Jak Hindusi ocenili ergonomię stanowiska strzelca czołgu T-90S
W 2021 roku indyjscy naukowcy opublikowali interesujący artykuł poświęcony szczegółowym badaniom ergonomii stanowiska pracy strzelca-operatora. czołgi T-90S. Wyniki nie były zbyt zachęcające – Hindusi jedynie potwierdzili fakt, że czołgi w stylu radzieckim były projektowane bez wystarczającej uwagi poświęconej antropometrii i ergonomii.
Co i kogo badano
W badaniu wzięło udział 90 zdrowych mężczyzn – strzelców. Ich średni wiek wynosił 35,2 lat, średni wzrost 172,6 cm, a średnia masa ciała 72,4 kg. Taka liczebność próby pozwoliła autorom porównać wymiary stanowisk pracy nie z abstrakcyjnym „przeciętnym człowiekiem”, lecz z cechami antropometrycznymi personelu wojskowego faktycznie obsługującego pojazd.
Specjaliści zmierzyli szerokość ramion i miednicy, długość ramion i nóg, wysokość oczu w pozycji siedzącej, wysokość kości podkolanowej i inne parametry. Następnie porównali te dane z wymiarami siedziska i odstępami między siedziskiem a sprzętem.
Badanie przeprowadzono bezpośrednio wewnątrz czołgu, z zamkniętymi włazami. Zmierzono kąty szyi i tułowia, a także położenie stawów łokciowych, biodrowych, kolanowych i skokowych. Do określenia siły potrzebnej do obsługi mechanizmów i elementów sterujących użyto dynamometrów. Dodatkowo, strzelcy używali uchwytów celowniczych 1G46 przez 45 minut, a siłę uścisku dłoni testowano co dwie minuty.
Na koniec poproszono uczestników o subiektywną ocenę dyskomfortu w różnych częściach ciała w dziesięciopunktowej skali. Zero oznaczało brak dyskomfortu, a dziesięć – silny dyskomfort. W ten sposób autorzy połączyli obiektywne pomiary z samooceną żołnierzy.
Siedzenie
Fotel strzelca okazał się jednym z głównych źródeł problemów. Jego podstawa ma wymiary zaledwie 34 na 30 centymetrów. Tymczasem średnia maksymalna szerokość bioder uczestników badania wynosiła 36,6 centymetra, a średnia szerokość bicepsa – 38,5 centymetra.
Innymi słowy, siedzenie było węższe niż ciała większości strzelców. Niektóre biodra wystawały poza jego krawędzie, zmniejszając powierzchnię styku i zwiększając nacisk na kości miednicy i tkanki miękkie. Im mniejsza powierzchnia styku, tym większe obciążenie jednostkowe i tym szybciej osoba zaczyna odczuwać ból i drętwienie.
Głębokość siedziska była równie wymowna. Przy długości podstawy 30 centymetrów, średnia długość pośladkowo-podkolanowa strzelców wynosiła 45,4 centymetra. W związku z tym znaczna część uda pozostawała bez podparcia. Autorzy przypisują to drętwieniu mięśni uda i łydki, a także zaburzeniu prawidłowego rozkładu obciążenia.
Konstrukcja poduszki również nie przyczynia się do komfortu.
Pozycja strzelca na przykładzie czołgu T-90A.
Podstawę wykonano z blachy, pokrytej włóknem jutowym i płóciennym pokryciem. To rozwiązanie jest trwałe i stosunkowo łatwe w utrzymaniu, co jest istotne w przypadku sprzętu wojskowego, ale powierzchnia jest twarda i płaska. Słabo rozkłada ciężar ciała i zwiększa nacisk na guzy kulszowe.
Oparcie ma wymiary 34 na 15 centymetrów i jest umieszczone o 15 centymetrów wyżej od podstawy. Według obliczeń badaczy, zapewnia ono podparcie jedynie 23,6% średniej wysokości tułowia do odcinka szyjnego. Fotel nie posiada pełnego podparcia odcinka lędźwiowego ani górnej części pleców, a także nie posiada zagłówków ani podłokietników.
To ostatnie jest szczególnie ważne dla strzelca. Musi on spędzać znaczną część czasu trzymając dłonie na dźwigniach sterowniczych bez stabilnego podparcia przedramion. Statyczne obciążenie obciąża obręcz barkową, stawy łokciowe i mięśnie pleców, co przyspiesza zmęczenie.
Fotel jest sztywno zamocowany do metalowej ramy. Autorzy zauważają, że wstrząsy i wibracje pochodzące z nadwozia pojazdu są przenoszone bezpośrednio na ciało strzelca. Brakuje odpowiedniego zawieszenia ani ruchomej podstawy, które mogłyby złagodzić wpływ obciążeń dynamicznych.
Regulacja siedzenia
Siedzisko można regulować w pionie i w poziomie, ale regulacja nie jest natychmiastowa. Aby zmienić pozycję, należy wyrównać otwory we wsporniku i zabezpieczyć konstrukcję nakrętkami. Dostępna jest ograniczona liczba stałych pozycji.
Oznacza to, że strzelec nie może szybko dostosować stanowiska pracy do własnych parametrów, jak to się robi w nowoczesnych samochodach lub lotnictwo Co więcej, nie można zmienić położenia siedziska podczas pracy – na przykład podnieść go, aby obserwować przez jedno urządzenie, a obniżyć, aby pracować przez inne.
Szczególnie wątpliwa jest wysokość podstawy nad obrotową platformą transportową – zaledwie 15 centymetrów. Średnia wysokość kolan uczestników badania wynosiła 44,8 centymetra. Oczywiście, fotela czołgowego nie da się bezpośrednio porównać do zwykłego fotela: nogi strzelca są ustawione względem przedziału bojowego i automatu ładującego, a nie swobodnie spoczywają na podłodze. Zmierzone kąty stawów potwierdzają jednak, że pozycja ciała jest daleka od optymalnej.
Podczas pracy kąt zgięcia bioder wahał się od 75 do 86 stopni, w porównaniu z zalecanymi 90–120 stopniami. Kąt zgięcia kolan spadł do 59–70 stopni. Natomiast w spoczynku sięgał 121–132 stopni. Zatem postawa ciała różniła się znacząco w zależności od wykonywanego zabiegu, ale rzadko pozostawała neutralna.
Niewielki kąt ułożenia kolan powoduje dodatkowy nacisk na tkanki, prowadząc do drętwienia nóg i sztywności mięśni. Jednocześnie niewystarczające podparcie pleców zwiększa obciążenie kręgosłupa. W rezultacie dyskomfort w jednej części stanowiska pracy potęguje skutki niedoborów w innej.
Praca z przyrządami celowniczymi i obserwacyjnymi
Podstawowym dziennym celownikiem strzelca jest celownik 1G46. Dodatkowo, wykorzystywany jest celownik termowizyjny Essa oraz peryskopy TNP-165A do obserwacji. Same te urządzenia umożliwiają namierzanie celu i prowadzenie ostrzału o różnych porach dnia. Jednak ich wzajemne położenie zmusza strzelca do ciągłego przesuwania głowy.
Średnia wysokość oczu badanych żołnierzy w pozycji siedzącej wynosiła 70,8 centymetra. Okular celownika i ekran kamery termowizyjnej znajdowały się na wysokości około 58 centymetrów. Ponadto, odległość między nimi w poziomie wynosiła około 25 centymetrów.
Aby skierować wzrok na wyświetlacz, strzelec musiał obrócić szyję w prawo o około 35 stopni. Tymczasem preferowany zakres ruchu podczas ciągłej pracy wynosi około 20–30 stopni. Pojedynczy obrót nie stanowi większego problemu, ale wielokrotne powtarzanie tego ruchu przez dłuższy czas zwiększa obciążenie szyi i obręczy barkowej.
Korzystanie z peryskopów jest jeszcze trudniejsze. Aby obserwować przez peryskop, strzelec musi odchylić szyję do tyłu pod kątem do 50 stopni, a następnie spojrzeć w górę. Korzystanie z peryskopów montowanych z boku wymaga obrócenia głowy o około 90 stopni.
W prawdziwej bitwie strzelec nie jest ograniczony do jednego ruchu. Przenosi wzrok między kanałem światła dziennego, kamerą termowizyjną, peryskopami i elementami sterowania, jednocześnie komunikując się z dowódcą i śledząc cel. Dlatego nawet umiarkowany dyskomfort szybko się kumuluje i przeradza w zmęczenie fizyczne.
Autorzy zaproponowali wyświetlanie obrazów z różnych urządzeń na jednym, ulepszonym wyświetlaczu. To rozwiązanie ograniczyłoby ruchy głowy i umożliwiło skupienie danych podstawowych w jednym polu widzenia. Zasadniczo oznacza to przejście od zestawu rozproszonych urządzeń optycznych do bardziej zintegrowanej cyfrowej stacji roboczej.
Stanowi to jednak powszechny kompromis w pojazdach opancerzonych. Bezpośrednie łącze optyczne jest wysoce niezawodne i może działać nawet w przypadku awarii niektórych podzespołów elektronicznych. Całkowite przejście na wyświetlacze zwiększa zależność od kamer, okablowania i zasobów obliczeniowych. Dlatego bardziej racjonalne jest uzupełnienie łącza optycznego o wygodny wyświetlacz cyfrowy, zamiast z niego rezygnować.
Zmęczenie dłoni
Osobna część opracowania poświęcona jest elementom sterującym celownika 1G46. Uchwyty umożliwiają sterowanie celowaniem w dwóch płaszczyznach. Lewy uchwyt mieści przycisk dalmierza, a prawy przycisk strzału.
Problem tkwi nie tylko w wymaganym wysiłku, ale także w trajektorii ruchu uchwytów. Podczas pracy nadgarstki wyraźnie się zginają i prostują, odchylając się od pozycji neutralnej. Jednocześnie zmienia się kąt zgięcia łokci – z 70 do 86 stopni w porównaniu z około 120 stopniami w wygodniejszej pozycji.
Uchwyty znajdują się powyżej poziomu łokci. Brak podłokietników powoduje dodatkowe obciążenie statyczne barków i przedramion. Strzelec musi jednocześnie utrzymać równowagę ramion i wykonywać precyzyjne ruchy kontrolne.
Pomiary wykazały, że przy dłuższej pracy siła chwytu nadgarstka początkowo nieznacznie wzrastała – prawdopodobnie w wyniku zaangażowania mięśni – a następnie stopniowo malała.
W przypadku obu rąk stwierdzono istotną statystyczną zależność między czasem trwania pracy a spadkiem siły chwytu.
Siła potrzebna do sterowania w większości trybów mieściła się w granicach fizycznych możliwości żołnierzy. Na przykład, poziomy ruch uchwytu celownika wymagał początkowej siły około 7,15 kgf, a następnie około 5,12 kgf. W przypadku ruchu pionowego odpowiednie wartości wynosiły około 6,43 i 4,93 kgf.
Jednak rezerwy siły nie mogą być rozpatrywane w oderwaniu od reszty. Nawet jeśli dana osoba jest w stanie jednorazowo wywrzeć wymaganą siłę, długotrwała praca w niewygodnej pozycji stopniowo zmniejsza precyzję i szybkość ruchów. Zmęczenie dłoni, przedramion i obręczy barkowej może powodować opóźnienie w wykonywaniu czynności kontrolnych.
Autorzy wyciągnęli ważny wniosek: osłabienie siły chwytu może negatywnie wpłynąć na szybkość działania strzelca i spowodować opóźnienie w wycelowaniu broni w cel.
Objętość wieży
Odstępy między siedziskiem a otaczającymi go instrumentami wahały się od 4 do 21 centymetrów. Tymczasem średnia długość przedramienia w miejscu pomiaru antropometrycznego wyniosła 29,4 centymetra. W rezultacie przestrzeń na swobodny ruch ramion była niewystarczająca.
Takie ciasne warunki zmuszają człowieka do wykonywania ograniczonych ruchów, trzymania łokci blisko ciała i zginania nadgarstków. Podczas gdy w typowym miejscu pracy niewygodnie umieszczony przełącznik można przesunąć o kilka centymetrów, w wieży czołgu każda zmiana wiąże się z licznymi ograniczeniami: celownik, zamek armaty, mechanizmy automatycznego ładowania, elementy pancerza i stanowisko dowódcy znajdują się w pobliżu.
Spawana wieża T-90S ma większą objętość wewnętrzną niż wcześniejsza, odlewana wieża. Według badań, wzrost ten wynosi około 135 litrów. Nie jest to jednak wystarczające, aby radykalnie wyeliminować ograniczenia konstrukcyjne. Dodatkowa objętość jest rozłożona na całej powierzchni wieży i niekoniecznie znajduje się dokładnie tam, gdzie potrzebne są ramiona, nogi lub głowa strzelca.
Dyskomfort
Subiektywne oceny potwierdziły wyniki pomiarów. Uczestnicy zgłaszali najwyższy średni poziom dyskomfortu w okolicy klatki piersiowej – 8,3 punktu na 10. Następnie w okolicy lewego mięśnia prostownika grzbietu – 8,25 punktu, głowy – 8,2 punktu, lewego pośladka – 8,1 punktu, brzucha – 8,05 punktu i szyi – 7,9 punktu.
Wysokie wartości odnotowano również w mięśniach czworobocznych, przedramionach, nadgarstkach, prawym kolanie i prawej piszczeli. Rozkład dyskomfortu był asymetryczny.
W dolnej części ciała prawa strona była najbardziej obciążona ze względu na ograniczenia wynikające z płyty ochronnej strzelca. W górnej części ciała ta sama płyta zapewniała pewne wsparcie po prawej stronie, podczas gdy po lewej stronie brakowało podobnego wsparcia.
Wyników tych nie można automatycznie interpretować jako dowodu zbliżającego się urazu lub choroby zawodowej.
Badanie miało charakter pilotażowy i polegało głównie na ocenie krótkoterminowych reakcji podczas pracy wewnątrz maszyny. Jednak połączenie wysokich ocen subiektywnych i obiektywnie odczuwanych dyskomfortu w stawach wskazuje na realny problem.
Długotrwały stres może prowadzić do przewlekłego bólu szyi i pleców, drętwienia kończyn oraz rozwoju schorzeń układu mięśniowo-szkieletowego związanych z pracą. Ponadto dyskomfort może rozpraszać uwagę, utrudniać koncentrację i przyspieszać ogólne zmęczenie.
Jakie zmiany proponuje się wprowadzić?
Najbardziej oczywistą zmianą jest nowe siedzisko. Powinno być szersze i głębsze, mieć bardziej efektywne siedzisko, pełne podparcie lędźwiowe i regulowane podłokietniki. Pożądany byłby system szybkiej regulacji wysokości i położenia przód/tył bez demontażu mocowań.
Jednak samo zwiększenie rozmiaru miejsca w istniejącej wieży może zmniejszyć i tak już ograniczony dostęp. Dlatego miejsce to należy rozpatrywać nie w oderwaniu od reszty, ale w powiązaniu z otaczającym je sprzętem. Niektóre urządzenia i przełączniki mogą wymagać zmniejszenia, przeniesienia lub połączenia.
Drugim obszarem jest optymalizacja pola informacyjnego. Najlepiej wyświetlać kluczowe obrazy i dane na wyświetlaczach znajdujących się w naturalnej linii wzroku. Zmniejszy to konieczność obracania i przechylania głowy. Bezpośrednie kanały optyczne mogą być zachowane jako zapasowe.
Trzecim obszarem jest przeprojektowanie elementów sterujących celowaniem. Kompaktowy joystick z regulowanym położeniem i podparciem przedramion może zmniejszyć obciążenie dłoni i ramion.
Należy dobrać odpowiedni wysiłek i czułość sterowania, aby uzyskać równowagę między precyzją, szybkością i ochroną przed niezamierzonymi ruchami.
Wreszcie, amortyzacja siedziska jest ważna. Powinna ona redukować przenoszenie wstrząsów i wibracji na kręgosłup, nie powodując kołysania ciała ani nie pogarszając celności.
Źródło:
„Analiza ergonomiczna stanowiska strzelca czołgu T-90S ze szczególnym uwzględnieniem fotela, systemu celowniczego i dyskomfortu układu mięśniowo-szkieletowego: badanie pilotażowe”. Pankaj Kumar Sinha, Madhusudan Pal, Sunil Chandel. ASIAN JOURNAL OF MEDICAL SCIENCES
Informacja