
ПДК (ПДУ) — это предельно допустимые концентрации (уровни) вредных факторов рабочей зоны, которые при ежедневной работе в течение 8 ч, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не вызывают у работающих заболеваний или, отклонений в здоровье, обнаруживаемых о процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящего и будущих поколений. Необходимо учитывать, что дозы и уровни вредных факторов, значительно меньшие допускаемых, в ряде случаев при их комбинированном действии становятся опасными для здоровья работающих. Гигиенические требования органически связаны с другими эргономическими требованиями и их оптимальными показателями являются необходимые условия эффективности эргономических рекомендаций, используемых при конструировании изделий и организации рабочих мест.
Проектирование совершенных систем "человек – машина" и "человек-машина-среда" невозможно без учета всех связей изделия с человеком и средой. Уже на начальных стадиях проектирования тщательно рассматривают не только конструкторские особенности будущей системы, но и конкретные действия человека в этой системе. Такой анализ постоянно напоминает конструктору о функциях изделия, а эргономисту позволяет уточнить ряд положений эргономического характера. Эргономист помогает выбрать из ряда конструкторских решений оптимальный в эргономическом отношении вариант. Модели и макеты такого варианта не только служат для проверки композиционных решений, но и позволяют экспериментально проверить соответствие новой конструкции требованиям эргономики.
Таким образом, эргономика теснейшим образом взаимосвязана с художественным конструированием, так как критериями её анализа являются: оптимальное приспособление конструкции к психофизиологическим особенностям человека; возможность с помощью конструктивных решений воздействовать на раскрытие человеческих способностей и их стимулирование для оптимизации деятельности человека; возможность создания условий для возникновения положительных эмоций и оптимального жизненного тонуса у оператора в процессе взаимодействия человека и техники.
Распределение функций между человеком и машиной, т. е. определение операций, которые должны выполнять человек или машина для обеспечения требуемой эффективности системы человек - машина, является важной задачей сравнительного анализа возможностей человека и машины.
Машине целесообразно передать функции, требующие: приложения большой физической силы малосодержательного и монотонного характера; большой трудоёмкости; быстрой реакции на сигналы; высокой степени плавности и точности приложения усилий; приёма, переработки и хранения больших объёмов информации; принятия однотипных постоянно повторяющихся решений.
За человеком следует оставлять функции, требующие: решения задач планирования, программирования и контроля трудового процесса; принятия решений в непредвиденных ситуациях; более высокой, чем машина, чувствительности к различным сигналам; многообразия ответных реакций; приспособления к изменяющимся условиям.