ERGONOMIE A ANALÝZA APLIKACÍ V 3D CAD PROGRAMU CATIA S MOŽNOSTÍ JEJICH
VYUŽITÍ V ODĚVNÍM OBORU
Diplomová práce
Studijní program: N3108 – Průmyslový management
Studijní obor: 3106T014 – Produktový management - Textil Autor práce: Bc. Ivona Pikalová
Vedoucí práce: Ing. Mgr. Marie Nejedlá, Ph.D.
Liberec 2014
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tom- to případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poděkování
Tímto bych chtěla poděkovat především vedoucí mé diplomové práce Ing. Mgr. Marii Nejedlé, Ph.D. za ochotu, trpělivost a cenné rady při psaní této práce.
Poděkování patří také mé rodině za podporu po celou dobu studia na vysoké škole.
Anotace
Hlavním tématem diplomové práce je ergonomie a analýza aplikací v 3D CAD programu Catia. Teoretická část diplomové práce se zabývá charakteristikou ergonomicky vhodného prostředí člověka při práci z hlediska pracovní polohy a pohybového prostoru. Další část je zaměřena na modul Ergonomický design a analýza v programu Catia a jsou zde popsaná úhlová omezení jednotlivých částí těla virtuálního manekýna při pohybu. Hlavní částí práce je simulace a analýza činností, pozic a držení těla, které jsou provedeny na pracovním místě u operace sešití bočního švu krátkých kalhot. Simulace pohybu jsou rozděleny na jednotlivé pozice a je u nich provedena analýza RULA
Klíčová slova
Ergonomie
Program Catia
Virtuální manekýn
Metoda MTM
RULA analýza
Simulace pohybu
Annotation
The main topic of the thesis is ergonomics and analysis applications in Catia 3D CAD program. The theoretical part of the thesis deals with the characteristics ergonomically suitable environment for people at work in terms of working position and motion of space.
The next part focuses on the analysis module Ergonomic design and analysis of CATIA and describes the angular limitations of individual virtual mannequin body parts during movement. The main part is a simulation and analysis activities, positions and postures that are performed on a post at the side seam stitching operations shorts. Simulation of motion are divided into different positions and is subjected to an analysis RULA
Key words
Ergonomic
Catia
Virtual manikin
MTM method
Simulation of motion
1
Obsah
Seznam zkratek a symbolů ... 2
Úvod ... 3
1. Interdisciplinární vědní obor „ergonomie“ ... 4
1. 1 Systém člověk – stroj - prostředí ... 5
1. 2 Člověk a jeho možnosti v ergonomii ... 6
1. 3 Ergonomické prostředí člověka při práci ... 9
1. 4 Faktory pracovního prostředí... 13
2. Využití 3D CAD programů pro vědní obor ergonomie ... 16
2. 1 Program Catia V5 R19 a ergonomický modul Human ... 18
2.2 Catia - modul „Ergonomic design and analysis“ ... 20
2. 2. 1 Human measurements editor ... 20
2. 2. 2 Human activity analysis... 21
2. 2. 3 Hodnocení analýzy RULA ... 24
2. 2. 4 Human Builder ... 26
2. 2. 5 Human posture analysis ... 27
2. 3 Analýza modulu Human Builder na virtuálním manekýnovi ... 27
2. 3. 1 Pohyby hlavy ... 28
2. 3. 2 Pohyby ramene ... 29
2. 3. 3 Pohyby paže ... 30
2. 3. 4 Pohyby předloktí ... 32
2. 3. 5 Pohyby trupu ... 33
2. 3. 6 Pohyby stehna ... 35
2. 3. 7 Pohyby lýtka ... 36
2. 3. 8 Pohyby nohy ... 37
2. 3. 9 Pohyby ruky ... 38
2. 3. 10 Pohyby očí ... 40
3 Využití metody MTM v modulu „Ergonomic design and analysis“ ... 41
3. 1 Simulace pohybů vybrané pracovní operace v programu Catia ... 45
3. 2 Vyhodnocení experimentu RULA analýzy použitím 3D CAD systému CATIA ... 58
Závěr ... 61
Použitá literatura ... 63
2
Seznam zkratek a symbolů
CAD Computer Aided Design Počítačem podporované navrhování CAM Computer Aided Manufacturing Počítačem podporovaná výroba CAE Computer Aided Engineering Počítačem podporované konstruování PLM Product Lifecycle Management Správa dat během celého životního cyklu
výrobku
MTM Method Time Measurement Metoda předem stanovených časů
WF Work Factor Faktor práce
TZN Technicko zdůvodněné normy
2D 2 dimension Dvourozměrný
3D 3 dimension Trojrozměrný
Deg Degree Stupeň
RULA Rapid Upper Limb Assessment Rychlé hodnocení horních končetin
Rozsah práce
Počet stran Počet obrázků Počet příloh Počet tabulek Počet zdrojů
66 55 4 8 12
3
Úvod
V jednadvacátém století s obrovskou technickou podporou se nesmí zapomínat na primární potřeby lidí. Technika je vyvíjena pro snazší a pohodlnější život lidí, ale tělo člověka má omezující faktory, které se musí respektovat. Proto je zde obor ergonomie, který dbá na potřeby lidí a zná jejich možnosti i limity.
Ergonomie je potřebná v každodenním životě. Běžný člověk se snaží správně ergonomicky nastavit prostor v bytě i v práci, aby mu byl pohodlný a usnadňoval pohyb při každodenních činnostech. Ať již jde o správnou výšku kuchyňské linky či vhodně nastavenou kancelářskou židli. Lidé, kteří nemají tuto možnost, mohou vykazovat nižší produktivitu při běžných aktivitách a tato situace není vhodná ani pro jejich psychický stav.
Úlohou ergonomie je prioritně zhotovit techniku s přihlédnutím na možnosti, schopnosti a dovednosti člověka a respektovat jeho omezení ve všech fázích vývoje. Při použití ergonomických pravidel v praxi se může kladně změnit ekonomická a sociální sféra.
Úprava ergonomické situace se projeví zkrácením doby na vykonání pracovní činnosti, zlepšení výkonu, zvýšení produktivity práce, také snížením úrazů, nemocí a fluktuace.
Změna v sociální oblasti se může projevit celkovou spokojeností člověka následkem dobrých mezilidských vztahů na pracovišti, zdravou pracovní soutěživostí, motivací, pozitivnímu stavu k firmě a obecnou tělesnou a duševní spokojeností.
Dnešní doba se vyznačuje trendem používání CAD programů ve všech fázích výroby v různých oborech. V CAD programech se navrhne a zkonstruuje výrobek, jeho vlastnosti se ověří v 3D programu pro simulaci pohybu s virtuálním manekýnem. Jedním z programů, které umožňují simulaci pracovního místa, ale i celé výrobní linky, je i systém 3D CAD systém CATIA, na kterém je řešena tato diplomová práce. Cílem práce je analyzovat modul Ergonomický design a analýza a řešit vybraný druh pracoviště se zaměřením na jeho využití v oděvním oboru.
4
1. Interdisciplinární vědní obor „ergonomie“
Rozvoj vědy jde dopředu a tak vznikla interdisciplinární systémová disciplína ergonomie.
Ergonomie komplexně řeší činnost člověka a jeho vazby se strojem a prostředím s cílem optimalizovat jeho psychickou i fyzickou zátěž a zaručit rozvoj jeho osobnosti.
Interdisciplinárnost ergonomie využívá znalostí řady věd a vědních disciplín. Z humanitních věd je to antropometrie, psychologie, fyziologie práce a sociologie. Z řad technických věd sem patří statistika, konstruování, normování, řízení a kybernetika.
Komplexnost může být prostorová a řeší systém jako celek se všemi jeho subsystémy, dále je komplexnost problémová, kdy je nutné přistupovat k řešení se správnými znalostmi.
Strojem je vše, co člověk používá při vytváření užitných hodnot nebo uspokojování potřeb.
Prostředí je to, co člověka obklopuje, co ovlivňuje jeho činnost. Optimalizace psychické a fyzické zátěže lze chápat jako pracovní pohodu. Člověk je obecně nejslabším článkem systému člověk – stroj - prostředí a úlohou ergonomie je prioritně zhotovit techniku s přihlédnutím na možnosti, schopnosti a dovednosti člověka a respektovat jeho omezení ve všech fázích vývoje v pracovní i v „nepracovní“sféře, například v domácnosti, v rekreaci, ve sportu [2].
Z tohoto důvodu bude problematika ergonomie důležitá po celou dobu vykonávání lidské činnosti v jakékoliv formě systému člověk – stroj - prostředí. Cílem ergonomie je zlepšit podmínky člověka při práci, zvyšovat jeho produktivitu, podpořit pohodu a rozvoj jeho osobnosti.
Historie a vývoj ergonomie
Ergonomie se vyvíjela současně s pracovním vývojem člověka, tedy od dob, kdy lidé používali první nástroje a upravovali je pro své potřeby a pohodlí. Výroba přecházela od řemeslné k centralizované výrobě. Od 17. století vznikaly manufaktury a koncem 18.
století se přecházelo k tovární výrobě. Koncem 19. století zakladatel vědeckého rozboru práce F. W. Taylor analyzoval práci na rozbor pracovních pohybů, uspořádání pracoviště, pracovních metod. Ovšem nerespektoval fyziologické, anatomické a psychologické možnosti člověka. V období mezi válkami se uskutečnilo mnoho výzkumů, které potvrdily, že ani relativně ideální pracovní prostředí není vhodné pro každého člověka kvůli rozdílným fyzickým, psychickým a fyziologickým vlastnostem. Proto se dále rozvíjela
5
psychologie práce, sociální psychologie a inženýrská psychologie, jejíž podstatou je přizpůsobení techniky člověku.
Během druhé světové války vznikla potřeba vytvořit celistvý obor, který by řešil komplexně spojení člověka, techniky a pracovního prostředí. Na sjezdu Společnosti ekonomických věd v Londýně v roce 1956 vznikl nový obor Ergonomie nazvaný z řeckých slov ergon = práce a nomos = zákon [1].
Ergonomie v ČR a ve světě
V České republice je centrum ergonomie v „České ergonomické společnosti“, mezinárodně je ergonomie řízena „Mezinárodní ergonomickou asociací“. Podle mezinárodní ergonomické asociace (IEA) je ergonomie vědecká disciplína založená na poznání vztahů mezi člověkem a dalšími prvky systému. Aplikací vhodných metod, teorie i dat zlepšuje lidské zdraví, pohodu i výkonnost. Přispívá k řešení projektů a hodnocení práce, úkolů, produktů, prostředí i systémů, aby byly v souladu s potřebami, schopnostmi a výkonnostním omezením.
1. 1 Systém člověk – stroj - prostředí
Ergonomie je součástí systému člověk – technika – prostředí. Systém je chápán jako komplex prvků, které jsou funkčně navzájem propojeny. V ergonomickém systému se lze setkat s různými situacemi, podle kterých se volí návrh ergonomie. Ergonomický systém lze rozdělit na základní čtyři úlohy:
ergonomická racionalizace
ergonomické modelování
ergonomická analýza
projekční ergonomie
V prvních třech úlohách systém existuje.
U ergonomické racionalizace je známá struktura i chování. Podstatou je, že se zde hledají parametry a vyhodnocuje se chování systému podle určitého kritéria. V praxi se používá nejběžněji ergonomická analýza, jejímž cílem je zajistit zvýšení produktivity při zachování intenzity práce, a pokud možno snížení namáhavosti práce.
V druhé a třetí úloze není známá jeho struktura, jde o ergonomické modelování a ergonomickou analýzu.
Ergonomické modelování zjišťuje pravděpodobné chování systému.
6
V ergonomické analýze se experimentálně zjišťuje chování systému a z něho jeho struktura.
Poslední a nejdůležitější úlohou je projekční ergonomie, kde dosud neexistuje systém, ale má být zkonstruován tak, aby měl s danou pravděpodobností určité chování. To znamená, že se navrhne stroj nebo pracoviště, které předem respektují ergonomické zásady, kde nebude potřeba dodatečných úprav.
Sociálně - ekonomické vlivy
Při řešení ergonomie se přihlíží i k sociálně - ekonomickým vlivům. Ekonomické vlivy jsou vlivy, které jsou finančně vyčíslitelné. Zahrnují zkrácení doby práce při zvýšení produktivity, odstranění neproduktivní práce a eliminování úrazů na pracovišti, nemocnost a fluktuaci. Sociální vlivy nejsou přímo finančně vyčíslitelné, jsou ovšem nemálo důležité pro celkovou pohodu člověka. Projevují se zlepšením mezilidských vztahů na pracovišti, pozitivní motivací k práci, zvyšováním kvalifikace, pracovní soutěživostí, vztahu ke společnosti a pocitem tělesné i duševní kondice.
1. 2 Člověk a jeho možnosti v ergonomii
Vývojem lidstva se od primárního používání rukou, přecházelo k mechanizaci až k téměř úplné automatizaci výroby. Přes samotné zdokonalování strojů se snadno zapomnělo na fakt, že se člověk může přizpůsobit stroji, nicméně jeho tělesné možnosti či psychická odolnost se v poměru s vývinem strojů rapidně nezmění. Proto hlavní myšlenka ergonomie je, že celý systém je třeba přizpůsobit člověku. Dokud bude existovat člověk a jeho činnost, bude existovat i ergonomie. Člověk i stroje mají své výhody i nevýhody v pracovním procesu.
Výhody člověka Výhody stroje
dokáže zareagovat na nepředvídatelné změny
vnímá více smyslové podněty z vnějšího okolí
má schopnost improvizace, intuice, logického myšlení, kreativity a originality
vnímá podněty i mimo možnosti člověka
rychle zpracovává informace
správně a spolehlivě vykonává úkoly i v podmínkách pro člověka
nevhodných
7
Mělo by platit pravidlo, že stroje člověku pomáhají a doplňují ho, ale neomezují.
Z hlediska omezení se lze zaměřit na stavbu těla pracovníka. Při výběru vhodného člověka do výroby musí zaměstnavatel zhodnotit, zda se na pracovní místo bude hodit osoba s větším či menším vzrůstem, v jaké váhové kategorii a celkové kondici.
Rozměry člověka
Při navrhování stroje je určujícím faktorem rozměr člověka. Rozměry lidského těla vychází z antropometrických údajů. Výběr nejdůležitějších tělesných rozměrů mužů a žen v produktivním věku uvádí tabulka 1 z knihy Chundela, L., Ergonomie v praxi [2].
Tabulka 1, přehled nejdůležitějších tělesných rozměrů z hlediska ergonomie
Tělesné rozměry (cm) Muži Ženy
Průměr Směrodatná odchylka
Průměr Směrodatná odchylka
Tělesná výška 173,5 5,6 159,2 7,1
Výška kořene nosu ve stoje
162,8 5,5 151,5 5,8
Výška ramene ve stoje 144,0 5,4 130,9 6,4
Výška lokte ve stoje 110,5 4,5 100,9 5,3
Výška zápěstí ve stoje 84,9 4,0 79,0 5,1
Výška 3. prstu ruky vstoje
65,3 3,7 61,2 4,5
Šířka ramen 39,8 1,9 35,1 3,1
Dosah 3. Prstu ruky vstoje při vzpažení
220,1 8,6 200,7 12,0
Dosah 3. Prstu ruky vstoje při předpažení
85,3 3,9 80,4 6,0
Rozpětí paží vstoje 177,4 6,8 160,8 7,8
Tělesná výška vsedě 89,1 6,4 83,2 4,1
Výška kořene nosu vsedě
79,3 3,1 74,3 3,1
Délka stehna vsedě 59,5 2,1 56,7 3,9
Výška kolena vsedě 54,0 2,4 48,9 2,8
Výška stehna nad 15,0 1,1 17,4 2,4
8 sedadlem vsedě
Šířka ruky maximální 8,7 0,5 7,7 0,4
Délka ruky dlaňová 18,8 0,8 17,3 0,8
Délka dlaně max. 10,7 0,5 9,9 0,5
Délka dlaně malíková 9,0 0,6 7,8 0,7
Délka dlaně palcová 4,9 0,5 4,0 0,4
Délka 1. prstu 6,0 0,4 5,5 0,4
Délka 2. prstu 7,3 0,4 6,8 0,4
Délka 3. prstu 8,1 0,4 7,4 0,5
Délka 5. prstu 6,2 0,4 5,5 0,4
Tabulka vychází z hodnot antropometrického měření populace, které je uvedeno v Hygienickém předpisu svazek 36 z r. 1976 č. Směrnice o hygienických požadavcích na stacionární stroje a technická zařízení. Průměrné hodnoty v tabulce vyhovují 50% populace v produktivním věku. Při připočtení jedné směrodatné odchylky vyhovuje 84% populace.
Při připočtení dvou směrodatných odchylek vyhovuje 98% populace a při připočtení tří směrodatných odchylek hodnoty vyhovují 99,9% populace. Od posledního měření v roce 1999 se tyto hodnoty mohly změnit, protože průměrná výška lidí se neustále zvyšuje. Růst průměrné výšky lidí se odhaduje na 2,5 cm za 10 let [2].
Energie a síla
Při stanovení energie a síly je nutné vycházet ze základních pohybů těla. Z fyziologického hlediska může člověk vykonávat práci:
pozitivní
statickou
negativní
U pozitivní dynamické práce je zvýšení napětí ve svalu, práce trvá pod tři sekundy a střídá se s odpočinkem v pravidelných intervalech.
Práce statická (izometrická) způsobuje zvýšené napětí ve svalu trvající déle než tři sekundy. Práce negativní (excentrická) je pro svaly více namáhavá než práce pozitivní a svaly získávají na síle. Nejméně ekonomická je práce statická, protože je neefektivní např.
dlouhé držení předmětu dělníkem místo toho, aby si ho odložil na polohovadlo. Pro dělníka je také pohodlnější, když je mu umožněno opřít si ruce než je mít neustále zvednuté bez opory.
9
1. 3 Ergonomické prostředí člověka při práci
Při rozměrovém projektování a pro správně ergonomicky nastavený pracovní prostor se nesmí opomenout obor somatografie. Definice podle autora Král, M. somatografie je:
„Somatografie je technickou disciplínou, která studuje a analyzuje pracovní polohy a pohyby proporčními vztahy lidského těla metodami grafického znázorňování lidské postavy v technické nebo jiné dokumentaci především konstruováním technických obrazů lidského těla za použití všech norem a zvyklostí technického kreslení a pravidel deskriptivní geometrie, při současném zachování anatomických principů a za současného používání výsledků antropometrických šetření. Somatografie čerpá poznatky z anatomie lidského těla, antropometrie a kineziologie. Stává se základnou pro vědecké studium, analýzu a určování požadavků a funkcí pracujícího člověka vzhledem k pracovišti a výrobnímu zařízení“.
Slovo somatografie je složeno z řeckého soma - tělo a grafein - psát. Vychází ze tří velikostí lidského těla - malé, střední a velké, které určují limity v rozměrech pracoviště [3].
Rozměrové řešení pracoviště by mělo respektovat:
pohlaví a stáří člověka
pracovní polohu
pohybový prostor
zorné podmínky
speciální podmínky práce
Pohlaví a stáří člověka při výrobě stroje je důležité z důvodu, že průměrné hodnoty tělesných rozměrů žen a mužů se liší. Pracovní prostor mladého urostlého muže bude odlišný od pracovního místa starší menší ženy. Konstruktéři v praxi navrhují pracovní místa podle průměrné postavy člověka plus - mínus dvě směrodatné odchylky, což představuje 99% lidí daného pohlaví. A toto pracovní místo následně vyhovuje ženám a mužům většího i menšího vzrůstu. Problém nastává, když se pracovní místo hodí jen pro průměrného muže. V této situaci nastává, že muž s větším vzrůstem má problém zasunout kolena pod desku, naopak muž s menším vzrůstem bude mít desku příliš vysoko a nedosáhne pohodlně na ovladače. Správně řešené pracoviště musí mít dvě vlastnosti- v rozměrovém projektování stroje se nesmí počítat pouze s průměrnými hodnotami lidí a alespoň jeden prvek na pracovním místě musí být volně nastavitelný - nejlépe sedačka.
10
Nejčastější pracovní poloha je sed a stoj. Ideální stoj je podmíněn vydutým zakřivením páteře v oblasti krční a bederní, a jedná se o dynamické vyvažování těla ve svislé poloze.
Ideální sed je z anatomického hlediska ten, kdy je dodrženo stejné zakřivení páteře jako v ideálním stoji. U energeticky méně namáhavé polohy vsedě se může využít činnosti nohou a člověk se lépe soustředí na vykonávanou práci. Poloha vestoje způsobuje větší bdělost, větší sílu a pohyblivost. Nejideálnější by bylo polohy během pracovního procesu střídat či zajistit pracovníkovi změnu polohy například chůzí.
Příloha č. 8 k nařízení vlády č. 361/2007 Sb. určuje dosahy horních končetin ve svislé rovině při práci vsedě i vstoje a dosahy horních končetin ve svislé rovině vstoje. Obrázek 1 zobrazuje doporučenou výšku sedadla, která je 35 - 45 cm. Maximální sklopení hlavy činí 20°. Optimální práce rukou je kolem výšky 40 cm nad úrovní sedadla, maximální činí pod 80 cm.
Obrázek 1 Dosahy horních končetin ve svislé rovině při práci vsedě
Dosahy horních končetin ve svislé rovině při práci vsedě i vstoje jsou zobrazeny na obrázku 2. Práce rukou v oblasti A je pro pracovníka nejpohodlnější. Činí zde nejpřesnější a nejrychlejší úkony. V oblasti B je již nutný pohyb do stran, pohyby jsou pomalejší než v oblasti A, ale ještě je to pro tělo přijatelné. Oblast C je vhodná pro méně častý pohyb, který nepotřebuje přesnost a kvůli nutnému otáčení trupu ani rychlost.
Oblast Dosah Dosah a popis pohybu
A optimální Časté a přesné pohyby
B normální Mírné předklánění a pohyb do stran
C maximální Méně časté a pomalejší pohyby, nutnost otáčení trupu
11
Obrázek 2 Dosahy horních končetin ve svislé rovině při práci vsedě i vstoje
Dosahy horních končetin ve svislé rovině vstoje jsou zobrazeny na obrázku 3. Nejlépe se bude člověku pracovat v oblasti A, která představuje optimální dosah horních končetin.
Přijatelný dosah pro práci je i v oblasti B. Nejvíce únavy člověk pocítí při práci horních končetin v oblasti C, která je nepřijatelná pro časté pohyby [4].
Obrázek 3 Dosahy horních končetin ve svislé rovině vstoje
Pohybový prostor, ve kterém se vykonává pracovní činnost, může být:
manipulační
pedipulační.
12
U manipulačního prostoru je základní hodnotou manipulační rovina, což je rovina proložená místem, ke kterému lze vztáhnout nejčastěji vykonávané ruční pohyby.
Definovat manipulační rovinu lze u většiny činností, je to svislá vzdálenost od podlahy.
Pracovní prostor a manipulační rovina musí odpovídat rozměrům pracovníka, rozměrům předmětu práce, vynakládané síle, zrakové kontrole a přednosti práce. Výška manipulační roviny u žen vsedě je 65 cm, vstoje 95 cm. U mužů je manipulační rovina vsedě ve výšce 70 cm a vstoje 95cm. Z ergonomického hlediska se pohyby rukou dělí na pohyby:
optimální - dosah předloktí
normální - dosah středu dlaní natažené paže
funkční - dosah konce prstů natažené paže
maximální - dosah prstů s mírným náklonem
Pohybový prostor pro nohy a nožní ovladače se nazývá pedipulační prostor a je vymezen nejmenší výškou nad podlahou 60 cm, nejmenší celkovou šířkou 50 cm, nejmenší hloubkou od hrany stolu 50 cm a optimální hloubkou 70 cm. Pedipulační prostor bývá na pracovišti řešen nesprávně, pracovník při vykonávání pohybu nohou mívá špatné držení těla a z dlouhodobějšího hlediska je lepší pracovat vsedě.
Zorné podmínky znamenají podmínky pro dobré zrakové vnímání. Lidé dostávají většinu informací pomocí zraku. Základní zorné podmínky jsou:
zorná vzdálenost
osa pohledu
zorné pole
Zorná vzdálenost - je vzdálenost mezi pozorovaným objektem a okem. Zorná vzdálenost u prací na montáži je 35 - 50 cm, u prací, kde není potřeba rozeznávat detaily je zorná vzdálenost 50 cm. Při vyšších zrakových nárocích je nutné zvyšovat manipulační rovinu, popřípadě i pracovní desku.
Osa pohledu, kterou určuje úhel mezi krční páteří a osou vedenou okem, je správně v sedu 35° a ve stoje 25°. Pozorovaný předmět by měl být kolmo na osu pohledu, aby se zachovala správná poloha hlavy.
Zorné pole je oblast, která lze vidět, aniž se pohne okem. Podle ergonomie je to oblast, ve které lze vykonávat zrakově náročnou práci. Zorné pole je optimální 20°, normální 60°, funkční 120° a maximální 220°.
13
Všeobecně lze o zorních podmínkách říct, že je důležitý stav zraku pracovníka, velikost pozorovaného objektu, vzdálenost, a úhel, pod kterým konkrétní předmět leží.
Speciální podmínky práce určují velikost pracovního předmětu, vlastnost předmětu, počet lidí na pracovišti, bezpečnost při práci vybavení pracoviště a časové trvání práce.
Rozměrové projektování je pomocí modelování celé situace, buď s porovnáním různě velkých lidí v pracovním prostoru nebo v měřítku plošně či prostorově. Předtím musí být jasné, kdo bude na stroji pracovat, zda muž nebo žena a nepočítat jen s průměrnou výškou populace. Pro lepší univerzálnost místa na sezení je dobré použít nastavitelné sedadlo.
1. 4 Faktory pracovního prostředí
Mezi faktory ovlivňující pracovní prostředí patří ovladače a sdělovače přenosu informací stroje a člověka, vybavení pracovního místa, osvětlení, hluk a organizace práce.
Ovladače a sdělovače
Ovladače umožňují komunikaci mezi člověkem a strojem. Rozměrové řešení ovladače musí respektovat velikost a stáří pracovníka, sílu, kterou bude muset pracovník vynaložit.
Vsedě lze používat ovladače ruční i nožní, vstoje jsou nejčastěji používané jen ruční ovladače, zřídka kdy je zde kombinace nožních ovladačů. Pracovník může ovládat tlačítka, páčky, ruční kolečka, nožní tlačítka či pedály. Ovládání může být prstem, dlaní, rukou, nohou nebo chodidlem.
Sdělovače slouží pro podávání informací, mohou být zrakové, sluchové, hmatové.
Informace jsou kvalitativní ve formě nápisů či schémat nebo kvantitativní, do nichž se řadí teploměr, rychloměr, otáčkoměr. U sdělovačů je důležité podávat informace ve správnou chvíli, jasně formulovat informace pro snadné pochopení, umístit sdělovače do zorného pole pracovníka a zbytečně nepoužívat více informací než je nutné, aby se tím nezhoršila pozornost pracovníka. Z hlediska bezpečnosti musí být vidět na zrakový sdělovač mimořádných poruchových a havarijních stavů z každého pracovního místa.
Pracovní prostředí
Člověk potřebuje pro dobře odvedenou práci vhodné vybavení pracovního místa.
Důležitý element pro práci vsedě je pracovní sedadlo. Mělo by mít tvar a konstrukční řešení vhodné pro druh práce, která je vykonávaná. Může být stabilní, přenosné, pojízdné,
14
s opěrkou nebo bez a s výztuhou či bez výztuhy. Nejdůležitější části sedadla je nastavitelnost sedáku. Doporučovaná velikost sedáku je 40 x 40 cm, výška od země by měla být 35 - 52 cm. Tvar sedáku by měl tvořit čtverec nebo lichoběžník. Přední hrana sedáku má být co nejvíce zaoblená. Úhel kolene by měl svírat min. 45°, při menším úhlu by docházelo ke stlačení svalstva, cév a nervů dolních končetin.
Správně nastavené osvětlení pracovního prostředí je důležité z hlediska výkonnosti pracovníka. Může být buď přirozené nebo umělé, nebo jejich kombinace. Intenzita osvětlení se určuje podle práce a její náročnosti. Rozlišuje se „kritický detail“, což je nejmenší rozměr, který musí být rozeznán. Dále je důležitý směr osvětlení. Nejvhodnější se zdá být osvětlení shora a mírně zleva, pokud je pracovník pravák. V tomto typu osvětlení nebudou vrženy stíny. Rovnoměrnost osvětlení závisí na typu a počtem svítidel, jejich rozmístění, odrazivosti prostředí a druhu osvětlení. Ideální podmínky pro zrak jsou při rovnoměrném osvícení, kdy se oko zbytečně neunavuje a neruší se pozornost pracovníka případnými stíny.
Dalším rušivým elementem na pracovišti je hluk, jeho hladina všeobecně stoupá. Hluk může narušit pohodu pracovníka a zhoršit jeho výkon, který se odrazí v produktivitě a jakosti práce. Mohou být tři druhy hluku:
obtěžující - pouze naruší pohodu pracovníka
rušivý - znemožňuje pracovníkovi soustředění na danou činnost
hluk škodlivý - ohrožuje lidské zdraví
Obecně platí, že čím je hluk hlasitější s vyšší frekvencí a navíc přerušovaný, tím je více škodlivý pro lidské zdraví.
Do ergonomického systému patří i hygiena práce, bezpečnost práce, ekologie, technická estetika a organizace práce. Tato odvětví jsou jako celek nazývána „Ergatičnost systému“.
Při vysoké ergatičnosti dochází k vysokému ohrožení člověka, u nízké ergatičnosti k nízkému ohrožení, proto mají být v normálu bezpečnostní, ergonomická, hygienická a estetická kritéria. Podle definice ergatičnosti nesmí na pracovišti docházet k ohrožení zdraví a pracovní pohody člověka.
Bezpečnost člověka při práci
Bezpečný nebo přijatelně bezpečný je stav stroje nebo prostředí, při kterém se nemůže stát úraz. Člověk je nezranitelnějším článkem v systému člověk – stroj - prostředí. Je fyzicky i
15
psychicky nemožné za všech podmínek zajistit 100% soustředěnost a postřeh člověka.
Způsob, jak lze zamezit úrazům, je zabezpečit pracovní místo správným ergonomickým řešením a dbát na osobní ochranné pomůcky.
Organizace práce
Organizace práce určuje podmínky, kdy se práce dělá efektivně a přitom se respektují možnosti člověka. Aby pohyby byly ekonomické, musí být přirozené, jednoduché, provedené v zorném poli, jednotlivé pohyby na sebe mají navazovat a platí zde pravidlo, že přesnější pohyby se vykonávají lépe vsedě.
16
2. Využití 3D CAD programů pro vědní obor ergonomie
Člověk při práci potřebuje ergonomicky vhodné stroje, které budou zvyšovat jeho produktivitu a snižovat čas potřebný pro vykonání práce. Proces od návrhu po zhotovení stroje byl dříve zdlouhavý, protože se vše muselo vyrábět z reálných prostředků a v případě chyb se výrobek musel složitě vyrábět znovu. Již od roku 1960 slouží simulační CAD programy k navrhnutí a zkonstruování stroje, jejich uspořádání v prostředí, posazení a postavení do nich nebo k nim virtuální manekýny a simulování celého průběhu výroby i s vyhodnocením rizik. Mezi hlavní výrobce těchto softwarů patří produkty firem v tabulce 1.
Tabulka 1 Výrobce 3D softwarů pro simulaci
Stát Firma Program Virtuální manekýn
Francie Dassault Systems Catia Delmia V5 Human
USA Siemens PLM Software Tecnomatix Jack Jack
Německo Human Solution GmbH Human Solution Ramsis
USA PTC Pro/Engineer Manikin Lite
Tyto programy byly původně vyvinuty pro potřeby v letectví, později se uplatňovaly v oboru strojním, automobilovém a dalších. Simulace pomáhá zjistit, jak se chová vyvíjený stroj v systému člověk – stroj – prostředí, a jaké je zatížení pracovníka v průběhu výroby.
Využití těchto programů je pro simulování, kontrolování a vyhodnocení působení pracovní činnosti a pracovního místa na člověka. S použitím virtuálního manekýna lze zjistit dosahové a zrakové možnosti pracovníků a předpovědět pohodlnost pracovního prostředí.
Tím se zamezí nebo alespoň sníží riziko poškození zdraví zaměstnanců a snižují se náklady a čas oproti změnám vykonaným na reálně vyrobeném produktu.
Virtuální manekýn byl dříve v CAD programech zkonstruován z co nejjednodušších tvarů a v dnešní době se jedná o věrohodné kopie lidí. V programech je možnost modifikovat pohlaví, výšku a proporce virtuálního manekýna. Virtuální manekýni Technomatix Jack, Delmia V5 Human a Ramsis jsou na obrázku 4 od firem Dassault Systems, Siemens a Human Solutions.
17
Obrázek 4 Virtuální modely člověka v simulačních 3D CAD programech
V této diplomové práci bude použit software CatiaV5 R19 - modul Delmia V5 Human, který umožňuje sledovat fyzické možnosti virtuálního manekýna při různých pracovních činnostech v rámci pracovního procesu.
Virtuální manekýn Jack se používá v programu Technomatix Jack od firmy Siemens a zaměřuje se na studii lidského chování při práci. Program využívá 3D model pracovního prostředí, pracovníka a pracovní činnosti. Program pracuje s virtuálním manekýnem muže se jménem Jack a virtuální manekýnou ženy se jménem Jil. Je zde možnost nastavit tělesné rozměry a proporce pracovníka, pohybovat s jednotlivými částmi těla podle přirozených pohybů a rozsahu kloubů. Následně dosadit virtuálního manekýna do 3D pracovního prostředí a sledovat jeho výkonnost. Virtuální manekýn je schopný odpovědět na otázky, co vidí, kam dosáhne, jak se cítí a zda práci, kterou vykonává, zvládá bez obtíží. Další možností je zobrazení zorného pole virtuálního pracovníka. Výstupy z programu, které zjišťují zatížení lidí při práci, jsou vhodné pro zdravotníky, ergonomické pracovníky, techniky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci.
18
Virtuální manekýn Ramsis patří do programu firmy Human Solutions GmbH a slouží pro ergonomickou analýzu CAD návrhů a pro zvýšení produktivity a pohodlí uživatelů.
Program čerpá data z rozsáhlé antropometrické databáze, zahrnuje možnost vytvoření individuální Ramsis figuríny podle 3D skeneru. Systém umožňuje porovnat různé velikosti lidského těla, zobrazit zorné pole pracovníka, simulovat pohyby a tím snižovat čas a náklady na vývoj stroje. Existují tři základní verze programu Ramsis pro automobilový, letecký průmysl a průmyslová vozidla. V programu Human Solutions je možnost nastavení výchozích pozic stání, ale také sezení v autě jako řidič nebo spolujezdec. Následná simulace v prostoru auta analyzuje, jestli se cítí manekýn komfortně, jak vypadá budoucí prostor v autě a jestli mu vyhovují provozní podmínky uvnitř vozidla.
Virtuální manekýn Manikin Lite, který se používá v programu Pro/ Engineer, je základní konstrukční řešení systému Product Development System od společnosti PTC. Program Pro/ Engineer zajistí detailní návrh výrobku, návrh procesu výroby, montáže a kontroly výrobku, navrhování a vytváření variant a konstrukci výrobního zařízení. Výhody programu Pro/ Engineer jsou rychlejší konstrukce dílů, snadná editace ploch s promítnutím změny ve všech formách výrobku, možnost realistické vizualizace programu a rychlé analýzy. V oblasti simulace a analýzy program pracuje s virtuálním manekýnem typu Manikin Lite, který má nastavené základní pozice, ve kterých se může dále interaktivně pohybovat. Pohyby manekýna mohou být použity pro ergonomické analýzy, jako jsou rozsah pohybu, vizualizace pohybu, zorný úhel, zorné pole, odměřování vzdáleností, zjišťování kolizí, těžiště, analýzy zvednutí a tlačení. Mezi uživateli řešení PTC jsou společnosti z oblasti výroby, publikace, služeb, vládních institucí a zdravotnictví [5].
2. 1 Program Catia V5 R19 a ergonomický modul Human
Catia V5 R19 a ergonomický modul Human od firmy Dassault Systemes je 3D software a jeho hlavní vlastností je možnost pohybového zachycení dějů pomocí simulace.
Systém Catia se vyvíjel od roku 1977 francouzskou společností Dassault Aviation, nyní firma používá jméno Dassault Systemes a dodnes má široké uplatnění v leteckém, automobilovém, lodním, strojnickém průmyslu a řadě dalších. Program Catia je určen pro počítačem podporované navrhování (CAD), konstruování (CAM), výrobu (CAE) a řízení procesů celého životního cyklu výrobku (PLM). Zkratka Catia znamená Computer - Graphics Aided Three - Dimensional Interactive Application, v překladu počítačový návrh trojrozměrných interaktivních aplikací.
19
Společnost Dassault Systemes nabízí několik verzí programu Catia s využitím pro celou řadu činností a průmyslových odvětví.
Software Catia V5R19 je tvořen z následujících modulů, které jsou vyobrazeny na obrázku 5:
Infrastrukture zahrnuje infrastrukturu produktu. Lze zde najít knihovnu materiálů, foto studio, filtr výrobních dat a slovníkový editor.
Mechanical Design „Mechanická konstrukce“ pro vytvoření modelů strojů a jejich částí, montáž, výběr svarů, strukturu návrhu, 2D nákresy pro 3D navrhování až po složitější plechové konstrukce. Cílem je vytvořit plně upravitelný parametrický model s možností geometrických a technologických vlastností.
Shape „Tvarování a styling“se zabývá speciální aplikací v oblasti volného nebo parametrického navrhování na úrovni povrchového modelování.
Další moduly řeší problematiku obrábění i samotnou simulaci obrábění, digitální procesy pro výrobu.
Ergonomic Design and Analysis „Ergonomický design a analýza“ obsahuje:
o Editor lidských měření (Human Measurements Editor) o Analýzu lidských činností (Human Activity Analysis) o Tvorba modelu člověka (Human builder)
o Analýzu držení lidského těla (Human Posture Analysis)
20
Obrázek 5 Hlavní moduly programu Catia V5R19 a modulu pro ergonomii
2.2 Catia - modul „Ergonomic design and analysis“
2. 2. 1 Human measurements editor
Human measurements editor umožňuje definici virtuálního modelu člověka. Na začátku práce se z databáze zvolí jméno člověka, pohlaví muž/žena, národnost – Američan/
Kanaďan/ Francouz/ Japonec/ Korejec. Pracovat se může s celým tělem nebo s jednotlivými částmi. Výchozím bodem může být bod oka, levá nebo pravá noha, apod. Je možno měnit proporce jednotlivých částí těla. Ukázka virtuálního modelu ženy a muže a vybraných částí těla možných k editaci je na obrázku 6. Při rozměrové změně jedné části těla se proporčně změní i části ostatní.
21
Obrázek 6 Virtuální model ženy a muže a vybraných částí těla možných k editaci V modulu Human Measurement editor jsou nastavitelné tři polohy těla vestoje:
Upažení
Předpažení
Rozpažení
Po zvolení pozice těla se mohou měnit jednotlivé parametry jako výška (k rameni, hýždě, pánve, kolene, lýtka), šířka, délka (k zápěstí, předloktí) a hloubka (hrudníku, hýždě, pasu).
Antropometrický filtr udává zobrazení obvodu, výšky, délky, šířky a hmotnosti u částí těla, hlavy, torza, paže, ruky, nohy a chodidla. Interpolací (ikona interpolace) se dají v systému definovat a vykreslit na těle jednotlivé segmenty, řezy a povrchy. Směr pohledu virtuálního manekýna se zobrazí základní linií pohledu, zorným polem a vizuálním kuželem.
2. 2. 2 Human activity analysis
Human activity analysis pomocí analýz pomáhá zvyšovat výkonnost pracovníka, jeho pohodlí a bezpečnost. Uživatelé mohou zjistit lidský výkon s ergonomickým hlediskem na správnost vykonávaných pohybů.
Human activity analysis zahrnuje analýzy:
I. Hodnocení pracovních poloh horních končetin (Rula analysis) II. Analýza zvedání a pokládání (Lift - lower analysis)
III. Analýza tlačení a táhnutí (Push - pull analysis) IV. Analýza nesení (Carry analysis)
V. Analýza biomechanické akce (Biomechanics single action analysis)
22
Analýzy vyžadují určení počáteční a koncové pozice manekýna nebo pracují s aktuální polohou těla manekýna. Po nastavení základní pozice a vybrání analýzy, která má být provedena, se otevře okno pro upřesnění vstupních hodnot. Okna jednotlivých analýz umožňují určit kritéria požadovaná pro daný úkol, jako je doba trvání a frekvence zkoumané činnosti nebo vzdálenost pro přenášení břemene. Výsledek analýzy je zobrazen ve spodní části okna. Veškeré analýzy jsou vyhodnocovány v reálném čase a při změně polohy pracovníka se aktualizuje výsledné skóre analýzy RULA (rapid upper limb assesment).
I. Analýza RULA
Tato analýza slouží k rychlému a systematickému hodnocení rizika poškození pohybového aparátu, především horních končetin. Metodika spočívá v hodnocení poloh paží, předloktí, zápěstí obou horních končetin, krku, trupu a nohou [6].
II. Analýza zvedání a pokládání (Lift - lower analysis)
Analýza na zvedání a pokládání břemen vychází ze směrnic NIOSH 1981, 1991 a SNOOK
& CIRIELLO 1991, ze kterých vychází i další analýzy. Analýza zvedání a pokládání vyžaduje určení počáteční a koncové pracovní pozice. Při této analýze se bere ohled na dobu trvání úkolu, jeho frekvenci a maximální váhu břemene.
Metoda Niosh vznikla v roce 1981 v Národním institutu pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci. Je zaměřená na analýzu zvedacích úkonů a pro manipulaci s břemeny těžšími než 5 kg po dobu 8 hodin. Zvedání je založeno na obouručním zvedání břemene a vzdálenost rukou od sebe je méně než 75 cm.
Roku 1991 došlo k přepracování a rozšíření postupu metody. Metoda se dále zabývá obouručními zvedacími úkoly, ale již se počítá s určitým stupněm asymetrie. Tyto analýzy vyžadují dobré spojení mezi zatíženýma rukama a i mezi botami a povrchu podlahy.
Směrnice Snook & Ciriello je také založená na dvou vstupních polohách. Akce zdvihání nebo spouštění je určena k přesunu zátěže v prostoru. K dispozici jsou tři úrovně zvedání a spouštění břemene:
Od podlahy do výšky kotníku
Od výšky kotníku po výšku ramen
Od výšky ramen k dosahu rukou
23
Podmínky uplatnění metody Snook & Ciriello jsou, že nebude použito trhavých pohybů při zvedání, obě ruce budou využity souměrně, bude zajištěna volnost pohybu a dobré úchopové podmínky pro přenos síly.
III. Analýza tlačení a tažení (Push - pull analysis)
Vyhodnocování analýzy tlačení a tažení břemen fungující na základě standardu metody Snook & Ciriello z roku 1991. Tato analýza umožňuje porovnávat skutečné údaje pro tlačení a tahání s tím, co se považuje za bezpečné k provedení tohoto úkolu. K dispozici jsou 3 kroky definované pro svislou výšku rukou k tažení:
Od podlahy do výšky 64 cm
Od podlahy do výšky 89 cm
Od podlahy do výšky 135 cm
K dispozici je 6 předdefinovaných vzdáleností pohybu tlačit:
7, 25, 50, 100, 150 a 200 tlačení nohou
Pohlaví a svislá výška rukou je určena z vybraného manekýna v pracovním prostředí.
Analýza nesení (Carry analysis)
Analýza nesení umožňuje porovnávat skutečné údaje o maximální přijatelné hmotnosti břemena pro nošení při práci. Tato analýza se zabývá dvěma svislými výškami vzdáleností rukou při práci:
Pohlaví Muži Ženy
1. výška od podlahy Do 79 cm Do 71 cm
2. výška od podlahy Do 112 cm Do 104 cm
Kritéria jako je pohlaví manekýna a hodnota vzdálenosti pro ruce jsou použity přímo z vybraného manekýna v pracovním prostředí.
IV. Analýza biomechanické akce (Biomechanics single action analysis)
Tento ergonomický nástroj měří biomechanické údaje o pracovníkovi v daném prostředí a za daného postoje manekýna. Zatížení, které působí na ruce figuríny, jsou brány v úvahu biomechanické analýzy. Tyto síly představují zátěž nesení, zvedání a pokládání, tlačení a tažení a jsou k dispozici pouze pro ruce. Analýza se aktualizuje, když je zatížení změněno.
24
Analýzou biomechanické akce se simuluje chůze, zvednutí a položení břemen, stoupání po schodech nebo žebřících [7].
2. 2. 3 Hodnocení analýzy RULA
Pro vykonání analýzy RULA v programu Catia je potřebné zvolit ergonomický nástroj RULA analysis. Otevře se dialogové okno, kde je potřebné zadat parametry pracovní polohy. RULA analýza se vypočítá zvlášť pro levou nebo pravou stranu těla. Další nastavitelný parametr, který lépe popíše situaci pracovníka, je poloha při práci. Na výběr je:
statická poloha
střídavá poloha
opakovaná poloha
Frekvence opakování je automaticky nastavena v závislosti na zvolené variantě typu držení těla. Další položky pro individuální nastavení jsou:
podepřená ruka / nakloněná osoba
ruce pracující skrz středovou čáru
omezení rovnováhy
Definice míry zatížení určí hmotnost manipulovaného předmětu v kilogramech. Po nastavení všech parametrů se zobrazí výsledné skóre analýzy RULA. Skóre má základní a rozšířený režim zobrazení. Základní režim zobrazuje výsledné číselné skóre od 1 do 7, kde vyšší skóre znamená vyšší zatížení, doprovázené barevným hodnocením od zelené po červenou.
V tab. 2 je uvedené číselné skóre RULA analýzy.
Tabulka 2 Výsledné číselné skóre RULA analýzy
Číselné skóre Barevné hodnocení Stupeň zatížení
1 - 2 Zelená Postoj je přijatelný, pokud nebude delší dobu zachovaný nebo opakovaný stupeň zatížení
3 - 4 Žlutá Doporučené další setrvání u úkolu, ale je třeba další šetření pro možnou změnu
5 - 6 Oranžová Doporučení brzy změnit zátěž
7 Červená Další zkoumání je nutně a je doporučená okamžitá změna zátěže
25
V rozšířeném režimu zobrazení jsou i výsledky průběžného skóre, kde je možné změnit jednotlivé parametry podle potřeby. Parametry lze změnit u paže, předloktí, zápěstí, rotace zápěstí, krku a trupu. Výsledek analýzy je potom upraven podle nových hodnot. Příklad analýzy RULA pro zatížení rukou je uveden na obrázku 7.
Obrázek 7 Zatížení rukou - analýza RULA s rozšířeným nastavením
Analýza je sledovaná u levé strany těla ve střídavém postoji, s podepřenou rukou, hmotnost zatížení je 5 kg. Podle červeného označení je nejvíce zatížená oblast předloktí a zápěstí. Výsledné skóre udává doporučení pozicí se dále zabývat, ale brzy ji změnit.
Analýza RULA posuzuje jednotlivé stavy polohy, síly a svalové činnosti, které prokazatelně přispívají k opakované zátěži těla. Dílčí skóre v pokročilém režimu zobrazení analýzy jsou reprezentované číslem a barvou, a jsou použité pro výpočet konečného skóre analýzy RULA. Výsledky tohoto přístupu ergonomického hodnocení je vyhodnocované
„rizikovými body“, které jsou odstupňované od 1 po 6, kde vyšší skóre znamená vyšší stupeň rizika. V tabulce 3 je uveden rozsah skóre pro každý úsek i související barvy.
26
Tabulka 3 Rizikové body s přiřazenými barvami v analýze RULA
[8]
2. 2. 4 Human Builder
Libovolné vytváření a manipulování s virtuálním manekýnem, který je schopný pohybovat končetinami, rukama včetně prstů, rameny a hlavou je součástí modulu Human Builder. Je zde možné nastavit i osvětlení manekýna a zobrazit jeho zorné pole.
V programu Human Builder je možné volit pracovní pózy manekýna: sezení/SIT, hrbení/STOOP, otáčení/TWIST, natočení trupu/LEAN, úchopy rukou/HAND GRASP a zvedání lokte/ADJUST ELBOW. Všechny pózy lze editovat.
Editor změny pozic rozpohybuje jednotlivé části těla virtuálního manekýna do stran, nahoru a dolů a rotuje s nimi. Zároveň jsou zde viditelné úhly možného pohybu těla.
K editaci jsou určené pozice následujících částí těla:
Paže/ARM
Rameno/CLAVICULAR
Chodidlo/FOOT
Předloktí/FOREARM
Celý hrudník/FULL SPINE
Hlava/HEAD Segment Rozsah
skóre
Barva přiřazená k číselnému skóre
1 2 3 4 5 6
Paže 1 – 6
Předloktí 1 - 3
Zápěstí 1 - 4
Rotace zápěstí 1 - 2
Krk 1 - 6
Trup 1 - 6
27
Noha/LEG
Bedra/LUMBAR
Stehno/THIGHT
Hruď/THORAC
Prsty u nohy/TOES
Ruka/HAND
1. článek palce u ruky / THUMB 1
2. článek palce u ruky /THUMB 2
Špička palce u ruky/ THUMB 3
Ukazovák/ INDEX 1, 2, 3
Prostředníček/ MIDDLE FINGER 1,2,3
Prsteníček/ANNULAR 1, 2, 3
Malíček/AURICULAR 1, 2, 3
Analýza jednotlivých částí těla je provedená v následující kapitole.
2. 2. 5 Human posture analysis
Pro vyhodnocení analýzy pozic pracovníka při práci je určen modul Human posture analysis. Pozice a postoje těla jsou zkoumané a vyhodnocované za účelem zajištění komfortu a výkonnosti pracovníka při práci. Pro vyhodnocení aktivity pracovníka při práci je využíván modul Human Activity Analysis. Pomocí něho se zjišťuje zatížení člověka v různých polohách během pracovního úkolu.
2. 3 Analýza modulu Human Builder na virtuálním manekýnovi
Důležitým faktorem ke správné ergonomii je uvědomění si pohyblivosti lidského těla.
Pohyblivost je schopnost vykonávat pohyb v celém kloubním rozsahu. Normální pohyblivost je určena fyziologickým rozsahem kloubů, funkcí svalů a svalových skupin.
Stupně volnosti pro pohyby těla používané v programu Catia jsou:
Flexe – ohýbání, předpažení
Extenze – natažení, narovnání, zapažení
Rotace doleva / doprava – otáčení, otočení
Lateroflexe - úklon doleva / doprava
Elevace - vytažení, vyzdvižení
28
Deprese - stažení, pohyb dolů
Abdukce - odtažení, odchýlení, upažení (pohyb od těla)
Addukce - přitažení, připažení (pohyb směrem k tělu)
Pronace – otáčení, rotace směrem dovnitř
Supinace – otáčení, rotace směrem ven
V editoru pozic jsou na výběr jednotlivé části těla, a to pro levou a pravou část těla.
Základní polohy těla jsou předdefinované na polohu vestoje, vsedě, v kleče, vestoje s upaženýma rukama. Po výběru směru pohybu je určená výchozí hodnota těla a na posuvníku v procentech lze hýbat s vybranými částmi těla o určité procento nebo až do maxima či minima, to znamená nahoru - dolů, doprava – doleva. Pro lepší orientaci v rozmezí pohybu manekýna slouží zobrazené úhlové omezení. Pohyblivost částí těla se udává ve stupních a označují se jako „deg“ = degrese. Virtuální manekýn má schopnosti pohybu těla jako člověk a jeho přirozené pohyby jsou v rozmezí zobrazených úhlů.
Veškeré pohyby manekýna lze sledovat aktivací animace.
2. 3. 1 Pohyby hlavy
A. Rozsahy úhlů pohybu hlavy jsou na obrázku 8, 9, 10.
Flexe / předklon hlavy Extenze / záklon hlavy Obrázek 8 Pohyb hlavy – Flexe a extenze hlavy 45°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální předklon hlavy, žlutá maximální záklon hlavy a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
29
Lateroflexe doleva / úklon hlavy doleva Lateroflexe doprava / úklon hlavy doprava Obrázek 9 Pohyby hlavy - Lateroflexe doleva a doprava 38°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální úklon hlavy doprava, žlutá maximální úklon hlavy doleva a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Rotace hlavy doleva Rotace hlavy doprava
Obrázek 10 Pohyby hlavy - Rotace hlavy doleva a doprava 150°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální rotaci hlavy doprava, žlutá maximální rotaci hlavy doleva a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 2 Pohyby ramene
B. Rozsah úhlů pohybu ramene jsou na obrázku 11, 12.
30
Flexe ramene Extenze ramene
Obrázek 11 Pohyby ramene - Flexe a extenze ramene 28°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohyb ramene dopředu, žlutá maximální pohyb ramene dozadu a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Elevace ramene Deprese ramene
Obrázek 12 Pohyb ramene - Elevace a deprese ramene 61°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohyb ramene nahoru, žlutá maximální pohyb ramene dolů a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 3 Pohyby paže
C. Rozsah úhlu pohybu paže jsou na obrázku 13, 14, 15.
31
Flexe paže Extenze paže
Obrázek 13 Pohyby paže – Flexe a extenze paže 230°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohyb paže nahoru, žlutá maximální pohyb paže dozadu a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Addukce paže Abdukce paže
Obrázek 14 Pohyb paže - Addukce a abdukce paže 98°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohyb paže od těla, žlutá maximální pohyb paže k tělu a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
32
Laterální rotace paže Mediální rotace paže Obrázek 15 Pohyb paže - Laterální a mediální rotace 117°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální rotaci paže k tělu, žlutá maximální pohyb paže od těla a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 4 Pohyby předloktí
D. Rozsah úhlu pohybu předloktí jsou na obrázku 16, 17.
Flexe předloktí Extenze předloktí
Obrázek 16 Pohyb předloktí - Flexe a extenze předloktí 140°
33
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální ohnutí předloktí, žlutá maximální narovnání předloktí a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Pronace předloktí Supinace předloktí
Obrázek 17 Pohyby předloktí - Pronace a supinace předloktí 160°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální rotaci předloktí k tělu, žlutá maximální rotaci předloktí od těla a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 5 Pohyby trupu
E. Rozsah úhlu pohybu trupu jsou na obrázku 18, 19, 20.
Flexe trupu Extenze trupu
Obrázek 18 Pohyby trupu - Flexe a extenze trupu 77°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální záklon trupu, žlutá maximální předklon trupu a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
34
Úklon trupu doleva Flexe a rotace hrudníku doleva Obrázek 19 Pohyby trupu - Lateroflexe trupu 51°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální úklon trupu doleva, žlutá maximální úklon trupu doprava a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku. Na obrázku vpravo je kombinace rotace hrudníku doleva a mírného předklonu.
Flexe bederní části zad Extenze bederní části zad Obrázek 20 Pohyby trupu - Flexe bederní části zad 47°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální předklon bederní části zad, žlutá maximální záklon bederní části zad a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
35 2. 3. 6 Pohyby stehna
F. Rozsah úhlu pohybu stehna jsou na obrázku 21, 22.
Flexe stehna Extenze stehna
Obrázek 21 Pohyb stehna - Flexe a extenze stehna 131°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální přednožení stehna, žlutá maximální zanožení stehna a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Abdukce a rotace stehna doprava Addukce stehna Obrázek 22 Pohyb stehna - Abdukce a addukce stehna 45°
36
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální unožení stehna, žlutá maximální přinožení stehna a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 7 Pohyby lýtka
G. Rozsah úhlu pohybu lýtka jsou na obrázku 23, 24.
Flexe lýtka Extenze lýtka
Obrázek 23 Pohyb lýtka - Flexe a extenze lýtka 135°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální zanožení lýtka, žlutá maximální přednožení lýtka a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Extenze a laterální rotace lýtka Mediální rotace lýtka Obrázek 24 Pohyb lýtka - Laterální rotace lýtka 78°
37
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální vnitřní rotaci lýtka, žlutá maximální vnější rotaci lýtka a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 8 Pohyby nohy
H. Rozsah úhlu pohybu nohy jsou na obrázku 25, 26.
Flexe nohy a extenze prstů Extenze nohy
Obrázek 25 Pohyb nohy - Flexe a extenze nohy 88°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální skrčení nohy, žlutá maximální narovnání nohy a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Extenze prstů u nohy Flexe prstů u nohy
Obrázek 26 Pohyb nohy - Flexe a extenze prstů u nohy 70°
38
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální polohu prstů dole u nohy, žlutá maximální polohu prstů nahoře u nohy a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 9 Pohyby ruky
I. Rozsah úhlu pohybu ruky jsou na obrázku 27, 28, 29, 30, 31.
Flexe ruky Extenze ruky
Obrázek 27 Pohyb ruky – Extenze ruky 150°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální přitažení ruky, žlutá maximální odtažení ruky a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Flexe ruky a radiální odchýlení Odchýlení
Obrázek 28 Pohyb ruky – Radiální odchýlení 50°
39
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální odchýlení ruky směrem k palci, žlutá maximální odchýlení ruky směrem od palce a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Abdukce 1. článku palce Addukce 1. článku palce Obrázek 29 Pohyb ruky - Abdukce a addukce 1. článku palce 87°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální odchýlení palce směrem od dlaně, žlutá maximální odchýlení palce směrem k dlani a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Flexe 2. Článku palce Extenze 2. článku palce Obrázek 30 Pohyb ruky - Flexe a extenze 2. článku palce 55°
40
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální odchýlení druhého článku palce směrem k dlani, žlutá maximální odchýlení druhého článku palce směrem od dlaně a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Flexe špičky palce Extenze špičky palce
Obrázek 31 Pohyb ruky - Flexe a extenze špičky palce 90°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální odchýlení třetího článku palce směrem k dlani, žlutá maximální odchýlení třetího článku palce směrem od dlaně a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
2. 3. 10 Pohyby očí
J. Rozsah úhlu pohybu očí jsou na obrázku 32, 33.
Flexe hlavy a pohled očí dolů Pohled očí nahoru Obrázek 32 Pohyby očí - dolů a nahoru 60°
41
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohled očí nahoru, žlutá maximální pohled očí dolů a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
Rotace hlavy a pohled očí doprava Pohled očí dopředu Obrázek 33 Pohyb očí - doleva a doprava 70°
Zelená barva ramene úhlu vyznačuje maximální pohled očí doprava, žlutá maximální pohled očí doleva a modrá linie určuje aktuální stupeň pohybu v daném okamžiku.
3 Využití metody MTM v modulu „Ergonomic design and analysis“
K ergonomii patří i normování lidské práce, které slouží pro plánování výroby, plánování počtu pracovníků pro jednotlivé činnosti a objemy prací, pro časově řízené práce na pracovištích, kontrolu vykonávaného objemu práce, stanovení mzdového fondu a odměňování pracovníků podle zásluhy. Metody stanovení normy času se rozdělují do dvou skupin:
sumární metody – metoda, při které je norma času stanovena souhrnně pro celou pracovní operaci, bez ohledu na technicko – organizační podmínky normované práce. Nejsou zde uplatňovány přesné objektivní metody měření času spotřebovaného ke splnění pracovního úkolu [10].
42
rozborové metody – je opakem sumární metody. Norma času je vypočítána jako součet normativních časů dějů tvořící obsah normované pracovní činnosti s ohledem na technicko – organizační podmínky [10].
U rozborových metod se nejprve provede rozbor normované práce na její jednotlivé pracovní složky, které se skládají z:
Přípravy – uchopit, urovnat, přemístit
Vlastní činnosti - šití
Dokončení – přemístit, zkontrolovat, upravit
Následně se provede jejich zhodnocení, případně se navrhnou změny, stanoví se čas těchto složek, čas obecně nutný a podmínečně nutných přestávek. Z těchto časů se vypočítá norma času na jednotku pracovního úkolu. Dostanou se tak technicky zdůvodněné normy.
Rozborové metody se dále dělí na metody:
metoda rozborově výpočtová - podstata metody spočívá v rozboru operace, ve stanovení času pro jednotlivé její složky pomocí normativů času. Normativ času je obecný čas na vykonání určitého úkolu zjištěný vědeckými postupy. Metoda se aplikuje při libovolném stupni opakovanosti práce. Výhoda metody je, že normy času lze stanovit ještě před zahájením práce. Metoda rozborově výpočtová se dále dělí podle normativu na systémy MTM - Method Time Measurement, WF – Work Factor, TZN – Technicko zdůvodněné normy .
metoda rozborově chronometrážní – je založena na získání časových hodnot měřením v provozu. Dá se proto použít jen u prací, které se již používají a mají vysokou opakovanost
metoda rozborově porovnávací - vychází z porovnání jednotlivých složek času operace, pro kterou je již stanovena norma některou z předcházejících metod, s obdobnými složkami času normované práce [11]
V této diplomové práci se zabývám systémem MTM.
Metoda MTM (Method Time Measurement)- metoda předem určených časů
