UNIVERSITATEA “VASILE ALECSANDRI” DIN BACĂU FACULTATEA DE INGINERIE SPECIALIZAREA IEDM
TEMA PROIECTULUI
Ergonomia sistemelor om-maşină-mediu
Coordinator: Prof.univ.dr.ing. Nedeff Valentin Prep.univ.drd.ing. Irimia Dana
Student: Micu Gabriel-Constantin Gr. 741B
2010-2011 CUPRINS
1. Definiţia şi conţinutul ergonomiei.....................................................................3 2. Conceptul de sistem om-maşină-mediu.............................................................4 2.1. Proprietăţile sistemului...............................................................................6 2.2. Caracteristicile sistemului..........................................................................7 2.3. Funcţiile omului în cadrul sistemului.........................................................8 3. Repartizarea sarcinilor între om şi maşină.......................................................12 4. Principiile de bază ale proiectării sistemului om – maşină – mediu................14 5. Importanţa abordării sistemice a relaţiei om-maşină-mediu............................15
2
1. Definiţia şi conţinutul ergonomiei Termenul “Ergonomie” (gr. ergon - muncă şi nomos - lege) a fost propus în 1949 de către Murrel, prin el înţelegându-se, într-o definiţie extinsă, gruparea ştiinţelor biologico-medicale, psihologico-sociale şi tehnice, în vederea cercetării relaţiilor şi posibilităţilor de adaptare optimă reciprocă, în condiţii date, atât a omului la munca sa cât şi a muncii la om, în scopul creşterii eficienţei tehnico-economice, a optimizării condiţiilor satisfacţiei, motivaţiei şi rezultatelor muncii, concomitent cu menţinerea stării de sănătate şi favorizarea dezvoltării personalităţii [6].
Ergonomia este un domeniu ştiinţific interdisciplinar care se ocupă cu optimizarea relaţiei tridimensionale din sistemul om-maşină-mediu, creată în procesul de producţie, având ca scop creşterea productivităţii muncii în condiţiile uşurării continue a efortului uman. Caracterul interdisciplinar al ergonomiei este pregnant scos în evidenţă de M. de Montmollin din Paris, care arată că „ergonomia pune în operă un ansamblu de ştiinţe şi de tehnici: ştiinţe ca fiziologia, psihologia şi matematica, tehnica , analiza muncii. Ergonomia este interdisciplinară; nici psihologia, nici fiziologia, nici o altă ştiinţă nu o poate revendica singură ca un apendice al său [5] . ” Legea fundamentală a ergonomiei este interdisciplinaritatea.
Ca urmare
toate legile ştiinţelor din care s-a format ergonomia devin legile ergonomiei [3]. Ergonomia integrează cunoştinţe din următoarele domenii: •
medicină (anatomie, fiziologie, igienă);
•
antropometrie;
•
ştiinţe tehnice (proiectare de mijloace de producţie si tehnologii);
•
ştiinţe economice (economia, organizarea şi planificarea muncii, stimularea muncii, economia energetică a organismului uman);
•
psihologia muncii; sociologia muncii.
Ergonomia este o ştiinţă care foloseşte atat legi proprii, cât şi legi specifice ale ştiinţelor care alimentează conţinutul ei, pentru a studia omul în diferite ipostaze ale 3
activităţii lui în cursul vieţii, în vederea realizării unui echilibru între posibilităţiile lui şi factorii care îl solicită în diferite forme şi în diferite momente. Ca ştiinţă de sine stătătoare, ergonomia are legile ei proprii. Acestea derivă din ştiinţele ce o compun şi reprezintă de fapt o multitudine de noţiuni sau reguli care reflectă scopul ergonomiei, obţinerea unui nivel cât mai ridicat al productivităţii muncii, prin reducerea la maximum a efortului uman [5]. Analizând definiţiile date, rezultă următoarele elemente caracteristice: - omul atât ca obiect cât şi ca scop, este situat în centrul preocupărilor ergonomiei, fiind privit din multiple unghiuri (fiziologic, antropologic, psihologic, social, tehnic, economic); - ergonomia urmăreşte adaptarea muncii la om prin crearea mijloacelor de muncă şi a mediului ambiant, ţinând seama de posibilităţile fiziologice şi neuropsihice ale omului; totodată, ergonomia are ca scop şi adaptarea omului la meseria sa, folosind pentru aceasta procedeee corespunzătoare de selectie, formare şi orientare profesională. 2. Conceptul de sistem om-maşină-mediu
Termenul de sistem este un ansamblu de elemente (principii, reguli, norme, forţe etc.) aflate în interacţiune, formând un tot organizat, care pune ordine într-un domeniu de gândire teoretică, reglementează clasificarea noţiunilor şi tezelor dintr-un anumit domeniu ştiinţific sau care permite desfăşurarea normală a activităţilor practice, potrivit scopului urmărit [4]. Conceptul de sistem nu este nou şi nu aparţine exclusiv unei discipline ştiinţifice. El este propriu oricărei ştiinţe deoarece fiecare studiază un tip sau clase de sisteme (mecanic, biologic, psihologic etc.). Elementele definitorii generale ale sistemelor sunt [2] : -
ansamblul de elemente;
-
interacţiunea dintre elemente;
-
realizarea în comun a unor funcţii;
-
aranjare ordonată;
-
sistematizare; 4
-
metodă.
Teoria sistemelor şi ergonomia au multe lucruri în comun. În mod independent ele şi-au construit concepte ca: interacţiunea, mediu, dinamică, evoluţie, schimbare. Ergonomia, studiind activitatea
şi mecanismele
organizatoare
ale
comportamentului de muncă al omului, nu poate face abstracţie de realitatea complexă în care omul acţionează, de conţinutul şi contextul interrelaţiilor. Sistemul om – maşină – mediu este un ansamblu format din unul sau mai mulţi oameni şi una sau mai multe componente fizice (maşini) care interacţionează pe baza unui circuit informaţional, în cadrul unui mediu fizic şi social, în vederea realizării unui scop comun.
Fig. nr. 1. Relaţiile şi elementele sistemului om maşină mediu [3].
Problema relaţiilor om – maşină – mediu a devenit tot mai importantă odată cu dezvoltarea tehnologiei şi schimbarea concepţiei despre muncă, făcând necesară adaptarea
5
optimă între subsistemele componente (subsistemul om, subsistemul maşină, subsistemul mediu), prin cercetarea factorilor tehnici în continuă schimbare [3]. Este cunoscut faptul că sistemele au o structură ierarhică. Acest lucru este valabil şi pentru sistemele de care ne ocupăm. Astfel, un sistem poate fi format dintr-un om, o maşină şi mediul său, ceea ce J. Leplat şi X. Cuny (1977) denumesc sistem elementar. Apoi avem sisteme oameni – maşini – mediu, care se referă la un ansamblu de sisteme elementare aflate în interacţiune. 2.1. Proprietăţile sistemului
Proprietăţile sistemului om – maşină – mediu sunt: adaptabilitatea, stabilitatea, fiabilitatea. Adaptabilitatea sistemului se referă la capacitatea sistemului de a se modifica
„din mers”, fără pertubări majore şi în accord cu noile cerinţe ale mediului [2]. Stabilitatea sistemului.
Un sistem este stabil când îndeplineşte în orice
moment obiectivele care i-au fost fixate. Este vorba de un echilibru dinamic. Deşi, conceptul de sistem implică ordine, aceasta nu înseamnă că hayardul este exclus din funcţionarea sistemelor: apariţia întâmplătoare a erorilor, incidentelor, accidentelor. Rolul esenţial în reglare revine omului, şi anume: a) el este capabil să perceapă în totalitate abaterile dintre obiectele vizate şi rezultatele reale; b) el este singurul comparator în cazurile complexe în care comparatorul automat va fi dificil de conceput; c) prin caracteristicile sale funcţionale, omul se autoreglează, îşi modifică mai uşor programele de execuţie, este mai flexibil. Ultima proprietate, şi anume fiabilitatea sistemului sau siguranţa în funcţionare – poate fi măsurată pe două căi [3]: •
prin probabilitatea de a realiza cu succes o anumită performanţă, care se află în opoziţie cu probabilitatea de apariţie a unei erori sau disfuncţionalităţi (pană, incident, avarie);
6
•
prin timpul mediu pentru o eroare care are, la rândul său, mai multe variante: timpul până la o eroare sau timpul între erori. 2.2. Caracteristicile sistemului
În diferite lucrări de specialitate sunt menţionate un număr variabil de caracteristici [2]: Scopul .
Orice sistem are unul sau mai multe scopuri şi obiective care
reprezintă raţiunea de a fi a sistemului: produse, energie, transmitere de informaţii, transport de obiecte şi oameni. Intrările.
Ele desemnează tot ceea ce este introdus în sistem pentru ca acesta
să-şi poată realiza scopurile: materiale, energie, informaţii. Ieşirile.
Acestea sunt rezultatul transformării intrărilor, funcţionării
sistemului: produse, energie, informaţii. De asemenea, fiecare componentă are o ieşire. Legăturile sistemului .
Interacţiunile se realizează prin comunicaţii (semnale,
comenzi), ceea ce presupune existenţa unor reţele de comunicaţii formale şi informale. Structura sistemului.
Structura caracterizează configuraţia sistemului, gradul
de complexitate, organizarea interrelaţiilor dintre elementele sale. În figura 2 sunt ilustrate componentele de bază al unui sistem om – maşină – mediu. Se poate observa că există trei subsisteme între care există interacţiuni, rezultanta lor influenţând calitatea şi cantitatea muncii depuse de om [3].
7
Fig. nr. 2. Sistemul om – maşină – mediu [6].
Subsistemul om
este descris prin funcţiile de recepţie, procesare a
informaţiilor şi de luare a deciziilor şi funcţie de acţiunea prin care se acţionează direct asupra maşinii. Subsistemul maşină este
format din următoarele elemente: dispozitive de
afişare şi semnalizare, dispozitivele de comandă, între acestea două maşina realizează o serie de operaţii. Subsistemul mediu
influenţează funcţionarea sistemului prin componentele
sale date: zgomot, temperatură, umiditate, noxele toxice, iluminat. Intrările în sistem şi ieşirile din sistem constituie informaţiile afişate de maşină şi instrucţiuni (comenzi) de la om la maşină. Acestea trebuie să fie compatibile cu simţurile umane (să poată fi percepute în timp real) şi cu posibilităţile medii de acţiune ale operatorului uman. 2.3. Funcţiile omului în cadrul sistemului
Eficienţa maxima a activităţii se obţine în situaţia, de durată mai lungă sau mai scurtă, caracterizată prin acomodarea componentelor sistemului om – maşină – mediu. Fiecare din aceşti factori prezintă particularităţi de comportament, dintre care cea mai 8
importantă este fără indoială gradul de determinare a efectelor unor cauze. Din acest punct de vedere, sistemele se împart în trei categorii [2]: Sistemele determinate
se caracterizează prin nivelul maxim al determinării
relaţiilor dintre cauze şi efecte. Odată identificate, se constată că ele sunt riguros constante, în asemenea măsură încât, pornindu-se de la orice situaţie dată, poate fi prevăzută cu certitudine evoluţia sau modificarea de comportament a sistemului. Sistemele probabilistice
se caracterizează prin faptul că la repetarea situaţiilor
efectele nu sunt totdeauna aceleaşi. Dacă se repetă cauza A, efectul A’ nu mai are efectul certitudinii, el fiind numai probabil – în limite ce pot fi stabilite prin calcul, în urma observării îndelungate a comportamentului factorului respectiv. Ilustrarea cea mai tipică a comportării de tip probabilist o oferă sistemul factorilor meteorologici. Sistemele probabilist-autoadaptative
sunt deosebit de complexe, iar
funcţionarea lor se caracterizează, pe de o parte, prin comportamentul probabilist, iar pe de altă parte, prin capacitatea de a reţine şi însuma ca experienţă rezultatele răspunsurilor la situaţiile anterioare, ceea ce duce la perfecţionarea continuă a funcţiilor lor. Omul ilustrează prin excelenţă comportamentul probabilist-autoadaptativ. În cadrul oricărui sistem (simplu sau complex), omul îndeplineşte următoarele funcţii [3]: -
funcţia de recepţie;
-
funcţia de prelucrare a informaţiilor;
-
funcţia de acţiune (fig. 3).
Funcţia de recepţie. Dezvoltarea tehnicii şi tehnologiilor a dus la creşteri
spectaculoase de productivitate a muncii. În prezent se studiază posibilităţi noi de creştere a productivităţii muncii, ergonomia fiind un domeniu nou de abordare.
9
Fig. nr. 3. Prezentarea schematică a funcţiilor omului în cadrul sistemului om – maşină [6].
Recepţia de informaţii. Pentru ca sarcina să fie efectiv executată, utilizatorii trebuie să primească informaţii de la echipament, într-un format pe care ei să îl poate recunoaşte şi înţelege. Sub aspectul recepţionării de informaţii, în designul unui echipament proiectanţii pot opta între diferite modalităţi senzoriale prin care să se realizeze aceasta. Deşi de cele mai multe ori aceste modalităţi sunt determinate de natura situaţiei, există şi cazuri în care designerii pot alege între diferite variante de semnalizare (vizuale, auditive, tactile, etc.). În luarea unei decizii de proiectare trebuie luaţi în considerare doi factori : 1. avantajul relativ al unei modalităţi senzoriale asupra alteia, în funcţie de scopul echipamentului (un exemplu: timpul de reacţie la diferiţi stimuli); 2. cerinţele existente deja asupra canalelor senzoriale. Avansul tehnologiei şi complexitatea tot mai mare a sistemelor tehnice a făcut necesară reproiectarea unor dispozitive de afişare care să ţină cont de specificul şi limitele utilizatorilor. Astfel optimizarea dispozitivelor de afişare şi control la avioane constituie o arie de cercetare şi implementare a unor soluţii necesare. Divizia Human Factors Research & Technology aparţinând de NASA Ames Research Center a proiectat un sistem de interfaţă om-maşină (figura 4. b) care să permită informarea corectă (lipsită de erori) şi rapidă a piloţilor în timpul zborului. În figura 4.a este prezentată o carlingă cu dispozitive analogice. Principalele dezavantaje ale acestor dispozitive le reprezintă numărul mare de cadrane, cifrele care ofereau 10
informaţii erau de dimensiuni reduse făcând dificilă citirea lor, fiecare cadran prezenta o singură informaţie (de exemplu: viteza, altitudinea, etc.).
Fig. nr. 4. Dispozitive de afişare [6]: analogice (a) si digitale (b).
Modernizarea acestui sistem de afişaj s-a făcut prin introducerea cadranelor digitale (figura 4. b) care prezentau următoarele avantaje [3]: •
reducerea numărului de dispozitive de citire (acesta putând afişa informaţii sub format diferit: grafic, text, numeric);
•
•
•
posibilitatea de a schimba dimensiunile informaţiei afişate; folosirea unor coduri de culori diferite; posibilitatea de a configura sistemul pentru a prezenta informaţii într-o anumită secvenţă în funcţie de etapa de zbor (decolare, aterizare, etc.). Funcţia de prelucrare a informaţiei. După recepţia informaţiilor, utilizatorul
trebuie să fie capabil să înţeleagă informaţia pentru a lua decizia corespunzătoare. În cadrul fazei de procesare a informaţiilor omul este implicat în diferite operaţii mintale (judecăţi, evaluări, raţionamente, calcule), iar la sfârşitul acestora se ia o decizie. În funcţie de informaţiile de la intrare, procesele de prelucrare vor conduce la luarea unei decizii urmate de cea mai potrivită acţiune asupra echipamentelor. În cazul sarcinilor repetitive,
decizia este practic predeterminată. Acesta este cazul proceselor de
11
muncă mecanizate şi automatizate, în care omul se întâlneşte cu aceeaşi stimuli care îi semnalizează evoluţia activităţii sale. În cazul sarcinilor mai puţin structurate şi nepredictibile, capacităţile intelectuale ale omului sunt mai mult utilizate. În acest caz, pe lângă acurateţea informaţiilor de la intrare, un rol important îl au experienţa, pregătirea profesională şi aptitudinile omului [6]. Funcţia de acţiune asupra maşinii (echipamentelor). Această funcţie se
manifestă sub forma instrucţiunilor de la om la maşină. Specialiştii care proiectează diferitele echipamente şi maşini (ciocane, macarale, computere, avioane, etc.) sunt preocupaţi atât de subsistemul om (prin intelegerea capabilităţilor motoare), cât şi subsistemului maşină (prin particularităţile maşinii care trebuie să corespundă abilităţilor umane). Pentru exemplificarea acestei funcţii prezentăm cazul tastaturilor de calculator. Tastatura QWERTY (figura 5. a) a fost proiectată în 1868, de către Sholes, inventatorul maşinii de scris. Numele acestei tastaturi vine de la primele 6 taste de pe primul rând de litere. Tastele au fost astfel dispuse pentru a împiedica blocarea mecanismului maşinii de scris la o dactilografiere mai rapidă
Fig. nr. 5. Sisteme de tastaturi [3]: QWERTY (a) şi Dvorak (b)
Odată cu dezvoltarea maşinilor electrice de scris au fost proiectate şi alte variante de tastatură, dintre care cea mai cunoscută este cea a lui Dvorak (figura 5. b), dezvoltată în 1930. Deşi numărul greşelilor de dactilografiere a scăzut cu 50% şi viteza de scriere a crescut cu 20%, tastaturile Dvorak nu s-au impus datorită faptului că oamenii care le foloseau nu au dorit să înveţe noul sistem şi pentru că anii '30 au fost anii marii depresii economice, deci o lipsă a resurselor financiare pentru a înlocui sute de mii de maşini de scris [3]. 12
3. Repartizarea sarcinilor între om şi maşină
Un aspect fundamental al proiectării ergonomice a sistemelor om - maşină îl constituike repartizarea sarcinilor între om şi maşină. În acest sens, menţionăm faptul că unii specialişti în domeniu ca, de exemplu: A.I. Glendon, Sh.G. Clarke, E.F. Mckenna sugerează necesitatea unui răspuns cât mai adecvat la următoarea întrebare [1]: „Cine trebuie să realizeze o anumită sarcină: omul sau maşina?” Din această perspectivă, în opinia aceloraşi autori, în proiectarea sistemelor de muncă, ideală este soluţia în care resursei umane i se alocă acele activităţi sau funcţii pe care le efectuează cel mai bine, în timp ce maşinii i se alocă acele funcţii în care este superioară. Un punct de vedere este exprimat de Sanders şi McCormick, care au relevat faptul că alocarea de funcţii între om şi maşină nu este o strategie generală care are în vedere rolul resurselor umane în proiectarea sistemelor de muncă, ci trebuie evidenţiate diferitele puncte de vedere din care se pot desprinde unele linii directoare ca, de exemplu: -
oamenii au în general, următoarele trăsături: •
viteză inferioară;
•
subiect de oboseală;
•
memorie bunăpentru principii şi strategii;
•
inducţie bună, uşor de reprogramat;
•
dezvoltarea unor soluţii noi în întregime;
•
extragerea informaţiei relevante din memorie;
•
aplicarea principiilor la soluţii pentru probleme variate;
•
realizarea estimărilor si evaluărilor subiective;
•
adaptarea răspunsurilor fizice la variaţiile cerinţelor operaţionale;
•
concentrarea asupra celor mai importante activităţi atunci când este foarte mult de lucru.
13
-
maşinile au în general, următoarele trăsături: •
viteză superioară;
•
sunt ideale pentru rutină, repetare, precizie;
•
memorie bună pentru reproducere şi depozitare pe termen scurt;
•
deducţie bună, obositor de reprogramat;
•
calcul rapid, adecvat, slabe la corectarea erorilor;
•
nimic nu poate schimba obiectivul;
•
aplicarea raţiunii deductive;
•
menţinerea performanţei pe o perioadă extinsă;
•
calcularea sau măsurarea cantităţilor fizice;
•
realizarea simultană a unor activităţi programate;
•
menţinerea eficientă a operaţiilor în condiţii dificile şi perturbări.
Deşi repartizarea sarcinilor între om şi maşină reprezintă, după cum s-a mai arătat, un aspect fundamental al proiectării ergonomice a sistemului om – maşină, numeroşi specialişti în domeniu atrag atenţia asupra necesităţii de a se avea în vedere problematica întregului sistem, precum şi abordarea repartizării sarcinilor între om şi maşină. 4. Principiile de bază ale proiectării sistemului om-maşină-mediu
Unul din principiile de bază ale proiectării unanim susţinut de specialişti (H. Good, R. Machol, R. Gayne, W. Singleton, K.B. De Greene) presupune acordarea priorităţii aspectelor funcţionale faţă de cele fizice în rezolvarea problemelor la nivelul întregului sistem sau la nivelul componentelor acestuia [2]. Un alt principiu constă în proiectarea punctelor de joncţiune dintre om şi maşină, în conformitate cu limitele şi capacităţile umane. Pentru realizarea acestor două principii fundamentale, în cadrul proiectării sistemice s-a elaborat o schemă generală a succesiunii de soluţionare a diferitelor aspecte de ordin ergonomic ale sistemului proiectat. a) Alocarea funcţiilor în sistem: 14
-
determinarea cerinţelor sistemului prin extragerea
documentaţiei relevante, privind scopul sistemului, intrările şi ieşirile necesare, performanţele cerute care ar putea influenţa eficienţa sistemului; -
precizarea funcţiilor sistemului prin evidenţierea
operaţiilor majore, necesare îndeplinirii scopului, determinarea efectelor factorilor ambianţi, specificarea intrărilor şi ieşirilor necesare în vederea indeplinirii funcţiilor; -
distribuirea funcţiilor între om şi maşină, prin evidenţierea
diverselor alternative posibile, verificarea posibilităţilor de efectuare de către om a funcţiilor atribuite. b) Descrierea şi analiza sarcinilor: -
evidenţierea tuturor acţionărilor care trebuie efectuate de operator asupra căruia se efectuează acţionarea;
-
determinarea echipamentului necesar îndeplinirii sarcinii;
-
analiza sarcinilor din punctul de vedere al cerinţelor pe
care le ridică. c) Identificarea punctelor de joncţiune între om şi maşină: -
selectarea elementelor de comandă şi a surselor
informative necesare; -
aranjarea lor pe panouri de comandă conform normelor
ergonomice. 5. Importanţa abordării sistemice a relaţiei om-maşină-mediu
Sunt numeroase argumente care probează importanţa de prim rang a conceptelor de sistem în ergonomie. În primul rând, conceptul de sistem pune accentul pe interacţiune. Orice element şi la orice nivel afectează direct sau indirect funcţionalitatea celorlalte elemente ale sistemului şi, implicit criteriile acestei funcţionalităţi.
15
De aceea, sub aspect practic, apare necesitatea adaptării reciproce a caracteristicilor elemente, adaptării reciproce a omului şi condiţiilor reale de muncă, a relaţiilor interpersonale, a tuturor elementelor structurale ale sistemului tehnic (maşină). În al doilea rând, conceptul de sistem implică repartiţia funcţiilor sistemului între componentele sale şi de modul cum se face această repartiţie depind caracteristicile activităţii umane. În al treilea rând, noţiunea de sistem ne permite să depăşim concepţia simplistă a cauzalităţii. Variaţiile anormale constatate la ieşirea sistemului nu pot fi raportate la o cauză simplă şi unică. Datorită interacţiunilor complexe în sistem, cauzele unor efecte negative la ieşire pot fi multiple. În cazul legăturilor probabiliste între cauze şi efecte, aceeaşi cauză poate avea efecte diferite şi acelaşi efect cauze multiple. În al patrulea rând, conceptul de sistem a permis introducerea limbajului de comunicaţii adecvat analizei muncii. În sfârşit, conceptul de sistem a determinat integrarea compartimentelor ergonomiei.
Bibliografie
1. Manolescu Aurel, Lefter Viorel, Deaconu Alecsandrina - Ergonomie, Editura Economică, Bucureşti, 2010. 2. Moldovan Maria – Ergonomie, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1993. 3. Nedeff Valentin, Panainte Mirela, Moşneguţu Emilian – Ergonomie, Editura Alma Mater, Bacău, 2007. 4. Roşca Constantin – Dicţionar de ergonomie , Editura Certi, Craiova, 1997. 16
5. Roşca Constantin, Rotaru Aurel, Dănăiaţă Ion – Economia şi organizarea economică a muncii , Editura Didactică şi
Pedagogică, Bucureşti, 1982.
6. http://psihologie.tripod.com/somm.htm#Ergonomia
17
