Зачем рассчитывать эргономику станка и при чём здесь промышленный дизайн?

Представим себе обычную рабочую ситуацию. Есть база данных, в ней лежат какие-то значения, но ей абсолютно невозможно пользоваться. Нужно быстро выгрузить информацию в форму, чтобы быстро закончить с одной задачей и переходить к другой, но вместо этого Вы по полчаса ждёте, пока ваша форма подгрузит данные, параллельно осознаёте, что это время могли потратить ещё на что-то – этот факт очень сильно злит – ещё и начальство давит мол "Быстрее – сроки горят!". Именно так и ощущается плохая и непроработанная эргономика изделия. Сейчас, когда вопрос квалифицированных человеческих ресурсов стоит особо остро, именно эргономика изделия, которая входит в его промышленный дизайн занимает если не решающую, то ключевую роль.

С каждым годом экономика требует всё большую производительность труда, а уставший оператор в ней – это повышенная вероятность брака, поломки инструмента или травма сотрудника. Этот фактор грозит простоем оборудования и временным падением эффективности производства. Масштаб проблемы можно описать следующими цифрами: по данным ВОЗ (2023), заболеваниями поясницы страдают 619 млн человек, и к 2050 году их будет 843 млн, а в Европе на расстройства опорно-двигательного аппарата приходится до 38% (данные EU-OSHA) профзаболеваний. При этом эргономика – одна из немногих инвестиций с измеримой отдачей: исследования дают возврат $3-6 (по обзору исследований эргономических программ) на каждый вложенный доллар, а сравнение эргономичного и обычного сборочного стола (исследование NC State University) показало сокращение цикла минимум на 18% – на том же оборудовании, с теми же людьми.

Историческая справка

Исторически так сложилось, что огромная доля наших современных технологий пришла к нам именно из военной сферы. Так и в нашем случае, согласно исследованию Гилберта Дэниелса, ВВС США в конце 1940-х годов в количество катастроф по нелётным причинам в пике достигало 17 в день. Аварийность – 23,6 самолёта на 100 000 часов налёта. Тогда кабины проектировались под пилота со средним ростом, весом и т.д. Из замеренных 4063 пилотов по 10 ключевым параметрам (рост, длина рук, охват груди и т.д.) не подошёл ни 1 пилот. из выбранных 10 по хотя бы 3-м признакам подошли около 3,5-4% исследуемых пилотов. Тогда подход проектирования по усреднённым параметрам был оправдан скоростью и массовостью производства. Но количество стало переходить в качество, реактивный самолёт стал быстрее и мощнее поршневого, но вместе с тем - технологичнее и дороже. Поэтому такой подход к проектированию кабины пилота перестал быть актуальным.

Цитата Дэниелса (отчёт 1952 г., «The 'Average Man'?»): «The tendency to think in terms of the "average man" is a pitfall… it is virtually impossible to find an "average man" in the Air Force population».

перевод с англ. «Склонность мыслить категориями "среднестатистического человека" - это ловушка… практически невозможно найти "среднестатистического человека" среди военнослужащих Военно-воздушных сил»

Таким образом, в результате апгрейда эргономики кабины истребителей и появления регулируемых мест аварийность снизилась до 4,3 катастроф на 100 000 часов налёта, что доказывает важность антропоцентричного подхода при проектировании изделий.

Советский станок и эргономика

Рассмотрим станок "1К62" – один из самых массовых токарных станков. Специалисты при проектировании применили антропоцентрический подход и внедрили принцип золотой зоны досягаемости, биомеханической эргономики, визуальной эргономики, когнитивной эргономики и эргономики обслуживания и гигиены труда.

Если в примере с лётчиками мы выяснили, что кабина, спроектированная по усреднённым параметрам, не подходит никому, потому что среднего человека не существует, то у станка "золотая зона" досягаемости оказалась очень кстати. Важно различать два подхода: проектирование под "среднего по всем параметрам" (что невозможно, как показал Дэниелс) и проектирование с учетом средних антропометрических данных для базовых параметров с возможностью адаптации. Станок "1К62" использовал именно второй подход: высота центров 215 мм рассчитана на токаря среднего роста, но при этом предусмотрена возможность регулировки положения оператора (подставки), а органы управления расположены в зоне досягаемости для широкого диапазона антропометрических данных.

ГОСТ 12.2.009-80 «Станки металлообрабатывающие. Общие требования безопасности»

П. 2.7.1 «Станки должны быть снабжены пристроенными или встроенными устройствами местного освещения зоны обработки. В устройствах пристроенного типа должна быть предусмотрена возможность удобной надежной установки и фиксации светильников в требуемых положениях. Отсутствие местного освещения в универсальных станках допустимо лишь при наличии технических обоснований».

Для улучшения биомеханической эргономики впервые внедрили электродвигатель (0,6-0,8 кВт) быстрых перемещений, который позволял одной кнопкой быстро подвести суппорт к детали вместо ручного вращения маховиков на длинных участках. Маховики продольной и поперечной подачи приобрели удобные рельефные обводы и были спроектированы с учётом инерции механизмов. Многодисковая фрикционная муфта сменила собой жёсткую кулачковую муфту. Благодаря этому решению включение и реверс шпинделя стали плавными, благодаря чему снизилась вибрация, передаваемая на руки оператора и дольше работал инструмент.

В отличие от предшественников, где оператору станка нужно было визуально искать таблицу скоростей или лимбы. Основные индикаторы: частоты вращения шпинделя и таблицы подач – вывели на переднюю панель. Токарю больше не нужно было крутить головой и отвлекаться, чтобы увидеть ключевые параметры. Шкалы на маховиках получили чёткие, крупные и контрастные насечки и цифры читаемые при слабом освещении или попадании эмульсии. Светильник закрепили непосредственно на суппорте.

Значительно снизили умственную нагрузку токаря - вращения маховика по часовой стрелке перемещает патрон вправо или к центру детали, а против часовой - наоборот. Это создало мышечную память и исключило интуитивные ошибки. Ввели пока-ёкэ, приём, который позже станет основой бережливого производства – защиту от "дурака", которая не позволяла одновременно включить к примеру продольную и поперечную механическую подачу или включить ходовой винт и ходовой валик одновременно в конфликтующих режимах, что предотвращало поломки станка из-за человеческих ошибок. Рукоятки, относящиеся к разным функциям стали отличны тактильно по форме и по цвету друг от друга.

Были внедрены защитные металлические и текстолитовые экраны, защищающие токаря от брызг смазочно-охлаждающей жидкости и разлетающейся стружки. Маслоуказатели разместили на видимые места для оперативной оценки уровня масла, а маслёнки разместили так, чтобы можно было до них дотянуться, не разбирая узлы.

Массивные формы "1К62" создают ощущение надёжности и основательности, что в совокупности с цветовыми решениями (серый и зелёный цвет снижают зрительное утомление и скрывают загрязнения) создают узнаваемый образ советского станкостроения как "наше, родное, надёжное".

Что изменилось с приходом ЧПУ и зачем им промышленный дизайн

В станках с ЧПУ отпала необходимость в маховиках, однако эргономика перешла на другие элементы станков. Теперь важны высота и угол наклона стойки с консолью оператора (поскольку он смотрит в монитор сотни раз за смену), в усилии, прикладываемом для открытия дверей защитного кожуха, которую открывают при каждой установке детали, в рукоятках, рассчитанных на захват в масляной перчатке, в обзоре зоны резания через окно без бликов, в глубине станка (дотянется ли оператор до патрона, не наклоняясь всем корпусом). Эти факторы нормируются в стандарте ISO 14738, который выводит габариты рабочего места у станка напрямую из антропометрических измерений. В конструкции станка "1К62" применены те же принципы: органы управления - в зоне досягаемости, усилия - минимальные, а "защита от дурака" снижает риск травм и поломок, поменялся только интерфейс.

Промышленный дизайн здесь объединяет инженерию, эргономику, восприятие. В моём концептуальном эскизе воплощены цветовой дизайн кожуха, добавлены пневмоприводы, сводящие усилия по открытию дверей кабинетного ограждения к нулю и проработана эргономика ручек дверей для исполнений без пневмопривода. Рукоятки дверей рассчитаны под силовой захват в масляной перчатке – без точного позиционирования руки, потому что оператор открывает дверь десятки раз за смену.

Заключение

Возвращаясь к вопросу из заголовка: эргономику станка рассчитывают по той же причине, по которой ВВС США перешли на регулируемые кабины – потому что среднего оператора не существует, а цена его усталости измеряется браком, поломками и травмами. От "1К62" до современных станков с ЧПУ поменялся только интерфейс: вместо маховиков – стойка и экран, но задача та же – подогнать машину под человека. А промышленный дизайн – это метод, который делает такую подгонку системно.