Ergonomia w systemach SCADA

1. Ergonomia w systemach SCADA Zbigniew Kulesza

2. Definicja ergonomii • Ergonomia - nauka o pracy, czyli dyscyplina naukowa zajmująca się dostosowaniem pracy do możliwości psychofizycznych człowieka. Ma na celu humanizowanie pracy poprzez taką organizację układu: człowiek - maszyna - warunki otoczenia, aby wykonywana była przy możliwie niskim koszcie biologicznym i najbardziej efektywnie, co uzyskuje się m.in. poprzez eliminację źródeł chorób zawodowych. Na podstawie: Wikipedia.pl

3. Interdyscyplinarność • Ergonomia jest nauką interdyscyplinarną. Korzysta z dorobku takich nauk lub dziedzin naukowych jak: psychologia pracy, socjologia pracy, fizjologia pracy, higiena, medycyna pracy, organizacja pracy, antropometria i nauk technicznych, np. materiałoznawstwa, budowy maszyn. Na podstawie: Wikipedia.pl

4. Ciekawostka • Twórcą pojęcia "ergonomia" (z gr. ergon - praca, nomos - zasada, prawo) jest Wojciech Jastrzębowski, który zdefiniował ergonomię jako naukę o używaniu nadanych człowiekowi od Stwórcy sił i zdolności. • Wojciech Jastrzębowski (19 kwietnia1799 w Gierwatach koło Przasnysza - 30 grudnia1882 w Warszawie), polski przyrodnik, jeden z głównych twórców ergonomii. • Autor pionierskiej rozprawy ergonomicznej Rys ergonomji czyli nauki o pracy, opartej na prawdach poczerpniętych z Nauki Przyrody (1857). Napisal tez Traktat o Wiecznym Przymierzu Miedzy Narodami Ucywilizowanymi- Konstytucja dla Europy (1831) Był m.in. profesorem botaniki, fizyki, zoologii i ogrodnictwa. Studiował filozofię i miernictwo.

5. Przedmiot badań • Przedmiotem badań jest układ człowiek - maszyna - warunki materialnego otoczenia pracy - warunki pracy na stanowisku roboczym. Celem głównym jest polepszanie warunków pracy człowieka, które obejmuje dostosowanie warunków pracy do możliwości pracownika oraz właściwy dobór pracownika do danej pracy i jego edukację obejmującą specyfikę stanowiska. • Wyróżnia się: ergonomię koncepcyjną i ergonomię korekcyjną. Na podstawie: Wikipedia.pl

6. Psychologia przemysłowa I • Psychologia przemysłowa to dziedzina psychologii stosowanej, obejmująca rozmaite aspekty organizacji i zarządznia zasobami ludzkimi; początkowo ograniczała się do weryfikowania cech osobowości, predestynujących człowieka do pewnej pracy lub wykluczających go z jej wykonywania; stopniowo rozszerzyła swój przedmiot na wykrywanie i opis czynników stresogennych, pojawiających się w pracy fabrycznej (np. zatrudnienie przy taśmie lub automatach produkujących pewne detale), źródeł konfliktów, wpływu komunikacji międzyludzkiej w zakładzie na wydajność, optymalizację warunków pracy (np. barwa przedmiotów, oświetlenie, hałas, wibracje, działanie pola elektromagnetycznego); Na podstawie: Wikipedia.pl

7. Psychologia przemysłowa II • ustalenia psychologii przemysłowej pomagają w lepszej organizacji przedsiębiorstwa i podnoszeniu jego efektywności, zapobiegają także powstawaniu niektórych chorób zawodowych i wypadków przy pracy; przedmiotem zainteresowań p.p. są nie tylko fabryki, ale także szpitale, szkoły, więzienia i inne instytucje. Na podstawie: Wikipedia.pl

8. Analiza pracy • Analiza pracy - to jedno z narzędzi służących w naukach o zarządzaniu usprawnianiu procesów wytwórczych. Metoda ta polega na obserwacji pracownika wykonującego czynności na danym stanowisku pracy. Dokładny opis czynności na danym stanowisku (najczęściej produkcyjnym) pozwala na ich optymalizację.

9. Etapy analizy pracy na stanowiskach produkcyjnych: • Etap 1: Wybór stanowiska pracy, wobec którego zastosowane będzie narzędzie • Etap 2: Zapoznanie się z opisem stanowiska i końcowym efektem pracy na badanym stanowisku • Etap 3: Obserwacja pracownika podczas wykonywania czynności prowadzących do końcowego efektu (można zastosować stoper, w celu pomiaru czasu trwania poszczególnych czynności). Obserwacji podlega: koordynacja czynności manualnych, ilość wykonywanych ruchów, występujące warunki pracy, ewentualne zakłócenia (dystraktory). Zapis na wcześniej przygotowanym arkuszu obserwacyjnym. Metoda ta określana jest obserwacją dnia roboczego.

10. Etapy analizy pracy na stanowiskach produkcyjnych: • Etap 4: Analiza danych uzyskanych z arkusza obserwacyjnego. • Etap 5: Porównanie pracowników pod kątem wydajności i efektywności. Bardzo często porównywane są sposób wykonywania czynności przez najbardziej wydajnego i efektywnego pracownika z pozostałymi. Na podstawie porównania opracowywane jest optymalny sposób wykonywania pracy na danym stanowisku.

11. Opis stanowiska pracy • Analiza pracy dotycząca stanowisk na wszystkich szczeblach (niskim, średnim i wyższym) zarządzania powinna prowadzić do stworzenia opisów stanowisk pracy, które stają się podstawą wartościowania stanowisk pracy, wpływając na tworzenie polityki personalnej i polityki wynagrodzeń w organizacji. Na stanowiskach z wymienionych poziomów zarządzania analiza pracy nie polega już na bezpośredniej obserwacji pracowników, tworzy się cel stanowiska, miejsce w strukturze organizacyjnej, zakres obowiązków, określa się wymagane kompetencje pracownika na danym stanowisku, zakres odpowiedzialności, formalne kanały komunikacji.

12. Automatyzacja a ergonomia • Czynnikiem mającym istotny wpływ na uzyskiwane efekty automatyzacji procesów informacyjno-decyzyjnych jest dostosowanie środków technicznych, wspomagających człowieka w realizacji tych procesów, do właściwości (predyspozycji) i zmieniającej się jego roli. Stworzenie jemu dogodnych warunków pracy stanowi istotny warunek uzyskiwania maksymalnej skuteczności działania całego systemu. Niedostosowanie warunków pracy na stanowisku oraz warunków środowiska materialnego powoduje szybkie jego męczenie się, czego następstwem jest wzrost prawdopodobieństwa popełnienia błędu i wydłużenie czasu reakcji, a w konsekwencji zmniejszenie skuteczności jego działania.

13. Standardy projektowe W praktyce projektowej dopracowano się standardów, których stosowanie pozwala na: • - osiągnięcie wymaganego działania przez użytkowników - operatorów, przez sterowanie i personel obsługujący; • - zminimalizowanie niezbędnych umiejętności i wymagań stawianych przed użytkownikami – operatorami i personelem oraz minimalizacja czasu treningu; • - osiągnięcie wymaganej niezawodności współpracy użytkownik - operator – wyposażenie.

14. Czynniki oddziałujące na operatora

15. Objawy zmęczenia Obserwuje się różne objawy zmęczenia lecz najczęściej występują: • objawy zmęczenia fizycznego: • przyspieszenie tętna, oddechów i pocenie się; • ociężałość ruchowa; • osłabienie czułości narządów (szczególnie wzroku i słuchu) oraz brak precyzji ruchowej; • objawy zmęczenia psychicznego: • spadek koncentracji uwagi, zaburzenia pamięci i zmniejszenie spostrzegawczości; • przygnębienie, drażliwość i nadmierny krytycyzm oraz pragnienie odpoczynku.

16. Monotonia pracy wynika z następujących cech procesu pracy: • niezmienności (jednostajności) procesu pracy, • niezmienności (jednostajności) otaczających warunków, • konieczności stałego zachowania uwagi, bez możliwości myślenia o sprawach nie związanych z pracą lub ewentualnie porozumiewania się z sąsiadami, • łatwości pracy, znacznie zmniejszającej potrzebę procesów intelektualnych (myślenia, rozumowania).

17. Monotonii sprzyjają: • ogólny brak pobudliwości, • mały zakres obserwacji, • tylko okazyjnie potrzebne zmiany pozycji, • obecność jednostajnego, rytmicznego bodźca, • brak możliwości ruchu ciała, • ciepłe pomieszczenie robocze.

18. Percepcja wzrokowa • Oświetlenie na stanowisku pracy • Określenie pola widzenia • Prawidłowy odczyt wskazań • Złudzenia wzrokowe

19. Oświetlenie na stanowisku pracy I • Wyróżnia się oświetlenie naturalne (dzienne) i sztuczne. Najlepsze jest oświetlenie naturalne. Jednakże z przyczyn obiektywnych nie zawsze może być stosowane. • Zapewnienie odpowiednich warunków oświetlenia powinno uwzględniać następujące elementy składowe: rozkład luminancji, natężenie oświetlenia, kierunkowość światła, oddawanie barw i postrzeganie barwy światła, zjawisko olśnienia itp. • Ze względu na występujące napisy na elementach wyposażenia miejsca pracy użytkownika - operatora (na przyciskach) oraz ze względu na potrzebę wykonywania notatek powinien mieć on zapewnione oświetlenie 500 lx. W obowiązującej normie jako wartość eksploatacyjnego natężenia oświetlenia na stanowisku z monitorem ekranowym podana jest wartość 500 lx.

20. Oświetlenie na stanowisku pracy II • Dla odczytywania napisów z powierzchni urządzeń zalecany jest poziom 540 lx (minimum 325 lx). Jeśli wykonywaną pracę zaliczyć do prac skrajnie trudnych lub naprawianie popełnionych błędów jest bardzo kosztowne, to użytkownik – operator powinien mieć zapewnione oświetlenie 750 lx. • Stanowiska pracy w zautomatyzowanym systemie zarządzania bezpieczeństwem wyposażone są zazwyczaj, poza zobrazowaniem wiekoformatowym, w monitory graficzne i alfanumeryczne. Przy korzystaniu z nich natężenie oświetlenia nie powinno być większe od 40 lx. Jest to w sprzeczności z wymaganiem na oświetlenie przy odczytywaniu napisów na klawiszach i robieniu notatek przez użytkownika - operatora.

21. Oświetlenie na stanowisku pracy III • Ważny jest również stosunek luminancji obszaru zadania i obszarów bezpośrednio przyległych do obszaru zadania (np. stosunek średniej luminancji obrazu na monitorze do luminancji obszaru poza monitorem). Stosunek ten powinien być równy od 3:1 do 5:1 (powierzchnia pracy - otoczenie bliskie). Dla obszarów dalszych ten stosunek nie powinien przekraczać 10:1 (powierzchnia pracy - otoczenie dalekie). • Źródła światła nie powinny migotać zauważalnie. Równomierność oświetlenia można uzyskać poprzez zastosowanie kilku źródeł światła z oprawami dającymi światło rozproszone. Oświetlenie takie wyklucza również powstawanie cieni na miejscu pracy użytkownika - operatora.

22. Oświetlenie na stanowisku pracy IV • Jeśli chodź o barwę światła, to najbardziej zbliżone barwy składowe do barw naturalnego światła dziennego wytwarzają lampy fluorescencyjne. Ustrzeżenie się przed zjawiskiem olśnienia zarówno przykrego (przeszkadzającego) jak i odbiciowego jest możliwe dzięki odpowiedniemu usytuowaniu źródła światła względem użytkownika - operatora. • Na stanowisku pracy należy zapewnić również równomierny rozkład luminancji w polu pracy wzrokowej. Do oświetlenia komputerowych stanowisk pracy zaleca się stosowanie specjalnych opraw oświetlenia miejscowego, posiadających wysoki wysięgnik oraz odpowiednio ukształtowany odbłyśnik i raster ograniczający olśnienie bezpośrednie i odbiciowe.

23. Stanowisko pracy I • Stanowisko pracy użytkownika - operatora w zautomatyzowanym systemie zarządzania bezpieczeństwem powinno zapewnić mu odpowiedni odbiór informacji napływających do niego za pośrednictwem urządzeń zobrazowania znajdujących się na tym stanowisku. Powinny one być tak rozmieszczone, aby użytkownik - operator w czasie bezpośredniej pracy nie poruszał głową. Dopuszcza się w niewielkim stopniu poruszanie oczami. Jeśli to wymaganie nie jest spełnione, to charakterystyki jakości jego działania pogarszają się znacznie, a praca jest znacznie utrudniona i męcząca.

24. Stanowisko pracy II

25. Stanowisko pracy III

26. Obliczanie zasięgów pola widzenia I • Przy normalnym obserwowaniu tablicy z urządzeniami sygnalizacyjnymi oczy mogą wykonywać nieustanne ruchy (dzięki ruchom głowy i gałek ocznych), co powoduje zmianę centralnej linii widzenia i pola widzenia centralnego. • Niewielkie zmiany położenia głowy i zmiany kąta patrzenia nie są na ogół uciążliwe. Jeżeli jednak zmiany te są zbyt duże i często występują, wtedy mogą spowodować u pracownika zmęczenie i być przyczyną pojawienia się wielu poważnych błędów w odczytywaniu wskaźników. mgr inż. Andrzej WiśniewskiTechnika i Informatyka w Organizacji i Zarządzaniu http://www.tu.koszalin.pl/~andrzejw/

27. Obliczanie zasięgów pola widzenia II • Niewielkie przesunięcia centralnej linii widzenia (w płaszczyźnie pionowej i poziomej), nie powodując jeszcze zmęczenia operatora, wyznaczają przestrzeń, w której najkorzystniejsze jest umieszczenie wszelkich obserwowanych przedmiotów. • Przestrzeń ta jest nazywana optymalnym zasięgiem centralnego widzenia. • Wyodrębnia się także całkowity zasięg centralnego widzenia, który wyznaczony jest przez przesunięcie centralnej linii widzenia w płaszczyźnie pionowej i poziomej.

28. Obliczanie zasięgów pola widzenia III • Umieszczenie sygnałów w polu określonym kątami całkowitego zasięgu centralnego widzenia jest dopuszczalne, ale pod warunkiem, że będą one mniej istotne i nie wymagające stałej obserwacji. W przeciwnym przypadku należy liczyć się ze wzmożonym wysiłkiem obserwatora. • Najkorzystniejszą jest sytuacja, gdy wszystkie urządzenia sygnalizacyjne znajdą się w optymalnym zasięgu centralnego widzenia. Wyniki prowadzonych badań pozwoliły określić kąty optymalnego i całkowitego zasięgu widzenia. Za kryterium przyjęto poprawność odczytu i stopień narastania zmęczenia.

29. Obliczanie zasięgów pola widzenia IV • Optymalny zasięg centralnego pionowego pola widzenia w pozycji siedzącej (rys. 7.9) wyznaczony jest kątami 6,3° powyżej i 56,3° poniżej poziomu wzroku, czyli łącznie zawiera się w określonym przestrzennie kącie 62,6°(w płaszczyźnie pionowej).

30. Obliczanie zasięgów pola widzenia V

31. Obliczanie zasięgów pola widzenia VI • Optymalny zasięg centralnego poziomego pola widzenia wynosi ±30°, tzn. 60°, ale może dochodzić do 72,6°. Jak widać, zasięg ten znajduje się prawie całkowicie poniżej poziomej linii centralnego widzenia. • Przedstawione na rys. 7.9 kąty 50° (w płaszczyźnie pionowej) i 60° (w płaszczyźnie poziomej) są wynikiem przesuwania centralnej linii widzenia w związku z ruchem gałek ocznych i głowy.

32. Obliczanie zasięgów pola widzenia VII • Kąty 6,3° wyznaczają pole centralnego widzenia przy nieruchomych gałkach ocznych i nieruchomej głowie. Pole pionowego i poziomego bezruchowego centralnego widzenia zawarte jest w kącie wierzchołkowym stożka równym 12,6°, tj. po 6,3° odchylenia w każdą stronę od centralnej linii widzenia(rys. 7.10).

33. Obliczanie zasięgów pola widzenia VIII

34. Obliczanie zasięgów pola widzenia IX • Całkowity zasięg centralnego widzenia wyznacza się przez przesunięcie centralnej linii widzenia w płaszczyźnie pionowej (50° powyżej i 65° poniżej linii poziomej wzroku) oraz w płaszczyźnie poziomej (po 90° w każdą stronę) — rysunek 7.11. Do podanych wielkości kątowych całkowitego zasięgu centralnego widzenia dodajemy po 6,3°, tj. kąty wyznaczające pole centralnego widzenia, w którym dobrze widzimy znajdujący się przedmiot bez potrzeby poruszania głową czy gałkami ocznymi.

35. Obliczanie zasięgów pola widzenia X

36. Obliczanie zasięgów pola widzenia XI • Przykład • Wyznaczanie optymalnych zakresów centralnego widzenia wymaga obliczeń geometrycznych. Na przykład mamy tablicę zapełnioną miernikami o wymiarach 120 cm x 80 cm. Chcemy umieścić ją w odległości 200 cm od oczu obserwatora. Zakładamy przy tym, że mierniki są umieszczone na powierzchni wklęsłej prostopadle do oczu obserwatora. Obliczamy wielkości liniowe dla podanej odległości i przyjętych kątów (rys. 7.12).

37. Obliczanie zasięgów pola widzenia XII

38. Panele sterujące

39. Tarcze zegarowe I • Załóżmy, że przewidywana odległość tarczy od obserwatora wynosi 2 m (2000 mm), a liczba podziałek na tarczy jest równa 100. • Obliczamy odległość między podziałkami mierzoną w milimetrach • x / 2000 = 8min • 2*tg 4min = 2*0,0012 = 0,0024 • Stad x = 2000 * 0,0024 = 4,8mm

40. Tarcze zegarowe II • Grubość kreski podziałkowej beta=1min • Y / 2000 = 1min • Tg 1min = 0,0003 • Y = 0,6mm • Jeśli obwód tarczy • P = 100 (4,8 + 0,6) = 540mm • To wewnętrzna średnica tarczy • 2r = P / Pi = 540 / 3,14 = 172mm • Zewnętrzna średnica tarczy musi być oczywiście większa

41. Tarcze zegarowe III

42. Czytelność wskaźników

43. Ekran dotykowy

44. Percepcja wzrokowa I • Właściwym organem odbiorczym (fotoreceptorem) są komórki wzrokowe siatkówki, wśród których rozróżnia się czopki i pręciki nastawione na widzenie w ciągu dnia, przy czym te ostatnie umożliwiają również widzenie przy słabym oświetleniu.

45. Percepcja wzrokowa II • Podstawowymi właściwościami narządu wzroku, na które wpływają warunki oświetlenia, są: • ostrość wzroku – określa się na podstawie możliwości widzenia oddzielnego dwóch punktów blisko siebie położonych (1mm) z odległości 10 cm, • stopień adaptacji, • szybkość rozróżniania, • wrażliwość kontrastowa i • stałość wyraźnego widzenia. • Ostrość wzroku zmienia się zależnie od: • kontrastu luminancji różnych części przedmiotów, • stosunku luminancji przedmiotu i jego tła (otoczenia), • oświetlenia i czasu ekspozycji (oglądania) przedmiotu.

46. Percepcja wzrokowa III • Wpływ oświetlenia na ostrość widzenia obrazuje poniższa tablica. Najlepszą ostrość wzroku uzyskuje człowiek przy oświetleniu 22lx.

47. Światło, barwa i kształt • Projektowanie warunków świetlnych na stanowisku roboczym należy rozpatrywać w dwóch aspektach: • projektowania oświetlenia ogólnego, • projektowania oświetlenia miejscowego. • Parametry oświetlenia ogólnego projektuje się z uwzględnieniem gabarytów pomieszczenia pracy, jego przeznaczenia, proporcji oświetlenia naturalnego do sztucznego, współczynników odbić światła charakteryzujących ściany, sufit i posadzkę (barwy i faktury). • Parametry oświetlenia miejscowego (stanowiskowego) należy projektować z uwzględnieniem wymogów związanych z charakterem wykonywanej pracy, kierunkowością i barwą światła oraz z koniecznością eliminacji olśnienia bezpośredniego i odbiciowego.

48. Działanie psychologiczne barw I

49. Działanie psychologiczne barw II

50. Ogólne wrażenie towarzyszące różnym poziomom natężenia oświetlenia oraz różnym chromatycznością światła