Zeszyty Naukowe 16(88) 63
Scientific Journals
Zeszyty Naukowe
Maritime University of Szczecin Akademia Morska w Szczecinie
2009, 16(88) pp. 63-69 2009, 16(88) s. 63-69
Badania holterowskie i psychofizyczne operatorów suwnic
The Holter and psychophysic research of cranes operators
Edward Michlowicz
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Urządzeń Technologicznych i Ochrony Środowiska 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30/B4, e-mail: michlowi@agh.edu.pl
Słowa kluczowe: symulacja, zintegrowane systemy informatyczne zarządzania, dynamika systemów
Abstrakt
Operatorzy suwnic podczas wykonywania pracy są narażeni na oddziaływania czynne i bierne. Stanowiska pracy operatorów poddanych badaniom różniły się stopniem trudności, a więc też stopniem podatności na stres związany z wykonywanymi czynnościami. Badania przeprowadzono dla operatorów obsługujących trzy rodzaje suwnic: lejniczą, remontową i kleszczową. W badaniach wykorzystano technikę holterowską oraz te-sty psychofizyczne według tzw. Lite-sty Dortmundzkiej.
Key words: simulation, integrated management information systems, System Dynamics
Abstract
Cranes operators are exposed both to active and passive influences during work. Work positions of the operators, who were put through examinations, differed in a degree of complexity, therefore also in a degree of susceptibility to stress connected with the executed activities. Examinations were carried out for operators manning three kinds of cranes: teeming crane, repair crane and ingot mould stripper crane. The Holter technique and psychophysical tests according to the so-called Dortmund List were used.
Człowiek – operator w systemie suwnicy
W ramach projektu badawczego KBN podjęto temat antropocentrycznego podejścia w projekto-waniu stanowisk operatorów suwnic [1, 2, 3]. Ba-dania dotyczyły trzech obszarów:
− właściwości fizycznych operatora (np. wiek,
stan zdrowia);
− właściwości związanych z wiedzą i
umiejętno-ściami (wykształcenie, ukończone kursy);
− właściwości psychofizycznych i psychicznych.
Dodatkowo zaproponowano uwzględnienie
wpływu otoczenia na operatora:
− bliskiego – kabiny (komfort pracy, ergonomia
stanowiska),
− dalszego – proces produkcyjny, usługowy (hala
produkcyjna: hałas, temperatura, drgania kon-strukcji suwnicy).
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzo-no, że ustalenie jakościowych oddziaływań systemu i otoczenia na operatora jest możliwe tylko na dro-dze badań empirycznych.
Rys. 1. Schemat struktury antropocentrycznej Fig. 1. A scheme of anthropocentric structure
Zdefiniowanie systemu z uwzględnieniem umiejęt-ności sterującego systemem podmiotu (człowieka – operatora) umożliwia pozostawienie struktury tech-nicznej systemu (elementy konstrukcji, mechani-zmów, relacje) bez zmian, natomiast wymaga od-rębnego potraktowania struktury dynamicznej i wzięcie pod uwagę człowieka. Uwzględnienie operatora suwnicy ma istotny wpływ na efekt koń-cowy działania całego systemu suwnicy, tj. na
wy-NADSYSTEM (człowiek operator) klasyczny system suwnica – < E, R > wydzielone otoczenie – jako system C M O
niki realizacji określonego zadania transportowego. Otoczenie systemu (np. temperatura, drgania kon-strukcji) ma istotny, ale inny wpływ na przedmiot (suwnicę), a inny na podmiot (operatora). Dlatego należy przyjąć strukturę hierarchiczną, w której nadsystemem jest człowiek C (operator suwnicy), a podsystemami są: suwnica (M) i otoczenie bliskie (O), w którym realizowany jest proces (rys. 1) (np. obsługa suwnicy w porcie morskim).
Charakterystyka stanowiska pracy i plan badań
Operatorzy suwnic są narażeni na oddziaływanie czynników czynnych i biernych, wynikających z wykonywanych czynności. Narażenie bierne wy-nika z ruchu suwnicy po torach, natomiast naraże-nie czynne związane jest ze sterowanaraże-niem suwnicą.
Czynniki czynne i bierne, oddziałujące na opera-torów suwnic, zaliczane są do czynników fizycz-nych. Należą do nich m.in.: drgania suwnicy, hałas, temperatura, zanieczyszczenie powietrza, wilgot-ność, ergonomia stanowiska pracy (kabiny).
Narażenie psychiczne operatorów suwnic po-wodowane może być przez:
− ciągłe napięcie nerwowe związane z
przemiesz-czaniem ładunków o dużej masie (do kilkuset ton);
− ciągłą koncentrację i konieczność podzielności
uwagi;
− występowanie sytuacji awaryjnych i
nietypo-wych, zwiększających obciążenie psychiczne;
− monotonię pracy;
− konieczność dobrej orientacji przestrzennej;
− presję czasu podczas dużego natężenia pracy;
− konieczność komunikacji z operatorem
pomoc-niczym (komunikacja radiowa, „gesty” – na po-ziomie hali).
Stanowiska pracy operatorów poddanych bada-niom różniły się stopniem trudności, a więc też stopniem podatności na stres związany z pracą. Badaniom poddano suwnicowych obsługujących trzy rodzaje suwnic:
− lejniczą (maks. udźwig 240 ton),
− remontową (maks. udźwig 100 ton),
− kleszczową (maks. udźwig 50 ton).
Operatorzy ww. suwnic są odpowiednio dobra-nymi pracownikami o wysokich kwalifikacjach zawodowych (wyróżnia się kilka stopni kwalifika-cji umożliwiających pracę na różnym poziomie trudności) i specyficznych predyspozycjach, po-nieważ ich praca związana jest z wysokim obciąże-niem psychicznym i fizycznym.
Badania przeprowadzono w Mittal Steel Poland – Oddział Kraków. Zastosowano dwie techniki:
badania holterowskie oraz badanie ankietowe – testy psychofizyczne według tzw. Listy Dort-mundzkiej.
Badania holterowskie przeprowadzono na dzie-więciu operatorach:
− trzech obsługiwało suwnicę lejniczą,
− czterech obsługiwało suwnicę remontową,
− dwóch obsługiwało suwnicę kleszczową.
Plan obejmował po dwa badania operatora (suwnicowego) na każdej z trzech zmian oraz ba-danie całodobowe. Operatorzy pracowali na nastę-pujących zmianach:
− I zmiana: od 600 do 1400,
− II zmiana: od 1400 do 2200,
− III zmiana: od 2200 do 600.
Obsługiwanie suwnic lejniczych wymaga od operatorów wysokich umiejętności i najwyższych kwalifikacji zawodowych. Przemieszczanie
ciekłe-go metalu o temperaturze ponad 1500°C naraża
operatorów na dodatkowy stres.
Badaniom ankietowym poddano 20 operatorów suwnic, przy czym subiektywnie ograniczono licz-bę pytań ankietowych (zamiast standardowej liczby 120 – zadano 26 pytań).
Badania holterowskie
Metodę badań operatorów suwnic omówiono szczegółowo w pracach [3, 4, 5]. Do analizy wyni-ków wykorzystano oprogramowanie Holter Sili-conBeat 2000 firmy Medea [6]. Producent systemu SiliconBeat 2000 zaleca stosowanie elektrod żelo-wych przeznaczonych do badań holterowskich, gdyż posiadają one wiotki krążek przylepny i są mocno nasączone odpowiednim żelem, polepszają-cym kontakt elektrody ze skórą. Do naklejonych elektrod należy podłączyć przewody, przestrzegając ustalonego przyporządkowania kolorystycznego, zalecanego dla uzyskania żądanych odprowadzeń. Przewody należy zamocować na klatce piersiowej za pomocą niedrażniącego plastra w ten sposób, aby między elektrodą a miejscem przyklejenia przewody tworzyły pętlę zabezpieczającą elektrodę przed oderwaniem w wyniku poruszenia kabla. Na fotografii (rys. 2) przedstawiono sposób mocowa-nia elektrod na ciele badanego operatora.
Przed rozpoczęciem badania należy wykonać również takie czynności, jak:
− sprawdzenie stanu źródła zasilania,
− zanotowanie nazwiska badanego operatora i
nu-meru karty pamięci Flash.
Początkowe wyniki zapisu holterowskiego za-wierają m.in. dane operatora, datę przeprowadzenia oraz czas rozpoczęcia i zakończenia badania, liczbę zespołów QRS, liczbę markerów pacjenta, dane
Zeszyty Naukowe 16(88) 65
Rys. 2. Prawidłowe rozmieszczenie elektrod na ciele operatora Fig. 2. The proper distribution of electrodes on the operator’s body
o częstości rytmu serca, dane dotyczące arytmii, zmierzone parametry odcinka ST niezależnie dla kanałów pomiarowych A i B Holtera (rys. 3). Ze-spół QRS to największy zeZe-spół załamków elektro-kardiogramu. Opisuje pobudzenie mięśni komór serca i składa się z jednego lub kilku załamków określanych kolejno jako Q, R i S, w zależności od miejsca wystąpienia i kierunku wychylenia. Nato-miast uniesienie odcinka ST (ang. ST Elevation
Myocardial Infarction) na elektrokardiogramie jest
opisem ostrego zespołu wieńcowego. Klasyfikator arytmii zawarty w tym programie wykrywa do 40 klas arytmii. Po wybraniu tej opcji na ekranie wy-świetlone zostają arytmie podzielone na trzy grupy: arytmie nadkomorowe, bradykardie, arytmie
komo-rowe. Na kolejnych wykresach przedstawiono zapi-sy częstości akcji serca (rys. 4) oraz zmienności odcinka ST wybranego operatora (rys. 5). Przykła-dowe wyniki badań dla 2 operatorów zestawiono w tabelach (1 i 2) oraz na wykresach (rys. 6 i rys. 7). Operator 1 pracował na suwnicy lejniczej, na-tomiast operator 2 obsługiwał suwnicę remontową.
Na rysunku 4 prezentowane są trzy wartości częstości dla każdej z minut zapisu:
− częstość średnia z danej minuty zapisu,
− częstość minimalna w danej minucie zapisu
wyznaczana na pięć kolejnych pobudzeń,
− częstość maksymalna w danej minucie zapisu
wyznaczana na pięć kolejnych pobudzeń. Na wykresie (rys. 5) przedstawiono trzy warto-ści obniżenia odcinka ST: średnie obniżenie w cią-gu minuty, minimalne i maksymalne obniżenie występujące w ciągu danej minuty. Podawane war-tości liczbowe dotyczą tej minuty zapisu, na której ustawiony jest pionowy kursor czasu.
Uzyskane wykresy w funkcji czasu podzielono na trzy fragmenty i na ich podstawie otrzymano wartości średnie częstości serca dla poszczególnych przedziałów:
• pierwszy – początek badania, który przyjęto
jako czas od założenia aparatury do pierwszej godziny zapisu;
• drugi – praca, jest to sześciogodzinny zapis;
• trzeci – koniec badania, jest to ostatnia godzina
pomiaru.
Rys. 3. Przykładowe zbiorcze zestawienie wyników badania Fig. 3. A model overall list of examination results
Rys. 4. Wykres częstości akcji serca operatora w funkcji czasu
Fig. 4. A graph of the frequency of the operator’s heart action in time function
Rys. 5. Wykres częstości akcji serca operatora – obniżone wartości ST
Zeszyty Naukowe 16(88) 67
Tabela 1. Wartości średnie pomiarów częstości akcji serca dla operatora 1
Table 1. Mean values of heart action frequency measurements for operator 1
Nr zmiany, data Wartość średnia częstości serca [1/min] Nr zmiany Data Początek badania Praca Koniec badania Badanie ciągłe (24 go-dziny) Zmiana 1 08.04.2005 104 97 86 80 24.04.2005 102 85 80 Zmiana 2 29.03.2005 98 90 83 30.03.2005 104 88 89 Zmiana 3 03.03.2005 103 73 78 04.03.2005 99 78 74
Rys. 6. Wartości średnie częstości akcji serca operatora 1 Fig. 6. Mean values of the 1st operator’s heart action frequency
Tabela 2. Wartości średnie pomiarów częstości akcji serca dla operatora 2
Table 2. Mean values of heart action frequency measurements for operator 2
Nr zmiany, data Wartość średnia częstości serca [1/min] Nr zmiany Data Początek badania Praca Koniec badania Badanie ciągłe (24 go-dziny) Zmiana 1 16.03.2005 94 77 86 77 17.03.2005 77 81 85 Zmiana 2 05.03.2005 80 79 70 22.03.2005 82 76 72 Zmiana 3 25.03.2005 82 67 76 28.03.2005 80 60 72
Rys. 7. Wartości średnie częstości akcji serca operatora 2 Fig. 7. Mean values of the 2nd operator’s heart action frequ-ency
Testy psychofizyczne
Pełna lista uciążliwości wg Listy Dortmundzkiej obejmuje 120 pozycji. Dla celów badań suwnico-wych opracowano wersję skróconą, tj. obejmującą 26 rodzajów uciążliwości.
Badania przeprowadzono na 20 suwnicowych. Przykładowe wyniki badań przedstawiono w posta-ci wykresów na rysunkach 8–10.
Do oceny badanej uciążliwości przyjęto nastę-pującą skalę:
• 0 – brak uciążliwości,
• 1 – uciążliwość mała,
• 2 – uciążliwość umiarkowana,
• 3 – uciążliwość duża.
Uczestnicy eksperymentu najbardziej skarżyli się na senność (20 osób), uderzenia gorąca (19 osób), nadmierne pocenie (18 osób) i rozdrażnienie
(17 osób). Najmniej osób skarżyło się na oczy – drgania obrazu (2 osoby), na nudności (3 osoby). Powodowane to było głównie charakterem pracy (praca na zmiany, wysoka temperatura). Wyniki badań przedstawiono na rysunku 8.
Na wykresie (rys. 9) przedstawiono subiektywną ocenę poszczególnych uciążliwości (w skali 0-3). Uwzględnione oceny podają, w jakim stopniu dany objaw był uciążliwy dla osoby lub osób, które ten objaw zaznaczyły.
Wykres następny (rys. 10) przedstawia ocenę uciążliwości w odniesieniu do całej grupy bada-nych (20 osób).
Biorąc po uwagę całą badaną grupę (20 osób), można zauważyć, że lęk, drżenie rąk, nudności, wymioty, drgania obrazu czy drgania głowy mają niską wartość (wszystkie poniżej 0,4). Najwyższe wartości osiągnęło uderzenie gorąca (2,75) oraz nadmierne pocenie się (2,25).
0 20 40 60 80 100 120 I I II II III III 24 h
Początek badania Praca
Koniec badania Badanie całodobowe Pomiar W ar to ść ś re d n ia c zę st o śc i ak cj i se rc a Zmiana 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 I I II II III III 24 h
Początek badania Praca
Koniec badania Badanie całodobowe Pomiar W ar to ść ś re d n ia c zę st o śc i ak cj i se rc a Zmiana
Rys. 8. Procentowe wystąpienie wskazanych objawów Fig. 8. The percentage appearance of the indicated symptoms
Rys. 9. Ocena poszczególnych uciążliwości Fig. 9. Assessment of particular troublesomenesses
Rys. 10. Ocena poszczególnych uciążliwości dla całej grupy
Fig. 10. Assessment of particular troublesomenesses for the whole group
20 17 16 5 18 15 19 10 6 5 5 10 2 5 12 5 11 7 14 9 3 0 6 14 7 10 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% S en n o ść R o zd ra ż n ie n ie N ap ię ci e p sy ch ic zn e L ę k N ad m ie rn e p o ce n ie U d er ze n ia z im n a U d er ze n ia g o rą ca N ap in an ie m ię śn i D rż en ie r ą k D rg an ia k la tk i p ie rs io w ej D rg an ia j am y b rz u sz n ej D rg an ia k o ń cz y n D rg an ia o b ra zu D rg an ia g ło w y D zw o n ie n ie w u sz ac h U ci sk w u sz ac h S zu m w u sz ac h Z ab u rz en ia w id ze n ia B ó le g ło w y Z aw ro ty g ło w y N u d n o śc i W y m io ty S zc zę k o śc is k D u sz n o ść Z ab u rz en ia p ra cy s er ca In n e w ra ż en ia
Wystąpienie uciążliwości Brak uciążliwości
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 S en n o ś ć R o zd ra ż n ie n ie N ap ię c ie p s yc hi c zn e L ę k N a d m ie rn e p o ce n ie U d e rz e n ia z im n a U d e rz en ia g o rą c a N ap in a n ie m ię ś ni D rż e n ie r ą k D rg an ia k la tk i p ie rs io w ej D rg a n ia ja m y b rz u sz n ej D rg a n ia k o ń cz y n D rg a n ia o b ra zu D rg a n ia g ło w y D z w o n ie n ie w u sz ac h U c is k w u sz ac h S z u m w u s za ch Z ab u rz e ni a w id ze ni a B ó le g ło w y Z aw ro ty g ło w y N u d n o śc i W y m io ty S zc z ę k o ś ci s k D u sz n o ść Z ab u rz e ni a p ra cy s er c a In n e w ra ż e ni a O ce n a u ci ą żl iw o śc i 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 S e n n o ś ć R o zd ra ż n ie ni e N ap ię ci e p s yc h ic z ne L ę k N a d m ie rn e p o ce n ie U d er ze n ia z im n a U d e rz e n ia g o rą ca N a p in a n ie m ię ś n i D rż en ie r ą k D rg an ia k la tk i p ie rs io w ej D rg a n ia ja m y b rz us z ne j D rg an ia k o ń c zy n D rg a n ia o b ra z u D rg a n ia g ło w y D zw o n ie n ie w u sz a ch U ci s k w u s za ch S z u m w u sz ac h Z ab u rz en ia w id ze n ia B ó le g ło w y Z a w ro ty g ło w y N u d n o śc i W y m io ty S z cz ę k o ś ci sk D u s zn o ść Z a b u rz en ia p ra cy s er ca In n e w ra ż en ia O ce n a u ci ąż li w o śc i O ce n a u ci ąż li w o śc i
Zeszyty Naukowe 16(88) 69
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badań, opra-cowanych wyników w tabelach i na wykresach, można wyciągnąć następujące wnioski szczegóło-we:
1. Występują pewne wahania średniej częstości
rytmu serca pomiędzy operatorami pracującymi na suwnicach lejniczych i kleszczowych a ope-ratorami suwnic gospodarczo-remontowych. Związane jest to z charakterem wykonywanej pracy, ponieważ praca na suwnicach remonto-wych jest mniej stresująca i uciążliwa. Jest ona również mniej absorbująca (częste przerwy, zwłaszcza zmiany nocne).
2. Wartość średnia częstości serca na początku
badania jest wyższa od pozostałych przypadków w 82% wszystkich przeprowadzonych pomia-rów. Przyczyną może być stres związany z roz-poczęciem wykonywania określonych zadań ja-ko operatora suwnicy, tuż po przyjściu do pracy (zmiana środowiska: z domowego na środowi-sko pracy).
3. Dla trzech przebadanych operatorów średnie
częstości rytmu serca są do siebie bardzo zbli-żone na wszystkich trzech zmianach oraz w badaniu 24-godzinnym. Świadczyć to może o przyzwyczajeniu organizmu do warunków i rytmu pracy, dużej odporności na stres związa-ny z wykozwiąza-nywaną pracą oraz o dobrej kondycji fizycznej tych operatorów.
4. Dla sześciu przebadanych operatorów
zaobser-wowano obniżone wartości rytmu serca na zmianach nocnych. Związane jest to prawdopo-dobnie z zapotrzebowaniem organizmu na sen, co podczas przerw objawiało się znużeniem i sennością (senność była jedną z najczęstszych uciążliwości, na jakie uskarżali się suwnicowi). Oprócz badań holterowskich powinny być prze-prowadzone pomiary temperatury, ciśnienia i wil-gotności w kabinie suwnicy, które mają istotny wpływ na organizm operatora. Równocześnie
powinno się rejestrować także inne wielkości, takie na przykład jak: drgania w kabinie oraz poziom hałasu (w kabinie, na zewnątrz).
Antropocentryczne podejście do badań zacho-wania człowieka (operatora) w systemach technicz-nych wymaga dokładtechnicz-nych badań systemu pracy, otoczenia i samego operatora. Wnioskowanie o wpływie człowieka na proces techniczny wymaga ustalenia korelacji pomiędzy „kondycją” człowieka (jego stanem fizycznym i psychicznym) i warun-ków otoczenia a jakością zadań realizowanych przez operatora.
Bibliografia
1.MICHLOWICZ E.,SZPYTKO J.,DRZYMAŁA Z.: Morfologiczny opis systemu operator – suwnica specjalistyczna – wal-cownia. Niezawodność i Bezpieczeństwo Systemów Transportowych. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2002, s. 221–228.
2.MICHLOWICZ E.,DRZYMAŁA Z.,SZPYTKO J.: Operator suw-nicy hutniczej jako obiekt badań. Problemy Maszyn Robo-czych. 2002, 19, 127–134.
3.DRZYMAŁA Z.,KISIEL P.,MICHLOWICZ E.: Techniki holte-rowskie w badaniach operatorów suwnic – ujęcie antropo-centryczne. Wisnik Technologicznogo uniwersitetu Podilja. Naukowyj Žurnal 2003, 6, Cz. 1, tom 2. Chmielnickij (Ukraina), 2003, 72–77.
4.MICHLOWICZ E., KISIEL P.: Badania operatora suwnicy technikami holterowskimi. Transport zintegrowany. Wy-dawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szcze-cin 2004, 155–160.
5.OZIEMSKI S. (RED.), SŁOWIKOWSKI J., SZUBA G., M ICHA-ŁOWSKI S., STOLARSKI B., MICHLOWICZ E., HANN M.: Człowiek w maszynie. Podstawy antropocentrycznego pro-jektowania stanowisk operatorów maszyn. Wydawnictwo Instytutu Technologii i Eksploatacji. Radom 2004. 6.PRACA ZBIOROWA: Instrukcja obsługi systemu HOLTER
SiliconBeat 2000 firmy MEDEA. Gliwice 2001.
Recenzent: dr hab. inż. Włodzimierz Rosochacki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
