Учебно-методический комплекс по дисциплине «Эргономика» (стр. 6 )

Трапециевидные, полукруглые и многогранные панели пультов позволяют увеличить протяженность расположения СОИ и органон уп­равлении по ширине (справа и слева от оператора), но ограничивают по глубине (не более 500 мм от переднего края). Расположение па­нелей под углом друг к другу позволяет увеличить протяженность СОИ и оргоноь vupaoлинии по высоте и глубине.

Если СОИ и органы управления уменьшаются в плоскости, отсто­ящей от пола на высоту не менее, чем 700 мм и не большей 1600 мм по ширимо, их располагают но примоуголыюи горизонтальной плос­кости, в противном случае используют трапециевидную, многогранную или полукруглую панель. Внутренний диаметр полукруглой панели не менее 1200 мм.

ЛЕКЦИЯ 4

СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Средства отображения информации предназначены для предъявле­ния оператору данных, характеризующих объект управления, ход тех­нологического процесса, энергетические ресурсы, состояние средств автоматизации, каналов связи и др. Эти данные они предъявляют оператору в количественной и качественной форме. СОИ используют в качестве основного источника информации об управляемом объекте. Операторы систем действуют с информационными моделями объектов управления. Будучи средствами деятельности операторов, информаци­онные модели нередко становятся и ее предметом.

Информационная модель - это организованная по определенным правилам совокупность информации о состоянии и функционировании объекта управления и внешней среды - своеобразный имитатор су­щественно важных для управления свойств реальных объектов, т. е. тот источник информации, на основе которого оператор формирует образ реальной обстановки, анализирует и оценивает сложившуюся

ситуацию, планирует управляющие воздействия, принимает решения, обеспечивающие эффективную работу системы, а также оценивает ре­зультаты их реализации. Существенная особенность работы оператора с информационной моделью - необходимость соотнесения сведений, получаемых с СОИ, как друг с другом, так и с управляемыми объек­тами.

Характеристика средств отображения информации

Назначение информации

Уровень динамичности

Число операторов

Степень обобщения

информации

Форма представления

информации

Конструктивные принципы действия

контрольные; предупредительные;

аварийные

статические; динамические

индивидуальные; коллективные

детальные; интегральные

сигнальные устройства; мнемо­схемы; шкалы приборов; таблицы, графики и диаграммы; текстовые формуляры

на лампах накаливания; электро­механические; многокатодные га­зоразрядные лампы; электронно--лучевые трубки; на светодио-дах; лазерные

На труд человека влияют способы передачи информации, ее уп­лотнение и скорость переработки. Уплотнение информации как проб­лему эргономики следует рассматривать с двух точек зрения: как увеличение ее количества, приходящегося на единицу площади (пространственное плотность) и поступающего к человеку в единицу времени (переменное уплотнение). И то, и другое еще полностью не исследовано, но, несомненно, влияет на работоспособность челове­ка. Уплотнение информации - одна из важных проблем эргономики еще и потому, что уменьшение размеров устройств отображения информа­ции целесообразно только до определенных пределов, ограниченных психофизиологическими возможностями человека. Примеры таких эле­ментарных психофизиологических предельных показателей: расстояние (безошибочность считывания величин измерения), класс точности приборов на пультах управления (интервалы между делениями на шка­ле), время реакции на объекты, движущиеся с различной скоростью (отметки на экране локатора). Увеличить плотность информации мож­но увеличением количества индикаций на равной или даже уменьшен­ной площади. Конструктивные предложения такого рода ставят перед эргономистами и инженерными психологами ряд задач, решение кото­рых необходимо для оптимальной переработки информации человеком. Например, следует разработать новые способы ввода информации, ко­торые при максимальном ее уплотнении не сводились бы к простому уменьшению дел алой системы, а создавали бы качественно новые воз­можности использования индикаторов. Тогда наряду с определением оптимальных размеров этих устройств нужно правильно ориентировать человека в поле ввода информации (визуальной или акустической).

Увеличение плотности информации во времени зависит от ско­рости ее машинной обработки, которую нельзя сравнить со скоростью обработки человеком.

Известно, что характеристики эргатической системы управления определяются характеристиками составляющих ее звеньев. Наибольшее значение имеют динамические характеристики человека и техники. Для одноконтурной системы управления они определяются циклом ре­гулирования - временем перевода объекта управления из исходного состояния в заданное.

В общем случае полное время реакции - период между моментом возникновения сигнала (загорание или смена видимого сигнала, на­чало звучания слышимого и др.) и окончанием управляющего действия по этому сигналу (нажатие кнопки, педали, поворот рукоятки и др.) - определяется суммой трех компонентов:

T = дл + tg + tcx,

где Дл - латентный период реакции;

tg - время движения к органу управления;

tcx - время, необходимое на преодоление свободного

хода органа управления.

На время реакции человека в производственных условиях су­щественно влияют: тип раздражителя, пол и возраст оператора, ин­тенсивность сигнала, периодичность его предъявления и информаци­онное содержание, психофизиологическое состояние человека и сте­пень его тренированности.

Значения латентного периода простой сенсомоторной реакции следующие:

Раздражитель Латентный

период (мс)

Тактильный (прикосновение, вибрация) 90-220

Слуховой (звук) 120-180

Зрительный (свет) 150-220

Обонятельный (запах) 310-390

Температурный (тепло, холод)

Вкусовой (соленое, сладкое, кислое, горькое)

Болевой (укол) 130-890

Человек с возможной для него максимальной скоростью выполня­ет то или иное движение (нажимает на кнопку, перемещает рычаг) в ответ на заранее известный, но внезапно появляющийся сигнал. Вре­мя реакции в этом случае складывается из латентного периода и времени моторного ответа. При современной тенденции роста скорос­тей движения и увеличивающемся дефиците времени у человека, заня­того в системах управления движущимися объектами, исследования времени реакции на различные сигналы приобретают большое практи­ческое значение.

Двигательный компонент времени реакции зависит от того, ка­кие движения туловища, рук или ног приходится выполнять человеку для управляющего действия. Так, поворот туловища оценивается о 0.с. Перемещение руки к органу управления характеризует­ся скоростью 0.35 м/с, а сгибание или разгибание ее 0.7-1.7 м/с. Максимальное число ударов пальцами без движения кисти, а с усилием того движения ногой или ступней 0.36 с, в 2 раза больше, время одного шага 0.61 с. Преодоление свободного хода ор­гана управления в каждом конкретном случае оценивается самостоя­тельно. При конструировании выключателей, тумблеров, педалей, ру­кояток управления время на преодоление свободного хода стараются свести к минимуму.

При эргономической оценке деятельности человека, занятого в системе управления, большое значение имеет пропускная способность оператора. Органы чувств воспринимают ограниченное количество ин­формации, определяемое пропускной способностью человека, которая является функцией типа задачи, степени участия оператора в работе системы, объема выводимой на средства отображения информации, длины ее алфавита, яркости символов, контрастности, размеров и др.

Пропускную/ способность человека лишь в отдельных случаях можно выразить в унифицированных единицах, например, в битах. Так, пропускная способность зрительной системы при опознании предметов не превышает 50-70 бит/с, букв и цифр - 55 бит/с, в те­чение длительного времени она меньше. Уменьшение частоты поступ­ления сигналов снижает активность оператора и так же увеличивает его ошибки, как и увеличение количества поступающей в систему ин­формации. Если несколько символов или сигналов предъявляются опе­ратору одновременно, он вынужден искать нужные ему элементы. Зат­раты времени на это равны произведению математического ожидания числа шагов в поиске (числа движений глаз) на среднюю длитель­ность зрительной фиксации, которая зависит от способов кодирова­ния информации:

Средняя длительность

Фиксации, о

Поиск:

простых геометрических фигур 0.18-0.20

букв и цифр в таблицах. 0.30

условных знаков 0.30

буквенно-цифровых формуляров 0.31

цели на экране локатора 0.37

Ознакомление с ситуацией, обозначенной 0.64

условными знаками

Обнаружение изменений в знакомой ситуации 0.55
Счет условных знаков 0.52

Эффективность труда человека-оператора в значительной степе­ни определяется тем, насколько правильно и быстро он воспринимает поступающую информацию. Это зависит от функционального состояния анализаторов, принимающих участие в ее приеме и переработке, в первую очередь зрительных, слуховых и кожных. Чтобы обеспечить оптимальный уровень их состояния, необходимо учитывать физиологи­ческие особенности. Известно, что чувствительность глаза уменьша­ется от центра поля зрения к периферии. Точка, на которую устрем­лен сосредоточенный взгляд, называется центром поля зрения. По мере удаления предметов в поле зрения от центра к периферии их контуры и цвета воспринимаются менее четко. При удалении светово­го раздражителя от центра поля зрения к периферии увеличивается латентный период зрительно-моторной реакции. Размеры этого увели­чения зависят от квалификации и функционального состояния работа­ющего. Однако необходимо иметь в виду, что периферическое зрение более чувствительно к слабым движущимся световым раздражителям. При восприятии движущегося светового сигнала человек переводит на него взгляд. Наблюдая за сигналами и рассматривая предметы, глаза человека постоянно совершают микродвижения - скачками. Угол, в пределах которого совершается скачок, называется углом мгновенного зрения, а зона, ограниченная этим углом, - зоной мгновенного зрения. Исследования показали, что угол мгновенного зрения равен 6-1860.

При микродвижениях глаз длительность каждого скачка - сотые доли секунды, а интервалы между ними 0.2-0.5 с. Маршрут движения глаз тем сложнее, чем сложнее рассматриваемый предмет. Изучение ряда простых маршрутов одинаковой протяженности, но разных по направлению и углам (30,5 90,5 150,5 ) показывало, что время про­хождение маршрута зависит от его направления и величины угла (табл.7). На время прохождения маршрута влияет и пространственное расположение угла.

Микродвижения глаз необходимы при выполнении таких функций зрения, как поиск предмета, установка в оптимальное для приема информации положение, опознание, считывание показаний приборов. Оптимальна или эффектна для выполнения этих функций зона, соот­ветствующая пространству, ограниченному углом 3050 в горизонталь­ной и вертикальной плоскостях - по 155 в стороны, вверх и вниз от нормальной линии взгляда. В этой зоне обеспечено достаточно чет­кое восприятие предметов - их форма и цвет. Поэтому в ее пределах рекомендуется размещать основные и аварийные индикатор и главные органы управления производственным оборудованием. При этом реко­мендуется учитывать, что горизонтальные движения глаз более быст­рые, чем вертикальные. Горизонтальные пропорции и размеры оцени­ваются точнее вертикальных (последние обычно переоцениваются). Движения глаз слева направо и снизу вверх быстрее, чем в обратном направлении. Прямые линии прослеживаются взглядом легче и быстрее кривых, а плавные переходы линий воспринимаются легче ломаных.

Скорость и эффективность восприятия и переработки информации существенно повышаются с введением на приборном щите или табло дополнительного сигнализатора, на который работающий должен обра­щать особое внимание. Время определения расположения стрелки на шкале с дополнительным сигнализатором значительно меньше, чем без него. Часто бывает целесообразно на шкале выделить цветной поло-

сой зону 'нормально". В этом случае при контрольном считывании показаний прибора оператору достаточно воспринять и оценить вза­имное положение стрелки-указателя и отметки-сигнализатора. Эффек­тивность восприятия отметки-сигнализатора выше, если она отлича­ется от других отметок не только цветом, но и формой.

Когда зрительный анализатор оператора перегружен информацией или из-за неблагоприятных условий (низкая освещенность, сильная вибрация и др.), затруднено визуальное восприятие показателей приборов, целесообразно часть информации переключить на слуховой анализатор. Звуковая сигнализация используется при передаче прос­той и краткой информации, например дополнительной, или предупреж­дает оператора о предстоящем поступлении сигнала. Слуховую инфор­мацию человек воспринимает быстрее, чем зрительную. Сенсомоторная реакция на звуковой сигнал на 20-30 мс быстрее, чем на световой. Человек может воспринять 16-25 градаций тональных сигналов, раз­личающихся высотой и громкостью. Минимальная длительность звука, при которой оценивается его качество, 20-50 мс. При меньшей дли­тельности звук воспринимается как щелчок. Основные характеристики звуковых колебаний - интенсивность, частота и форма, которые от­ражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота, тембр. Диа­пазон частот звуковых колебаний, воспринимаемых ухом человека, Гц. Особое значение в этом диапазоне имеют частоты Гц, соответствующие спектру человеческой речи. Слуховой анализатор позволяет получать большое количество информации в ви­де речевых сообщений. Эта форма передачи информации важна, если работа связана с необходимостью быстрого двустороннего обмена данными.

Нередко бывают такие производственные условия, когда речевые сообщения передаются на фоне шума. Если шум не очень сильный, а интенсивность речи на 6 дБ выше его интенсивности, речь обычно бывает понятной. При этом двухсложные слова опознаются на 30%, а трехсложные - на 50% лучше, чем односложные. Максимальная ско­рость передачи сообщения 250 слов/мин. Однако, для хорошего восприятия и понимания речевое сообщение надо передавать в оптималь­ном темпе - 120 слов/мин. При этом длина фрезы не должна превышать 10-11 слов. При большей длине фразы эффективность приема снижается из-за ограниченного объема оперативной памяти человека. Использование слухового анализатора ограничивается трудностью приема и анализа информации, поступающей одновременно более чем от одного источника.

Немаловажен в трудовой деятельности человека и кожный анали­затор. При помощи тактильных рецепторов человек получает информа­цию о положении объекта в пространстве, его форме, поверхности, качестве материала, из которого он сделан, и др. Абсолютная чувс­твительность тактильных рецепторов на механические раздражения определяется как минимальное давление на кожу, необходимое для возникновения ощущения. Так, абсолютная чувствительность губ составляет 1 - 5 мг/мм, спины и живота - 100 мг/мм. При механи­ческом раздражении кожи воздействием вибрации наибольшая чувстви­тельность рецепторов наблюдается при ее частоте 100-300 Гц.

Ведутся поиски использования тактильных рецепторов для пере­дачи информации человеку-оператору. Так, для механической сигна­лизации применяют вибраторы, устанавливаемые на определенных участках кожи. Болевые и электрокожные раздражения пытаются ис­пользовать в качестве сигналов об аварийных ситуациях. Однако следует учитывать, что по количеству воспринимаемой тактильной информации кожный анализатор значительно уступает зрительному и слуховому. Изменяя частоты вибротактильных или электрокожных сиг­налов, можно передать не более 10 их градаций. Тактильные рецеп­торы быстро адаптируются к раздражителям, и хранить такие сигналы в памяти сложно. Предельное количество информации, адресованной разным анализаторам, представлено в табл. 5.

Таблица 5

Предельное количество информации, передаваемой сигналами разных модальностей (11)

Модальность	Варьируемый знак	Количество
сигналов		передаваемой
		информации, бит
	Положение точки на прямой	3.25
	Длина прямой линии	2.6
Визуальные	Направление прямой линии	2.8
	Площадь простых геометрических фигур	2.0
	Цвет	3.1
	Яркость	2.3
Слуховые	Частота чистого тона	2.2
	Интенсивность (громкость)	2.3
	чистого тона
Тактильные	Интенсивность вибрации	2.0
	Длительность вибрации	2.3

Важное значение имеют проприоцепторы - анализаторы, контро­лирующие двигательную активность человека. Информация, поступаю­щая от мышечно-суставных рецепторов, позволяет человеку точно оп­ределять положение частей своего тела, изменения позы или движе­ний, массу предметов, соразмерять усилия при перемещении предме­тов различной массы и др. Проприоцепторы принимают участие в ав­томатическом регулировании действий оператора, в основе которого лежит принцип обратной связи исполнительных органов и центральной нервной системы.

На транспорте, особенно с внедрением автоматизированных ра­бочих мест, большее распространение получают такие средства отоб­ражения информации как дисплеи, печатающие устройства, графопост­роители. Дисплеи - индикаторы, выполненные на основе электрон­но-лучевой трубки, - предназначены для отображения сигнальной, графической, буквенно-цифровой, символьной информации высвечива­нием. Их применяют в автоматизированных системах управления, ин­формационно-справочных системах и в системах передачи данных. Дисплеи - наиболее универсальное и совершенное средство отображе­ния информации. С помощью клавиатуры или светового пера можно не только вводить изменения в информацию, отображаемую на экране, редактировать ее, но и вызывать хранящуюся в памяти, передавать в память ЭВМ и на другие средства отображения, преобразовывать ин­формацию и выполнять ряд других операций, обеспечивающих операто­ру более полное использование. Конструировать дисплеи следует в соответствии со следующими эргономическими требованиями:

-  частота мельканий изображений 40-50 Гц; для перемещающихся изображений ее целесообразно увеличивать в 2-3 раза. Критическая частота мельканий в дисплеях не менее 27 Гц.

-  оптимальные цвета для высвечивания знаков на экранах - участок спектра с длинами волн от 600 до 670 им, т. е. желто-зеле­ные. Эти цвета характеризуются малой насыщенностью, максимальной видимостью и наименьшей утомляемостью для глаз;

-  высота клавиатуры дисплея от нижнего ее ряда не более 50 мм, оптимальная высота 30 мм; расстояние между столом и средним рядом клавиатуры не более 60 мм, угол наклона 5-155о0;

-  сила удара, необходимая для нажатия клавиш, не выше 105 и не ниже 0.25 Н;амплитуда движения 0.8-4.8 мм;

-  окраска клавиш матовая с минимумом отражения;

-  функциональные клавиши отличаются от остальных цветом, формой, положением иги расстоянием между ними;

-  символьные обозначения на функциональных клавишах должны соответствовать символике обозначений на обычных пишущих машинках.

Печатающие устройства применяют для записи количественных данных. Печатная информация должна быть пригодной для использова­ния с минимальной потребностью в декодировании» перемещении или интерполяции. Эти устройства нужно конструировать так, чтобы обеспечить простое и быстрое введение и снятие печатных материа­лов. Следует предусмотреть надвжную индикацию расходуемого мате­риала (бумаги, чернил, ленты). Там, где это нужно, печатающие устройства располагают так, чтобы на ленте легко можно было де­лать различные записи и пометки, не снимая ее с самописца, а лен­ту отрывать по мере ее поступления из устройства.

Графопостроители записывают непрерывные графические данные. Вычерчиваемые штрихи не должны закрываться пером или его рычагом. Контраст между вычерчиваемой линией и фоном не менее 50%. Для вы­ходящего из графопостроителя бланка с вычерченными данными пре­дусмотрено специальное приемное устройство. Вспомогательные средства для интерпретации графических данных не должны затемнять или искажать последние. При необходимости графопостроитель следу­ет располагать так, чтобы в вычерченной информации можно было де­лать соответствующие записи и пометки, не снимая бланки.

Традиционные и наиболее распространенные средства отображе­ния информации - индикаторы и мнемосхемы. К индикаторам предъяв­ляются следующие требования:

-  должны позволять считывать информацию с требуемой точностью;

-  должны исключать потерю информации из-за отражения внешнего
освещения от поверхности индикатора;

- выход из строя или неисправность индикатора немедленно должны
становиться очевидными для оператора.

Мнемосхемы - схематической изображение структуры и связей системы (например, стрелок, путей, сигналов станции), неизменной по составу, но переменной по состоянию отдельных компонентов Мнемосхемы используют, когда объем информации высок, а связи меж­ду параметрами сложны и неоднозначны. В зависимости от функциона­льного назначения, объема и характера отображаемой информации мнемосхемы могут быть средствами коллективного пользования ими устанавливаться на индивидуальных рабочих местах. Функции мнемосхем:

- наглядно отображать функционально-техническую схему управ­ляемого объекта и информацию о его состоянии в Объеме, необходи­мом для выполнения оператором возложенных на него функций;

- отображать связи и характер взаимодействия управляемого объекта с другими объектами и внешней средой;

- сигнализировать обо всех существенных нарушениях в работе объекта;

- обеспечивать быстрое выявление и локализацию неисправности и возможность ее ликвидации.

Мнемосхема должна быть лаконичной, содержать только те эле­менты, которые необходимы оператору для контроля отображаемых на ней функций и выбора оптимальных воздействий и управлении систе­мой. Отдельные элементы или их группы, наиболее важные для функ­ций контроля или управления системой, выделяют формой, цветом или другим способом. Сигналы об изменениях состояния объекта должны быть четко различимы и также выделены цветом, яркостью свечения, ориентацией или другими признаками.

ЛЕКЦИЯ б

ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Значительное место в эргономике занимают исследования форми­рования средств труда или органов управления машинами и механиз­мами. Они должны быть надежны в работе, удобны в обслуживании, спроектированы так, чтобы могли предотвращать аварии и травмы при перегрузках или ошибочных действиях человека. Удобство обслужива­ния оценивается минимальными затратами времени на выполнение опе­раций и физических сил на манипулирование органами управления, рациональным расположением их, избавляющим человека от напряжения памяти и внимания.

Назначение	Ручные; ножные
Время и частота использования	постоянного действия; пе­риодического действия; эпизодического действия;
Степень важности	основные; вспомогатель­ные; аварийные;
Вид воздействия на орган управления	дискретные; непрерывные
Характер управляющих движений	поступательные; поворот­ные; вращательные; сме­шанные
Конструктивное исполнение	кнопки; клавиши; поворот­ные переключатели; махо­вики, штурвалы; рычаги управления; педали

Классификация органов управления

Органы управления предназначены для передачи управляющих воздействий от оператора машине и играют роль связующего звена между ними. Поэтому на выбор их влияют:

-  структура и особенности деятельности оператора;

-  антропометрические, психофизиологические характеристики
человека;

-  управляющие действия, которые должен выполнять оператор;

-  рабочее положение его тела;

-  динамические характеристики рабочих движений (усилия, точ­ность, траектория и др.)

-  технические характеристики объекта управления;

-  место расположения органа управления (на панелях пульта или вне его);

-  условия производственной среды (освещенность, вибрация, помехи).

Предпочтение следует отдавать ручным органам, поскольку ру­ками можно управлять множеством их различного типа» а дли каждой ноги могут быть предназначены не более двух. Ручные органы реко­мендуется использовать, если важны точность их установки в опре­деленное положение, скорость манипулирования, а также когда нет необходимости в непрерывном или продолжительном приложении усилий в 90 Н и более. Усилия, прилагаемые к органам управления, не должны превышать допустимые динамические и (или) статические наг­рузки на двигательный аппарат человека.

Для операции "включено-выключено", требующей незначительных усилий, рекомендуются тумблеры или кнопки, обеспечивающие хороший зрительный контроль их положения; для часто повторяющихся опера­ций ударного типа, не требующих приложения значительных физичес­ких усилий, но осуществляемых с большой скоростью, целесообразны клавиши; для ступенчатых переключений и плавного динамического регулирования одной или двумя руками при средних и больших управ­ляющих усилиях рекомендуются рычаги. Ножные органы управления це­лесообразны при непрерывном выполнении операций управления, не требующих усилий более 90 Н, или если руки оператора перегружены операциями.