7-4. Procedura projektowania systemów „człowiek – obiekt techniczny”

• Projektowanie systemów C–OT jest iteracyjnym procesem twórczym, który obejmuje analizę problemów, generowanie wariantów rozwiązań, ich ocenę i podejmowanie decyzji.
• Proces ten powtarza się na różnych poziomach szczegółowości, w miarę dojrzewania koncepcji.

7-4. slajd 1

Etapy projektowania z uwzględnieniem czynnika ludzkiego

Etap 1: Formułowanie zadania

• Analiza dostępnych danych (w tym z istniejących podobnych systemów).
• Sformułowanie celu istnienia systemu.
• Opracowanie listy wymagań technicznych oraz oczekiwań użytkowników.

7-4. slajd 2

Etap 2: Projekt koncepcyjny

• Identyfikacja głównych problemów.
• Określenie funkcji systemu oraz struktury funkcji cząstkowych.
• Wstępny rozdział funkcji między człowieka a maszynę.
• Tworzenie schematów funkcjonalnych, analiza informacji, określenie liczby operatorów.
• Ustalenie kryteriów technicznych, ekonomicznych i społecznych dla oceny wariantów.

Etap 3: Przygotowanie projektu (projekt wstępny)

• Zbieranie danych ergonomicznych o człowieku.
• Synteza zadań w strukturę działań operatora.
• Określenie przeciążeń i stopnia niezawodności człowieka.
• Precyzyjny podział funkcji, projektowanie środowiska pracy, instrukcji technologicznych i montażowych.

Etap 4: Projekt realizacyjny

• Przygotowanie komponentów technicznych do współpracy z operatorem.
• Opracowanie metod szkolenia i doboru operatorów.
• Sporządzenie pełnej dokumentacji technicznej, produkcyjnej i eksploatacyjnej.

7-4. slajd 3

Kryteria strategiczne ergonomii w projektowaniu (E1–E4)

Projektowanie systemów C–OT powinno uwzględniać kolejność następujących ergonomicznych aspektów:

Podejście systemowe

• Kluczowe jest integrowanie człowieka i maszyny w jeden system techniczno-decyzyjny.
• Podejście antropotechniczne wymaga holistycznego uwzględniania czynnika ludzkiego od etapu koncepcji aż po realizację.

7-4. slajd 4

 Projektowanie systemów „człowiek – obiekt techniczny – otoczenie” (C–OT–O) opiera się na czterech fundamentalnych racjach istnienia systemu:

• Racje celowości technicznej – dlaczego system powstaje i jaki ma spełniać cel?
• Racje technologiczne – czy system można wykonać w danych warunkach?
• Racje ekonomiczne – czy jego realizacja i eksploatacja jest opłacalna?
• Racje polityczno-społeczne – czy projekt uwzględnia potrzeby społeczne i nie szkodzi użytkownikowi?

Kluczowe założenie: człowiek ma ograniczone możliwości psychofizyczne, natomiast możliwości rozwoju technologii są niemal nieograniczone – dlatego tak ważna jest ergonomia i bezpieczeństwo pracy.

Dwie główne zasady projektowe (wg Osińskiego i Wróbla):

• Zasada I: Projekt musi spełniać wymagania norm, przepisów i oczekiwań użytkowników.
• Zasada II: Projekt powinien być optymalny względem przyjętych kryteriów (technicznych, ekonomicznych itp.).

7-4. slajd 5

Nowoczesne projektowanie organizacji pracy dąży do humanizacji procesów – tak, by dostosować pracę do możliwości i potrzeb człowieka.

Trzy kierunki zmian organizacyjnych:

• Projektowanie zadań (kształtowanie treści pracy)
• Doskonalenie organizacji pracy
• Zespoły pracy wysokiej jakości

7-4. slajd 6

Techniki kształtowania treści pracy:

• Rotacja stanowisk – pracownik zmienia miejsce pracy.
• Rozszerzanie pracy – łączenie zadań w większe moduły.
• Wzbogacanie pracy – dodawanie funkcji kontrolnych, decyzyjnych.
• Autonomiczne grupy robocze – zespoły z większą samodzielnością i odpowiedzialnością.

Socjotechniczne projektowanie pracy (ergonomia organizacyjna):

Projektowanie z wykorzystaniem wiedzy z nauk behawioralnych – na poziomie całej organizacji. Obejmuje takie zasady, jak:

Zespoły pracy wysokiej jakości

• Nowoczesne technologie, takie jak FMS (elastyczne systemy wytwarzania) i CIM (komputerowo zintegrowana produkcja), umożliwiają łączenie zalet produkcji masowej i jednostkowej, dając większą różnorodność pracy i podnosząc jej jakość.

7-4. slajd 7

Wymagania ergonomiczne (wg PN-83/N-08015)

Wymagania ergonomiczne to normatywne zasady dostosowania obiektów technicznych i środowiska do możliwości anatomicznych i psychofizycznych człowieka. Norma wyróżnia cztery kategorie:

• Antropometryczne – dopasowanie do wymiarów ciała (wzrost, zasięg ramion, masa itp.).
• Fizjologiczne – dopasowanie do fizjologii (np. siły mięśni, układu oddechowego).
• Psychofizyczne – dostosowanie do funkcjonowania zmysłów (wzrok, słuch, dotyk).
• Higieniczne – dostosowanie środowiska pracy, by ograniczyć szkodliwe czynniki (np. hałas, temperatura).

Uwaga: Norma nie obejmuje takich aspektów jak:

• Trening i przygotowanie człowieka do pracy (np. symulatory, kursy).
• Ocena stanu psychofizycznego operatora.

Wytyczne projektowania elementów systemu pracy (wg PN-81/N-08010)

Norma określa ergonomiczne zasady projektowania systemu pracy, który obejmuje:

• Człowieka
• Środki pracy (np. maszyny, narzędzia)
• Przestrzeń i środowisko pracy
• Proces pracy

Wytyczne dotyczą projektowania:

• Przestrzeni i środków pracy
• Środowiska pracy
• Procesu pracy

Projekt musi uwzględniać wszystkie elementy systemu C–OT–O.

7-4. slajd 8

Projektowanie środków i przestrzeni pracy

Wymagania ergonomiczne dotyczą:

• Wymiarów ciała – przestrzeń robocza dostosowana do wzrostu, zasięgu ruchów,
• Postawy i ruchów – unikanie nadmiernych obciążeń fizycznych,
• Percepcji człowieka – szczególnie przy projektowaniu:
  • sygnałów,
  • wskaźników,
  • elementów sterujących.

Projektowanie urządzeń:

• Informacyjnych – zgodnie z percepcją (liczba, rozmieszczenie, kształt, kontrast),
• Sterujących – zgodnie z możliwościami motorycznymi (zręczność, siła, szybkość).
  Krytyczne pozycje muszą być zabezpieczone przed przypadkowym użyciem.

Projektowanie środowiska pracy

Środowisko to nie tylko czynniki fizyczne i chemiczne, ale też biologiczne, społeczne i kulturowe (choć dwa ostatnie nie są objęte normą).

Ważne czynniki:

• Wentylacja i skład powietrza
• Temperatura
• Oświetlenie
• Hałas, drgania, promieniowanie
• Czynniki szkodliwe dla zdrowia
• Środki ochronne

Środowisko ma sprzyjać zdrowiu i wydajności oraz utrzymać zdolność i chęć do pracy.

Projektowanie procesu pracy

Celem jest:

• Ochrona zdrowia
• Bezpieczeństwo
• Dobre samopoczucie pracownika
• Skuteczna realizacja celu pracy

Rekomendacje normy PN-81/N-08010:

• Wzbogacanie i różnicowanie pracy
• Rotacja czynności
• Przerwy w pracy (zorganizowane i spontaniczne)

Podział założeń ergonomicznych (wg slajdu 9):

Założenia dotyczą:

1. Systemu C – OT – O jako całości,
2. Relacji systemu z otoczeniem dalszym (np. społeczeństwo, środowisko naturalne),
3. Podsystemu „człowiek” (operator, użytkownik),
4. Podsystemu „obiekt techniczny” (maszyna, urządzenie),
5. Podsystemu „otoczenie” (środowisko pracy),
6. Podsystemu celowego (czyli celu działania całego systemu),
7. Relacji między podsystemami (interakcje, współpraca),
8. Celu istnienia systemu C – OT – O.

Opracowując założenia, należy korzystać z:

• obowiązujących norm,
• wyników badań,
• doświadczeń projektowych,
• dobrej praktyki inżynierskiej.

7-4. slajd 9

Zasady kształtowania bezpieczeństwa pracy i ochrony zdrowia

Zasada 1: Konstrukcja OT musi być bezpieczna przez cały cykl życia

• OT nie może stanowić zagrożenia dla ludzi i środowiska – także po złomowaniu.
• Projektant musi brać pod uwagę możliwe niewłaściwe użycie, wynikające m.in. z:
  • świadomych działań użytkownika,
  • reakcji obronnych w razie awarii,
  • skrótów w pracy (np. „na skróty”),
  • zachowań dzieci czy osób niepełnosprawnych.

Zasada 2: Eliminacja lub ograniczanie zagrożeń

Projektant ma obowiązek:

• identyfikować i analizować czynniki niebezpieczne i szkodliwe,
• prognozować ryzyko,
• stosować:
  • Środki techniczne (eliminujące lub ograniczające czynniki),
  • Środki ochrony przed nieusuwalnymi zagrożeniami,
  • Szkolenia i ostrzeżenia dla użytkowników o pozostałych zagrożeniach.

Zasada 3: Projektowanie z myślą o sytuacjach nietypowych

• OT powinien być zaprojektowany tak, aby nieprawidłowe użycie nie prowadziło do zagrożenia.
• Potencjalne zagrożenia muszą być opisane w dokumentacji technicznej.

Zasada 4: Redukcja uciążliwości dla użytkownika

• OT powinien być wygodny, intuicyjny i nie powodować nadmiernego zmęczenia.
• Projektowanie z uwzględnieniem ergonomii zmniejsza ryzyko wypadków.

Zasada 5: Uwzględnianie środków ochrony osobistej

• Projekt musi przewidywać konieczność użycia OPP (środków ochrony indywidualnej),
• Ochrona musi być wcześniej zaplanowana i ergonomicznie dopasowana,
• Zmniejsza to dyskomfort i zwiększa skuteczność ochrony.

7-4. slajd 10

Podsumowanie:

Ergonomia w projektowaniu to nie tylko dostosowanie do człowieka, ale także kompleksowe zapewnienie bezpieczeństwa, komfortu i efektywności. Projektant musi uwzględnić zarówno warunki normalne, jak i sytuacje wyjątkowe, przewidzieć błędy użytkownika i ich konsekwencje.

Założenia techniczno-ekonomiczne uwzględniające wymagania ergonomii

Cel etapu projektowania techniczno-ekonomicznego:

Opracowanie założeń zapewniających:

• ochronę zdrowia użytkowników,
• ochronę środowiska,
• ergonomię i bezpieczeństwo podczas eksploatacji obiektów technicznych i stanowisk pracy.

Kluczowe elementy założeń (wg slajdu 11):

• Przeznaczenie maszyny / stanowiska:
  • Funkcje technologiczne,
  • Zakres zastosowania,
  • Środowisko pracy i jego zmienność.
• Charakterystyka użytkowników:
  • Wiek, płeć, sprawność fizyczna i psychiczna.
• Podział zadań:
  • Operator vs. maszyna – uwzględnienie ich możliwości.
• Uwarunkowania ergonomiczne:
  • Przestrzenne, siłowe, funkcjonalne.
• Infrastruktura techniczna:
  • Zasilanie energetyczne,
  • Miejsca instalacji i zakres ruchów roboczych.
• Ograniczenia czasowe:
  • Przewidywana trwałość techniczna maszyny i jej elementów.
• Scenariusze użytkowania:
  • Normalna praca, czynności operatora, możliwe awarie.
• Identyfikacja zagrożeń:
  • Źródła i czynniki ryzyka oraz ich oddziaływanie na człowieka.
• Czas ekspozycji i ocena ryzyka:
  • Skutki zdrowotne, prawdopodobieństwo urazu, stopień uciążliwości.

7-4. slajd 11

Dodatkowe wymagania techniczne (slajd 12):

• Ograniczenie przeciążeń i zagrożeń (np. zawory, bezpieczniki, wyłączniki awaryjne).
• Układy sterowania przyjazne użytkownikowi.
• Bezpieczne systemy pneumatyczne i hydrauliczne.
• Liczba i rozmieszczenie wyłączników awaryjnych.

7-4. slajd 12

Wymagania środowiskowe (slajd 13):

Organizacja stanowiska pracy musi ograniczać czas ekspozycji na:

• hałas,
• drgania,
• promieniowanie,
• złe oświetlenie,
• urazy mechaniczne.

7-4. slajd 13

Wymagania bezpieczeństwa (dla systemu C–OT–O):

Technika bezpośrednia:

• pewne przetrwanie systemu,
• ograniczona zawodność,
• redundancja (nadmiarowość układów).

Technika pośrednia:

• systemy ochronne, dozorowe i ostrzegawcze.

System musi chronić nie tylko użytkownika głównego, ale i osoby postronne.

Wymagania dot. odbioru bodźców i interakcji:

• Grupowanie informacji wg funkcji, ważności, częstotliwości,
• Optymalne rozmieszczenie elementów sterowania,
• Dostosowanie interfejsu do percepcji i ruchu człowieka.

Obciążenie organizmu – fizyczne i psychiczne:

Fizyczne:

• niewłaściwa pozycja ciała,
• zbyt ciężkie przedmioty,
• zbyt częste powtórzenia.

Psychiczne:

• nadmiar lub niedobór informacji,
• monotonia lub nadmiar bodźców,
• izolacja społeczna,
• złe relacje w zespole.

Długotrwały stres i zmęczenie mogą pogłębiać problemy mięśniowo-szkieletowe.

Podstawowe elementy ergonomicznego stanowiska:

• Pozycja przy pracy,
• Siła potrzebna do operacji manualnych,
• Czas utrzymania pozycji ciała,
• Wydatek energetyczny,
• Organizacja pracy.

Podsumowanie:

Założenia techniczno-ekonomiczne muszą uwzględniać wszystkie aspekty ergonomii, w tym:

• bezpieczeństwo konstrukcji,
• zdrowie i możliwości użytkownika,
• warunki środowiskowe,
• interakcję człowieka z maszyną,
• obciążenie fizyczne i psychiczne.

 Norma PN-91/N-08019

• Określa zasady uwzględniania czynników ergonomicznych w dokumentacji technicznej systemów pracy.
• Ma na celu zwiększenie ergonomiczności projektowanych obiektów.

Dokumentacja techniczna powinna zawierać:

• Rysunki złożeniowe stanowisk pracy operatorów.
• Rysunki zespołów funkcjonalnych, pokazujące relacje przestrzenne i siłowe człowiek–maszyna.
• Program prób i badań ergonomicznych prototypu.

Zasady wykonywania dokumentacji:

• Liczba rysunków = liczba stanowisk pracy operatorów.
• Sylwetki operatorów należy przedstawiać wg PN-82/N-01616 i PN-90/N-08000:
  • Minimalne i maksymalne wartości progowe (np. wzrost, zasięg ramion).
  • Uwzględniać płeć operatora.
• Oznaczenia:
  • Granice zasięgu rąk (PN-80/N-08001) i ruchu stóp (PN-80/N-08002) – linia dwupunktowa cienka.
  • Granice widoczności – linia ciągła cienka.
  • Położenia elementów sterowniczych – linia dwupunktowa cienka.

7-4. slajd 8

Opis elementów sterowniczych powinien zawierać:

• Przeznaczenie.
• Siły/moment uruchomienia.
• Kierunki przyłożenia siły (graficznie).
• Czas działania i częstotliwość uruchomienia.

Znaczenie dokumentacji:

• Potwierdza przestrzeganie przepisów ergonomicznych, co jest obowiązkiem projektanta wynikającym z kodeksu pracy.

System ochrony pracy

• Ochrona pracy obejmuje:
  • Normy prawne.
  • Środki techniczne, organizacyjne i badawcze.
• Celem jest ochrona życia i zdrowia pracownika oraz zapewnienie optymalnych warunków pracy (ergonomia, fizjologia, psychologia).
• System normalizacji to narzędzie wspierające ten proces, obejmujące:
  • Normy.
  • Wytyczne.
  • Zalecenia i publikacje.

Rodzaje norm:

• Typ A – pojęcia podstawowe.
• Typ B1 – czynniki bezpieczeństwa.
• Typ B2 – środki zapewniające bezpieczeństwo.
• Typ C – szczegółowe wymagania dotyczące konkretnych maszyn.

Uwaga: Normy typu C są najłatwiejsze do zastosowania, ponieważ odnoszą się bezpośrednio do konkretnego obiektu technicznego.

Znaczenie znajomości norm:

• Projektanci muszą znać zarówno normy, jak i wyniki badań eksploatacyjnych.

1. Bezpieczeństwo pracy i ergonomia. Red. nauk. D. Koradecka. T.1-2. Warszawa, CIOP 1999.
2. Dietrych J.: System i konstrukcja. Warszawa, WNT 1978.
3. Górska E., Tytyk E.: Ergonomia w projektowaniu stanowisk pracy. Podstawy teoretyczne. Warszawa, OWPW 1998.
4. Górska E., Tytyk E.: Ergonomia w projektowaniu stanowisk pracy. Materiały pomocnicze do ćwiczeń projektowych. Warszawa, OWPW 1996.
5. Kotik M.A.: Kurs inżyniernoj psichołogii. Tallin, Bałgus 1978.
6. Krick E.V.: Wprowadzenie do techniki i projektowania technicznego. Warszawa, WNT 1975.
7. Pahl G., Beitz W.: Nauka konstruowania. Warszawa, WNT 1984.
8. Projektoznawstwo. Red. nauk. W. Gasparski. Warszawa, WNT 1988.
9. Słowikowski J.: Metodyka i stosowanie projektowania ergonomicznego w budowie maszyn. W: Materiały IV Konferencji: Okrętownictwo i Oceanotechnika. Międzyzdroje, Wyd. PSz. 1998.
10. GEDLICZKA A.: Atlas miar człowieka - Dane do projektowania i oceny ergonomicznej, Wyd. Centralnego Instytutu Ochrony Pracy, Warszawa 2002.
11. NOWAK E.: Atlas antropometryczny populacji polskiej – dane do projektowania. Wyd. Instytutu Wzornictwa Przemysłowego, Warszawa 2000.
12. SŁOWIKOWSKI J.: Ergonomia w pracach badawczo-rozwojowych w budowie maszyn. Materiały VII Konferencji: Okrętownictwo i Oceanotechnika, - Transport zintegrowany, Wyd. Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, 2004, s.223÷230.
13. TYTYK E.: Projektowanie ergonomiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
14. Polska Norma PN-EN 614-1i 2 Maszyny. Bezpieczeństwo. Ergonomiczne zasady projektowania.
15. PN-EN ISO 6385:2016-12 Zasady ergonomii w projektowaniu systemów pracy.
16. PN-80/N-08001 Dane ergonomiczne do projektowania. Granica zasięgu rąk. Wymiary.
17. PN-80/N-08002 Dane ergonomiczne do projektowania. Granice ruchu stopy. Wymiary kątowe.
18. PN-81/N-08010 Ergonomiczne zasady projektowania systemów pracy.
19. PN-82/N-01616 Rysunek techniczny, Linie rysunkowe.
20. PN-90/N-08000 Dane ergonomiczne do projektowania. Wymiary ciała ludzkiego.
21. PN-91/N-08019 Ergonomia. Dokumentacja techniczna systemów pracy. Wymagania.