Немеханизированные ручные инструменты

В большинстве стран имеются собственные нормы и требования к производству ручного инструмента. В связи с научно техническим прогрессом ряд передовых фирм разрабатывают новые инструменты, создают новые инварианты и адаптированные к новым условиям аналоги уже имеющихся инструментов. Большинство ведущих мировых разработчиков ручного инструмента проходят четыре основных этапа в создании немеханизированного инструмента. На первом этапе пооперационно изучается производственный процесс, определяются силовые, временные, пространственные и другие параметры, необходимые для выполнения трудовых операций. На втором этапе разрабатывается опытная модель (образец) ручного инструмента с учетом требований производственного процесса и психомоторных возможностей человека. На третьем этапе инструмент тестируется в производственных условиях, дорабатывается, устраняются все недостатки и замечания пользователей. На четвертом этапе изделие проходит процедуру сертификации и рекомендуется к внедрению.

Необходимо отметить, что на всех этапах постоянно контролируется проблема обеспечения безопасности человека при пользовании новыми или модернизированными ручными инструментами в соответствующем производственном процессе. В настоящее время практически в каждой стране существуют схожие процедуры разработки и сертификации ручного инструмента. Так, например, каждый эргономичный инструмент фирмы ВАНСО разрабатывается в соответствии с принятыми в стране этапами, затем дизайн-директор SNA Europe подтверждает, что все этапы производства были строго выполнены, и только после этого инструменту выдается сертификат соответствия стандартам, и он может подтверждаться логотипом ERGO.

Специалисты в области психологии труда, инженерной психологии и эргономики участвуют в реализации всех четырех этапов разработки, создания и сертификации изделия. Особенно полезным представляется их участие на первых трех этапах. Первый, ознакомительно-описательный этап, на котором дается подробная характеристика производственного процесса (по содержанию она практически идентична продукту психологического профессиографирования), является приоритетной областью деятельности психолога труда. На втором и третьем этапах разработки экспериментального прототипа, тестирования и совершенствования изделия в условиях производства особенно востребованы научные достижения в области инженерной психологии и эргономики. При появлении новых современных производственных технологических процессов, новых продуктов и материалов возникает необходимость в создании новых типов ручных инструментов. Для отдельных операций адаптируются существующие инструменты.

В процессе разработки совершенно новых или адаптации существующих инструментов выполняются следующие задачи:

• • определяются особенности конкретных технологических операций, для выполнения которых предназначены инструменты;
• • для эффективной реализации выделенных технологических операций выбираются или разрабатываются соответствующие технические конструкции ручных инструментов, при этом часто возникает необходимость учета физических и других возможностей человека;
• • разрабатывается рукоятка инструмента с учетом биомеханических, силовых и психомоторных особенностей человека.

Процесс сертификации принципиально нового ручного инструмента может быть более продолжительным. Выпускаемый большинством производителей ручной инструмент соответствует перечню (номенклатуре) самой распространенной классификации по критерию функционального предназначения, в которой различают: слесарив-монтажный инструмент (отвертки, молотки, плоскогубцы, ключи и др.); абразивный инструмент (надфили, рашпили, напильники и др.); деревообрабатывающий инструмент (стамески, рубанки, пилы и др.); электротехнический инструмент (опрессовочные клещи, диэлектрические пассатижи и др.); измерительный инструмент (уровни, штангенциркули, лекала и др.); металлорежущий инструмент (керны, метчики, плашки, зубила и др.).

Эргономические и дизайнерские аспекты в процессе совершенствования ручного инструмента связаны прежде всего с применением новых материалов и разработкой формы (рукояток и др.), наиболее адекватной возможностям человека в соответствующем трудовом процессе.

При разработке рукоятки инструмента учитываются следующие факторы: биомеханические особенности строения кисти руки и других звеньев тела, которые могут быть задействованы в трудовой операции, для которой разрабатывается инструмент; особенности трудовой операции и технические требования к инструменту; особенности целостного производственного процесса, предметное окружение и др.; обеспечение безопасности.

В нормативных материалах приводятся эргономические рекомендации параметров длины, ширины и толщины рукояток инструментов. Так, например, длина рукоятки должна быть не менее 100—125 мм; ширина в середине «хвата» — не менее 30 мм и не более 100 мм; толщина — не менее 15 мм и не более 30 мм. По краям «хвата» значения ширины и толщины рукоятки уменьшаются, а затем увеличиваются для предотвращения сползания кисти с места «хвата» в процессе работы. Примерно в таких же пределах значений изготовляются места захвата рукояток ручных пил по дереву и металлу. К рукоятке спереди прикрепляется полотно с пилющими зубьями снизу. Ось рукоятки ручных пил совпадает с плоскостью полотна пилы и наклонена в сторону полотна пилы примерно на 15°. Эргономическое обоснование наклона рукоятки объясняется тем, что предположительно вектор усилия в большинстве случаев при пилении совпадает с продольной осью предплечья. Следовательно, усилие, приложенное к рукоятке, будет отклоняться примерно на 15° от линии пиления. Таким образом, большая часть вектора силы будет совпадать с линией движения зубьев полотна, а остальная часть вектора силы при движении пилы вперед будет прижимать полотно пилы зубьями к распиливаемому материалу. Другим примером может служить эргономическое решение оптимизации усилий кисти руки и других, участвующих в трудовой операции, звеньев тела при пользовании плоскогубцами, щипцами, секаторами и пр. Среднестатистические показатели по силе сжатия кистью руки рукоятки щипцов приводятся на рис. 6.4 [7].

Рис. 6.4. Сила сжатия щипцов, прикладываемая мужчинами и женщинами, как функция размаха ладони.

Как следует из графика на рис. 6.4, наибольшее усилие развивает кисть при ширине рукояток плоскогубцев, щипцов и др. от 35 до 65 мм с максимальными значениями при ширине рукоятки от 45 до 55 мм. В зависимости от функционального назначения рукояток и инструмента приведенные параметры могут изменяться. Например, вторая рукоятка, предназначенная для удержания (двумя руками) инструмента в необходимых параметрах пространства, может иметь круглое сечение и быть менее 30 мм в диаметре. Рекомендуемые эргономические параметры рукояток могут меняться в широких пределах в зависимости от характера выполняемой трудовой операции; особенностей участия звеньев руки и всего тела; условий производственной среды; индивидуальных особенностей субъекта труда; адаптации (привыкания) к традиционным формам рукояток и трудовым операциям и др.

К характерным особенностям перечисленных выше факторов следует отнести прежде всего их относительную нестабильность. Так, например, для автоматизированной системы, выполняющей конкретную задачу (сварку на конвейере и др.), перечисленные факторы практически не имеют значения. Но для человека — субъекта труда — эти факторы являются значимыми в связи с тем, ч то любое изменение параметров или условий производственного процесса приводит к перестройке и коррекции моторного действия, в результате чего в создавшейся ситуации эксплуатируемый ручной инструмент может оказаться малоэффективным. Поэтому становится очевидным, что создание рукоятки инструмента, которая была бы идеально универсальной, невозможно и не имеет смысла. Большинство производителей ручного инструмента при его проектировании ориентируются на удобство эксплуатации и эффективность при выполнении близких по содержанию и форме трудовых операций. Проблема универсальности инструмента частично решается производителями путем выпуска продукции нескольких размеров, наличием возможности регулировать параметры для конкретных условий трудовых операций.

Другим примером эргономических разработок являются рукоятки круглого сечения — рукоятки отверток, сельскохозяйственных инструментов, органов управления, перекладины, грифы штанг, перила, мебельные ручки и др. На рис. 6.5 приведены значения эргономических рекомендаций с учетом биомеханических особенностей хвата кистью руки рукояток различных форм. Даны оптимальные, максимальные и минимальные значения рукояток, применяемых в различных условиях и ситуациях.

Рис. 65. Оптимальные, максимальные и минимальные размеры рукояток сферической и цилиндрической форм при захвате ладонью, мм.

Эргономические усовершенствования отверток касаются в первую очередь формы рукоятки и материалов, из которых они изготовляются. Большинство рукояток отверток удлиненной грушевидной формы, в основном круглого сечения, с максимальным диаметром ближе к торцу, который переходит в полусферу. От размеров, формы (максимального диаметра и полусферы) и материала, из которого изготовлена рукоятка отвертки, зависят площадь контакта рукоятки с ладонью руки, качество «сцепления» (фрикционные свойства) поверхностей ладони с рукояткой и момент силы, передаваемой стержню в точке контакта с заворачиваемой деталью. Ближе к месту соединения со стержнем рукоятка отвертки имеет минимальный диаметр, что позволяет быстро заворачивать пальцами винт до момента затягивания, а затем затянуть, используя максимальные возможности диаметра рукоятки и «сцепления» (площади контакта) с ладонью. Определенные требования предъявляются к материалам, из которых изготовляются рукоятки. Большинство эргономических рукояток сделаны из пластических материалов, имеющих необходимую прочность, эластичность, шероховатость и химическую нейтральность к нефтепродуктам и растворителям. В зависимости от функционального назначения отвертки могут быть изменены форма рукоятки и применяемый материал. Например, рукоятка может иметь вставки из резины для повышения сцепления с ладонью при выполнении операций силового характера. Отвертки большинства производителей выпускаются не с идеально круглым сечением рукоятки, а с неярко выраженными гранями, что не дает отвертке скатываться с наклонной плоскости. Почти все выпускаемые в последнее время отвертки имеют сквозные отверстия в конце рукоятки для хранения в подвешенном состоянии. Иногда в эти отверстия вставляется подходящий предмет для увеличения длины рычага с целью повышения момента силы кручения. Встречаются также отвертки с деревянной ручкой и отвертки, стержни которых проходят сквозь рукоятку и заканчиваются металлическим набалдашником, по которому можно производить удары молотком. Наблюдения за рабочими, использующими отвертки при сборке, показали, что закручивающие движения с прямой рукой могут привести к травме локтевого сустава. Наиболее безопасной является операция закручивания отверткой при угле между плечом и предплечьем 90°.