6.2. Методы построения моторных полей

Как же учитываются антропометрические данные в процессе конструирования машин?

Прежде всего, они используются при проектировании рабочих мест операторов, при определении, например, габаритных параметров кабин, оптимальных размеров пультов управления и т. п. Машина должна быть удобной не только в управлении, но также и в периоды ее ремонта и наладки. Поэтому оптимальные габаритные размеры смотровых люков, окон, проемов между узлами и ответственными деталями должны проектироваться с учетом антропологических данных.

Особые требования в антропологическом отношении предъявляются к рабочему месту оператора, которое должно составлять с конструкцией машины единый комплекс. Во время работы необходимо обеспечить естественное положение тела с возможностью смены и чередования рабочих положений, то есть рабочее место и зона размещения органов управления должны диктовать оператору удобную рабочую позу. В этом случае при установлении пространственных взаимосвязей на рабочем месте весьма важную роль играет правильное определение размеров рабочего пространства, в пределах которого оператор совершает основные и вспомогательные управляющие движения. Это пространство называется моторным полем оператора. Для практических целей, прежде всего, необходимо выявить на основании антропометрических показателей, учета рабочей позы (сидя, стоя) и характера движений оператора - границы основных зон досягаемости (для рук и ног) моторного поля. Четкое знание границ этих зон в каждом конкретном случае проектирования необходимо в первую очередь для правильного размещения (компоновки) органов управления (ОУ) на пульте в зависимости от их значимости. В этом главный смысл антропологического соответствия.

Все ОУ, в зависимости от частоты манипулирования ими, условно можно разделить на три вида:

ОУ постоянного пользования, т. е. оператор, по сути, не выпускает их из рук в процессе управления;

ОУ частого пользования, допускается кратковременная потеря контакта рук с ОУ;

ОУ редкого пользования (реже 5 раз в смену).

Разумеется, что в оптимальных зонах досягаемости моторного поля должны, прежде всего, размещаться ОУ постоянного и частого пользования. Таким образом, каждый грамотный инженер, а тем более конструктор должны иметь представление о моторном поле и уметь в случае необходимости построить его с тем, чтобы осуществить рациональную компоновку ОУ. С этой целью в современных конструкторских бюро пользуются различными методами построения моторных полей, с некоторыми из них познакомимся подробнее.

Моделирование в натуральную величину при помощи экспериментального макета (стенда) рабочего места довольно распространенный, точный, хотя в значительной мере трудоемкий метод, в котором все элементы управления можно перемещать во всех плоскостях. Такой стенд - пульт опробуется поочередно, по крайней мере, на трех сотрудниках, специально отобранных по антропометрическим данным, соответствующим тем характеристикам работников, которые будут в дальнейшем работать за этим пультом. Поиск границ основных зон досягаемости моторного поля в этом случае осуществляется последовательным перемещением ОУ на стенде с одновременной регистрацией специальной аппаратурой основных физиологических и биоэлектрических параметров испытуемых, характеризующих их работоспособность. Полученные в процессе эксперимента миограммы биоэлектрической активности мышц, данные о биотоках коры головного мозга, деятельности сердечно - сосудистой системы, зрительно - моторной реакции и др. позволяют выбрать из ряда исследуемых вариантов зон одну оптимальную, в пределах которой все психофизиологические характеристики оператора близки к оптимуму. Таким путем удается также установить необходимые пределы регулировки, позволяющие приспособить отдельные элементы рабочего места к возможностям почти каждого работника. Широко используется описанный метод при проектировании рабочих мест крупных энергоблоков, АСУ сложных технологий, в авиации, космонавтике и т. п.

Другим методом, позволяющим еще па стадии эскизного проектирования определить фактические размеры зон досягаемости моторного поля и на основе этого выполнить рациональную компоновку органов управления, является метод соматографии.

Соматография — это метод схематического изображения человеческого тела в технической или иной документации в связи с проблемой выбора соотношений между пропорциями человеческой фигуры, формой и размерами рабочего места. Используются все нормы и приемы технического черчения и правила начертательной геометрии ко всем трем проекциям (рис. 6.11.).

С помощью соматографии можно простым схематическим способом изобразить человеческую фигуру в различных рабочих и физиологически удобных положениях тела (рис. 6.12.).

Метод соматографии можно с успехом использовать на этапе проектирования всех деталей рабочего места и поста оператора, обслуживающего соответствующую машину или оборудование, и при решении эргономических проблем на стадии конструирования.

Соматография исходит из данных антропометрии и размеров человеческого тела в статике и динамике для различных рабочих положений.

Методом соматографии, точнее с помощью схематического изображения человеческой фигуры, можно наряду с эргономическими параметрами проверить:

соотношение пропорций человеческой фигуры, размеров и формы рабочего места;

степень физической нагрузки при трудовой деятельности и возможные затруднения при выполнении отдельных операции;

досягаемость органов управления и удобство их размещения;

безопасность труда оператора в зонах повышенной опасности;

удобство и оптимальность выполнения рабочих операций с точки зрения физиологии;

оптимальные и максимальные границы зоны досягаемости конечностей;

обзор с рабочего места и условия зрительного восприятия, например при слежении за объектом наблюдения (индикаторами), за трассой подвижных средств и т. д.;

удобство формы рабочего места, пространства для манипулирования, сиденья, пульта и т. д.;

удобство подхода к рабочему месту или ухода с него;

оптимальный размер монтажных отверстий, проходов, коммуникаций.

Таблица 6.5.

Пропорции фигуры человека

Размер	1	2	3	4	5	6	7	8	0	10	11	12	-	А	В	С	D	Е	F
см	175	143	111	30	26	19	44	40	9	33	19	27	○	26	22	16	13	10	7
%	100	81,5	63,5	17	15	11	25	23	5	19	10,5	15,4		15	12,6	9,1	7,4	5,7	4

Изображая человеческую фигуру в различных рабочих положениях с учетом главных контурных и функциональных размеров, конструктор может проверить физиологически оптимальную зону досягаемости при рабочих движениях, зону досягаемости рук и ног, соответствие высоты сиденья, рабочей позы, правильное расположение органов ручного и ножного управления и т. д.

Методом соматографии можно вычертить человеческую фигуру в масштабах 1 : 10, 1 : 5, 1 : 2.

Практика показала, что масштаб 1 : 10 наиболее приемлемый для схематического изображения человеческой фигуры (для характеристики рабочего положения сидя и стоя при типичных трудовых действиях конечностей): приложив плоскостную модель человеческой фигуры к чертежу, например рабочего места, конструктор быстро и достаточно точно проверит правильность его эргономического решения.

Моторная деятельность оператора характерна тем, что моторные координации являются тонкими и, следовательно, в подавляющем большинстве случаев все движения осуществляются без перемещения туловища. Исходя из этого, размеры моторного поля определяются антропометрическими параметрами руки.

В пространственной структуре моторного поля для ручных органов управления следует учитывать пять зон:

I. Оптимальная зона для грубой ручной работы складывается из соответствующих зон левой и правой руки.

II. Оптимальная зона для точной ручной работы.

III. Нормальная зона досягаемости.

IV. Максимальная зона захвата.

V. Максимальная зона досягаемости пальцев при вытянутом плече.

Основные размеры рабочих зон для рук при работе оператора в рабочих позах сидя и стоя, приведены соответственно на рис. 6.13. и 6.14.

Из рисунков видно, что работа в пределах максимальных зон досягаемости (зоны IV и V) связана с движениями и напряжением мышц плечевого пояса и плеча, а это, в свою очередь, связано со значительной затратой энергии и быстро приводит к утомлению. Поэтому большая I часть органов управления (во всяком случае основные) должна располагаться в нормальной зоне (зона III). Однако не вся область этой зоны в одинаковой степени пригодна для практического использования как с точки зрения физиологии труда или анатомической структуры конечностей, так и с точки зрения рациональности работ. Поэтому внутри нормальной зоны выявлены две оптимальные зоны I и II. Особенно эффективна зона II. Эта зона ограничивается двумя дугами, описываемыми радиусами из лучевой и плечевой антропометрических точек и равными соответственно 340 и 600 мм, а по высоте — расстоянием между плечом и локтем оператора. Движения руки (в локтевом суставе) в описываемой зоне совершаются в пределах 0—30° в вертикальной плоскости и 50° — в горизонтальной. Согласно физиологическим исследованиям, руки при таких условиях могут выполнять движения с оптимальным рабочим эффектом, т. е. наиболее надежно, точно, безопасно, с наименьшими энергетическими затратами. Вот почему в оптимальной зоне II необходимо размещать, прежде всего органы управления постоянного пользования, т. е. наиболее значимые.

Для количественной оценки удобства работы оператора в той или иной зоне досягаемости вводится понятие коэффициента удобства, равного:

где Т_у — время выполнения операций в наиболее удобной зоне;

Т_зон — время выполнения операций в данной рабочей зоне.

Установлено, что для зоны оптимальной досягаемости II К_у =1, для зон I и III К_у = 0,7 — 0,9, для зон максимальной досягаемости IV и V К_у = 0,3 — 0,6.

Рис. 6.13. Моторное поле (рабочая поза сидя)

Рис. 6.14 Моторное поле (рабочая поза стоя)

Итак, с помощью антропологического соответствия конструктор еще па стадии эскизного проектирования машины должен осуществить рациональную компоновку элементов управления — важнейшую задачу эргономики и дизайна пультов управления.