ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие агропромышленного комплекса Российской Федерации предусматривает устойчивый рост сельскохозяйственного производства за счет повышения производительности и безопасности труда на предприятиях всех форм собственности, которые непосредственно зависят от ускорения научно-технического прогресса, улучшения условий труда и снижения травматизма операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения при выполнении ими основных технологических процессов в агропромышленном комплексе (АПК) России.
Следует отметить, что в отрасли сельского хозяйства удельный вес травматизма с летальным исходом среди операторов мобильных сельскохозяйственных машин составляет около 13 % от всех погибших на производстве [1, 3], а из общего числа травмированных водителей, в среднем, в 78 % случаев совершения ими опасных действий происходили по вине самих водителей (приложение А). Одной из причин такого положения является недостаточная изученность факторов опасности при выполнении технологических процессов (предпосевная обработка почвы, уборка урожая, транспортировка грузов и пассажиров и др.).
Известно также, что безопасность системы «оператор-машина-среда» зависит от факторов опасности, заложенных в каждой из ее подсистем, то есть -операторе, машине, среде. Каждая из подсистем охватывает большое количество факторов опасности, которые в определенной мере отображены в ГОСТах и ОСТах системы стандартов безопасности труда. Однако, до настоящего времени алгоритм поиска факторов опасности, вызываемых функционированием системы «оператор-машина-среда» при выполнении технологического процесса весьма мало изучен.
Процесс трудовой деятельности механизатора, с позиции безопасности его труда, можно рассматривать как систему «оператор-машина-среда», то есть - как сложную кибернетическую систему со многими прямыми и обратными связями.
Улучшение условий труда и снижения травматизма операторов мобильных колесных сельскохозяйственных машин при выполнении технологических процессов в АПК является сложной проблемой, так как ее решение находится на стыке технических, экономических, биологических, психологических и целого рядя других наук. Проблема обеспечения операторов безопасными безвредными условиями труда с целью снижения травматизма в технологическом процессе сельскохозяйственного производства, требует учета совместного функционирования биологического (человека) и технического (машины) объектов.
Усиление роли человеческого фактора предполагает решение ряда социально-экономических задач. Одна из задач - повышение эффективности использования высокопроизводительной сельскохозяйственной техники путем улучшения условий труда при ее эксплуатации.
Особенностью сельскохозяйственного производства является условие его проведения при постоянно изменяющихся параметрах производственной среды, которая, в свою очередь, является продуктом природных процессов и производственной деятельности человека. Подавляющее большинство из сельскохозяйственных технологических машин являются мобильными — снабженными пневматическими колесными движителями. Использование этих машин происходит в различных условиях:
- на поверхности с малой несущей способностью (поле, пахота, заболоченная луговина, размытые грунтовые и полевые дороги, глубокий снег и др.);
- на поверхности с высокой несущей способностью (автомобильные асфальтобетонные дороги, дороги с щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги и др.).
При этом одни и те же машины эксплуатируются как на опорных поверхностях с малой несущей способностью, так и на твердых дорогах. Соотношение поверхностей качения для колесных машин различно. Так, до 95 % технологических машин (зерноуборочные и кормоуборочные комбайны и др.) работают в условиях поля, и только 5 % - в условиях дорог с твердым покрытием. Транс-
8
портные машины, используемые на перевозе выращенного урожая и других грузов по поверхностям с малой несущей способностью, распределяются следующим образом: тракторы - 60...65 %, автомобили - 35...40 %, а на опорных поверхностях с высокой несущей способностью это соотношение выглядит иначе: тракторы 40...35 %, автомобили - до 60 % [2, 27,28].
В то же время, в силу физиологических и экономических причин, возможности адаптации человека и машины к естественным колебаниям параметров производственной среды весьма ограничены. Возникающие в связи с этим рассогласования между отдельными элементами системы «оператор-машина-среда» приводят к резкому возрастанию числа технических и технологических отказов, которые ухудшают условия труда оператора, тем самым, подвергая его травмированию в период технологического процесса сельскохозяйственного производства.
Известно также, что центральное место при изучении вопроса вероятности травмирования людей системы «оператор-машина-среда» занимает подсистема «оператор», то есть конкретный исполнитель, участвующий в процессах управления машиной, выполнения технологических операций в конкретной производственной среде. Это подтверждается статистическими данными о травматизме на сельскохозяйственном производстве, которые свидетельствуют о том, что около 30 % всех несчастных случаев происходят по причине ошибочных действий оператора при выполнении операций в течение всего технологического процесса [2].
Низкий уровень безопасности технологического процесса в АПК усугубляется еще и тем, что средства безопасности, устанавливаемые на сельскохозяйственные машинах, разрабатываются без учета физиологически предопределенной вероятности принятия оператором ошибочных действий. Кроме того, отсутствует возможность отключения указанных средств безопасности в случае увеличения трудоемкости обслуживания системы или узла.
Уровень безопасности технологических процессов в АПК формируется многими ведомствами страны, однако, целостной научной концепции данной
проблемы не разработано, а системные исследования этой проблемы требуют развития, что в итоге приводит к огромному социальному и материальному ущербу от травматизма и профессиональной заболеваемости. Это связано с тем, что до настоящего времени недостаточно полно разработаны методики интегральных количественных оценок безопасности мобильных сельскохозяйственных машин на стадии их разработки, испытании и эксплуатации. Это в полной мере относится и к операторам мобильных машин на стадии их начальной профессиональной подготовки в государственных образовательных учреждения, а также к производственной среде в реальных условиях сельскохозяйственного производства. Отсюда следует, что исследование и совершенствование методов и средств повышения условий труда операторов системы «оператор-машина-среда», обеспечивающих безопасность технологических процессов в АПК, является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Цель работы. Улучшение условий труда и снижение травматизма операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения.
Объект исследования. Процесс формирования безопасности оператора мобильной колесной машины сельскохозяйственного назначения.
Предмет исследования. Установление закономерностей влияния организационно-технических мероприятий на уровень риска травмирования оператора мобильной колесной машины сельскохозяйственного назначения.
Методика исследования. В качестве основных методик применялись: логика научных исследований, элементы методов инженерно-психологических и эргономических исследований, методы оптимизации, математического и физического моделирования, хронометражные работы и т.д. В результате были разработаны частные методики лабораторных исследований с использованием планирования эксперимента, производственных испытаний машин, устройств и приспособлений. Все расчеты выполнены с использованием ЭВМ.
Научная новизна:
- теоретически и экспериментально обоснован критерий вероятности
10
технологического риска травмирования оператора мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения с учетом показателя его профессиональной квалификации;
- впервые экспериментально определен показатель для оценки профессиональной пригодности операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения по индивидуально-типологическим особенностям личности;
- предложены способ и конструкция автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала.
Практическая значимость:
- использование предложенной методики оценки профессиональной пригодности операторов по индивидуально-типологическим особенностям личности позволило снизить их травматизм на 10... 11 %;
- разработанное тренажерное устройство позволяет активизировать процесс формирования безопасности операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения в условиях приближенных к реальным условиям их эксплуатации;
- предложенный критерий оценки вероятности технологического риска травмирования оператора с учетом показателя его профессиональной квалификации позволяет оценить эффективность процесса профессиональной подготовки при тренаже и сократить его время на 20...30 %;
- обоснованы и предложены инженерные решения: модернизированное тренажерное устройство и автоматический самоблокирующийся простой шестеренчатый дифференциал, направленные на повышение производительности и безопасности труда операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения.
Реализация результатов исследования:
- результаты исследования по обоснованию методики оценки профессиональной пригодности по индивидуально-типологическим особенностям личности при допуске к работе операторов мобильных колесных машин сельскохо-
11
зяйственного назначения используются в процессе обучения студентов Челябинского государственного агроинженерного университета на кафедре «Эксплуатация автомобилей и производственное обучение», рабочих и специалистов факультета повышения квалификации при ЧГАУ;
- разработанный метод тренажа, применяемый в процессе профессиональной подготовки и включающий в себя использование тренажерного устройства, а также техническое решение - механизма автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала, повышающего проходимость колесных машин, - внедрены в АОЗТ «Чесменское» - с. Чесма, Чесменский р-н, Челябинская обл.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных международных научных конференциях: ЧГАУ (г. Челябинск 2002-2004 гг.), КазНТУ (г. Алматы 2002 г.), КГСХА (г. Курган 2004 г.), ВНИИ ОТ (г. Орел 2004 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 15 работах. На защиту выносятся:
- критерий вероятности технологического риска травмирования операто-, ра мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения в технологическом процессе с учетом показателя профессиональной квалификации;
- показатель для оценки профессиональной пригодности операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения по индивидуально-типологическим особенностям личности;
- критерий вероятности технологического риска травмирования оператора мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения от правильности и времени выполнения оператором управленческих воздействий;
- обоснование и конструкция механизма автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала, повышающего проходимость мобильных колесных машин.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 159 наименований и содержит 130 страниц машинописного текста, включая 62 рисунка, 9 таблиц, 7 приложений.
12 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Социально-экономические аспекты улучшения условий труда и снижения травматизма операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения
Производственный травматизм у профессионально непригодных кандидатов на должность оператора мобильной машины на 40...50 % выше, чем у лиц, соответствующих данным профессиональным требованиям, а производительность труда значительно ниже и может поддерживаться на высоком уровне лишь ценой значительных затрат организма, что приводит к повышенной заболеваемости и раннему выходу на пенсию. Профессиональная непригодность препятствует овладению многими специальностями, причем отсев на стадии обучения даже среди массовых профессий составляет 10...20 %, а в отдельных случаях - 40...60 % и выше, и служит причиной увольнения до 23 % работающих [4].
В связи с этим возникает вопрос о внедрении в процесс подготовки и обучения квалифицированного персонала систему профессионального отбора.
Особое значение приобретает психофизиологический отбор на профессию операторов мобильных машин, наиболее отличительными чертами которого является возможность возникновения экстремальных ситуаций, связанных с необходимостью принятия нестандартных и сложных решений в условиях ограниченного времени (например, при движении на быстроходных транспортных машинах по дорогам с усовершенствованным покрытием), поддержанием постоянной готовности к экстренным действиям, а иногда с высокой вероятностью возникновения несчастных случаев. Известно, например, что до 30 % аварий на сельскохозяйственном производстве связано с недостаточной профессиональной пригодностью и обученностью операторов, а у водителей эти факторы обусловливают до 70 % всех дорожно-транспортных происшествий [5]. Эта ситуация ежегодно усугубляется в связи с увеличением численности автотранспортных средств и других мобильных машин, а это сопровождается воз-
13
растанием интенсивности движения, что требует от оператора еще большего профессионального мастерства.
Учеными еще не достаточно накоплен опыт исследований в области теории, методологии и практического внедрения работ по профессиональному отбору операторов мобильных машин. Данные научных работ, выполненных в последние годы, показывают, что наиболее эффективно профессиональный отбор проводится с использованием комплексных методических подходов, включающих изучение индивидуальных свойств нервной системы, особенностей личности, психических процессов и т.д. [6, 7].
Следует отметить, что указанные методы профессионального отбора осуществляются при подготовке пилотов воздушного транспорта, оперативно-диспетчерского персонала, операторов автоматизированных производств и взрывоопасных энергоустановок, контролеров и т.п. Однако, при подготовке же механизаторов такие профессиональные отборы практически отсутствуют или проводятся в недостаточном объеме, а учитываются только медицинские показатели пригодности к данной профессии [8, 9, 10]. Поэтому вопросы изучения и прогнозирования профессиональной пригодности операторов машин в настоящее время далеки от полного решения и применения. Несмотря на достаточное число исследований, до сих пор отсутствуют единые теоретические и методологические принципы профессионального отбора, что затрудняет установление специального подхода к профессиональному психофизиологическому отбору специалистов операторского профиля деятельности.
В настоящее время условия выполнения механизированных работ и использования техники в сельскохозяйственном производстве существенно отличается от дореформенных. Прежде всего, значительно сократилась техническая оснащенность сельхозтоваропроизводителей всех форм собственности. На рис. 1.1 представлен график технической оснащенности Агропромышленного Комплекса России (АПК) базовыми техническими средствами (тракторы, зерно- и кормоуборочные комбайны) за 1985-2001 гг.
14
1600. 1400 -1200
ь 1000 -| 800 -н 600 400 -200 -0
1985 1990 1995 1997 1998 1999 2000 2001 годы
Рис. 1.1. Техническая оснащенность АПК России базовыми техническими средствами: 1 -тракторы; 2 - зерно- и кормоуборочные комбайны
Анализ диаграммы показывает, что, начиная с 1990 г. происходит интенсивное снижение числа базовых технических средств (тракторов, зерно- и кор-моуборочных комбайнов). Количество базовых технических средств АПК России, имеющихся в 1985 и в 2001 гг. снизилось в среднем более чем в 2,0...2,5 раза, а производство данной техники за последние 5...7 лет — в десятки раз. Такое же наблюдается и с другой мобильной техникой: грузовыми автомобилями, мелиоративными машинами, специальными автомобилями, самоходными косилками и др. [2, 3].
Необходимо отметить, что имеющиеся базовые технические средства значительно изношены: около 70 % сельскохозяйственной техники выработали установленные сроки эксплуатации, до 80 % тракторов - базовые модели возрастом 15 и более лет. По данным ГОСНИТИ, 60 % тракторов и около 45 % зерноуборочных комбайнов в хозяйствах использовались более 10 лет. Это в полной мере можно отнести и к другой мобильной сельскохозяйственной технике [5, 7].
Уменьшилась покупательная способность сельхозтоваропроизводителей в приобретении технических средств вследствие диспаритета цен на сельскохозяйственную продукцию и технику. На рис. 1.2 представлена динамика приобретения техники по годам сельхозтоваропроизводителями в Российской Федерации.
15
1985 1990 1995 1997 1998 1999 2000 2001
Рис. 1.2. Динамика приобретения сельскохозяйственной техники в Российской Федерации: 1- тракторы; 2-грузовые автомобили; 3-зерноуборочные комбайны
Приобретение тракторов в 2001 г., по сравнению с 1985 г., сократилось в 15, грузовых автомобилей - в 6,5, комбайнов зерноуборочных - в 9 раз.
Основные указанные причины привели к тому, что машинно-тракторный парк сельского хозяйства в настоящее время находится на грани полной выработки технического ресурса. Нагрузка на практически полностью изношенную технику значительно возросла и в 2...3 раза превышает нормативные данные.
Анализ литературных источников по данному вопросу показывает, что условия труда, в которых работают операторы по управлению сельскохозяйственной техникой, меняются не только в течение агротехнических сроков, но и даже в течение одной смены. В последние годы резко повысился травматизм, увеличилось число профессиональных заболеваний и несчастных случаев у операторов при работе на мобильных сельскохозяйственных машинах, значительно снизились показатели производительности и экономичности машин.
По данным исследований, водитель транспортного средства в течение рабочего дня (7...8 ч) совершает до 6000 трудовых операций, а в минуту выполняет от 30 до 120 движений [11].
Выполнение этих действий и операций значительно усложняется при работе операторов на изношенной технике. Это в свою очередь приводит к повышению утомляемости оператора мобильных сельскохозяйственных машин и в целом к снижению производительности и уровня безопасности оператора в
16
технологическом процессе.
Одной из причин увеличения нагрузки на оператора мобильных сельскохозяйственных машин при выполнении технологических регулировок является уменьшение количества квалифицированных инженерно-технических кадров, слесарей по ремонту и техническому обслуживанию, токарей и других специалистов по поддержанию техники в работоспособном состоянии.
Такие ученые, как М.А. Котик, Ю.С. Боровер, В.М. Мишурин, И.Н. Назимов, К.М. Гуревич, К. Кобаяси, А.И. Вайсман, Л.А. Ингберг, Л.К. Галанова и др. при изучении профессиональной подготовки кандидатов на должность операторов мобильных машин в своих исследованиях описывают методы прогнозирования профессиональной пригодности с учетом анализа медицинских, образовательных, социальных и других вопросов [12]. Однако, они не в полной мере учитывали некоторые факторы, связанные с индивидуально-типологическими особенностями личности, что играет немаловажную роль. Кроме того, при рассмотрении вопросов безопасности и охраны труда исследователи мало уделяли внимания приобретению практических навыков на учебно-тренировочных полигонах, что значительно снижает ценность их работ.
1.2. Основные источники травмирования операторов при выполнении
технологического процесса
Основные механизированные работы в сельскохозяйственном производстве выполняются мобильными колесными машинами сельскохозяйственного назначения (тракторы, комбайны, грузовые и легковые автомобили, мелиоративные, поливальные машины и др.). Преимущество колесной техники заключается в ее высокой маневренности и производительности, возможности транспортировки пассажиров и грузов на большие расстояния. Учитывая это, сельскохозяйственное производство снабжено колесными машинами значительно в большей степени, чем мобильными машинами с другими типами движителей. Скоростные возможности колесных машин, их высокая маневренность и, в определенных условиях, несоответствие окружающей среды условиям движения, нарушение правил техники безопасности, отсутствие достаточно-
17
го навыка в управлении машиной (особенно при выполнении технологического процесса) приводит не только к повышенной утомляемости операторов, но и к их травмированию. Количество травмированных операторов колесных машин в значительной мере больше, чем вместе взятых операторов другой сельскохозяйственной техники.
В процессе производственной деятельности при функционировании системы «О-М-С» оператору сопутствуют следующие основные источники опасности [12, 13]:
- мобильные сельскохозяйственные машины и окружающая производственная среда (схема, рис. 1.3);
Источники опасности в системе «О-М-С» агропромышленного комплекса
Источники опасности в системе «О-М-С»
Мобильные машины сельскохозяйственного назначения
Окружающая производственная среда
3 о.
i
I
О
it
v ОС
§ i
g з i
i s i
Ml
H
§
CQ
о
i i-
2 5
б I §
u <=
и»
"3 Л QJ
is
О
s
91
II
i 2 ? 5
Рис. 1.3. Схема основных источников опасности в сельскохозяйственном производстве
- опасности, возникающие при ведении технологического процесса (схема, рис. 1.4).
Технологические факторы опасности в системе «О-М-С» можно подразделить на следующие группы (схема, рис. 1.5):
- факторы опасности в подсистеме «машина» - сюда следует отнести гидроскольжение, неисправность органов управления, буксование, превышение скоростных режимов и др.;
- факторы производственной среды - загазованность, запыленность, высокая и низкая температура и др.; |
