Человек в цифрах.

Антропометрия

а) Рост	им
Средний рост племени лилипутов, живущих в джунглях Гвинеи	600
Средний рост пигмеев Конго	1300
Рост большей части людей земного шара	I420-I8I0
Средний рост мужчин Испании и Венгрии (самых низких европейцев )	1630
Средний рост людей всех рас земного шара	1650
Предполагаемый средний рост молодой женщины нашего поколения	1650
Предполагаемый средний рост молодого мужчины нашего поколения	1750
Средний рост мужчин Шотландии (самых высоких европейцев	1790
Средний рост мужчин африканского племени банту	1900
Рост чехословатка Мусила из Моравы	2170
Рост голландки ван Дейк	2200
Рост Хоссиана из Мозамбика	2610
Рост американца Вадлоу (Х век)	2740
Рост Каянуса из Финляндии (XIX век)	2830
б) Масса	кг
Нормальная 30-летняя женщина ростом 165 см весит	60-65
Нормальный 30 -летний мужчина ростом 175 см весит	70-75
Самый тяжелый американец Хьюз весил	485

в) Поверхность тела

Поверхность тела взрослого человека составляет

1600-2000см²

Рис. 4. Основные антропометрические размеры мужского и женского тела

Таблица 4

Антропометрические данные населения

Номер по рис.4	Измеряемая величина	Средний размер, мм
		Мужчины	Женщины
I	Рост	1680	1567
2	Зона вертикальной досягаемости	2140	1984
3	Длина руки, вытянутой в сторону	723	661
4	Зона доковой досягаемости	622	568
5	Длина ноги	900	835
6	Ширина колен	230	226
7	Ширина плеч	380	349
8	Длина плеча	327	302
9	Ширина расстановки ног	830	726
10	Высота глаз	1560	1458
II	Высота плечевой точки	1370	1284
12	Высота пальцевой точки	620	584
13	Длина руки	754	697
14	Высота верхнегрудинной точки	1360	1271
15	Высота линии талии	1035	976
16	Длина руки, вытянутой вперед	743	686
17	Наибольший сагиттальный диаметр	-	300
	Рост сидя	1310	I2II
	Высота глаз сидя	1180	1100
	Высота сидения	422	370
	Высота локтя над полом (сидя)	654	605

К динамическим антропометрическим признакам относятся раз­меры тела, изменяющие свою величину при угловых и линейных пере­мещениях измеряемой части тела в пространстве. Эти данные необ­ходимы при определении амплитуды рабочих движений, величиям рабо­чих перемещений приводных элементов, органов управления, размеров зон моторного пространства.

При расчете параметров рабочего места необходимо учитывать:

1. Контингент работающих (пол, национальность, возрастные и профессиональные группы).

2. Объем(%) той части контингента, которую должно удовле­творять проектируемое оборудование.

Обычно этот объем составляет 90-95%. При 90% ориентируются на размеры людей между пятым (Р₅) и девяносто пятым (Р₉₅ ) перцентилями, для которых условия труда будут достаточно комфортными, 10 % будут испытывать неудобства. 90%-ный объем применяется для проектирования регулируемых рабочих мест. Для нерегулируемых обыч­но использует 95 %-ный объем контингента.

3. Рабочее положение (стоя, сидя, лежа), рабочую позу (корпус выпрямлен, откинут назад и т.д.).

Здесь удобно использовать метод соматографии, т.е. графи­ческого изображения тела человека в рабочем положении с учетом статических и динамических антропометрических данных.

Пример самотографического анализа оборудования приведен на рис.5.

Той же цели служат и зоны досягаемости (моторные зоны), кото­рые даны для вертикальной и горизонтальной плоскости на рис.6.

Удобны для работы шарнирные модели человека (рис.7), выпол­ненные из прозрачного материала в стандартных масштабах для соматографического анализа по чертежу оборудования.

Необходимые числовые значения антропометрических признаков, соответствующие перцентилям Р₁, P₅, P₅₀, P₉₅, P₉₉, приведены в антропометрических атласах и нормативных документах (ГОСТ 12. 2.049-90 ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономичес­кие требования ).

Для того, чтобы найти антропометрические данные по другим перцентилям, необходимо воспользоваться формулой

,

где А - искомое значение антропометрического признака;

М - среднее арифметическое значение признака (P50);

G - среднее квадратичное отклонение;

К - коэффициент, который находят по стандартным таблицам пло­щадей кривой нормального распределения. Для той же цели можно воспользоваться перцентильной кривой (кумулятой) распределения (рис.8).

Антропометрические данные человека учитывают при проекти­ровании каждого узла машины.

Рис. 5. Соматографический анализ оборудования

Рис. 6 Конструкция модели

Ряс. 6. Зоны досягаемости рук в вертикальной и горизонтальной плоскости	Рис. 7. Шарнирная модель человека

Например, при проектировании люка диаметр его должен быть 110 мм, если рука входит по локоть; диаметр 125 мм, если рука входит до плеча; при работе зимой-плюс 75 мм. Отверстие для кисти-0 50 мм; для кисти сжатой в кулак - 90 мм; для кисти с предме­том - диаметр предмета плюс 45 мм; для перчаток-плюс 20 мм.

Исходя из длины руки человека, для машин и аппаратов диамет­ром больше 1200 мм положено проектировать не лики, а лазы. Раз­мер смотровых люков определяется расстоянием между зрачками че­ловека.

Лекция 11

Эргономика. Учет физиологических показателей.

Силовые показатели человека интересуют эргономику не как экстремальные, а как оптимальные, не приводя­щие к утомлению.

Например, работа рукояткой с усилием 30 Н (при частоте вклю­чений 6 в минуту) не утомляет рабочего в течение 3,5 часов (по­ловина смены), если усилие будет 60 Н, утомление наступит через 30 мин; усилие 90 Н -утомление через 20 мин, усилие 120 Н -утомление через 8 мин. Если же подсчитать и произведенную работу, то окажется, что в первом случае ее произведено в 4,5 раза больше. Кроме того, утомление приведет к снижению надежности человека по психологическим показателям, появлению большого количества оши­бок, нарушению координации движений, изменению памяти и т.д.

Работы по тяжести условно делятся на легкие- поднятие и пе­ремещение груза массой до 6 кг, умеренные 6-15 кг, средние 15-30 кг, тяжелые 30-50 кг.

Для органов управления, приводимых в движение рукой, усилие разрешается до 40 Н (разовое включение - 150 Н). Для точкой ус­тановки - 25 И. Ори этом органы управления должны располагаться на уровне локтя и отстоять от передней поверхности туловища ра­бочего на расстоянии не менее 150 им.

Усилие, прилагаемое к педалям, не должно превышать 90 Н, хотя одноразовое усилие в положении сидя с упором на спинку возможно до 2000 Н. Исходя из физиологических возможностей рабочего проектируются и приводные органы управления, при этом форма не должна зазывать излишних деформаций и неравномерных мышечных нагрузок. Материал, из которого изготовлены захватные части, должен быть гигиеничным, приятным на ощупь.

Размерь основных органов управления: штурвалов, маховиков, кнопок, тумблеров, педалей и так далее, задаются ГОСТами, основ­ные из которых приведены в приложении 3, и отраслевыми норматив­ными документами.

Желательно, чтобы органы управления были разными по форме, для работы вслепую. Известен пример, когда более 400 самолетов ВВС США потерпели аварию из-за того, что ручки управления шасси и закрылками были одинаковой формы.

Для конструктора важно следующее правило: поворот рукоятки иди маховика по часовой стрелке, перемещение рычага вверх, от себя, вправо, нажатие верхних, средних или правых кнопок, долины соответствовать движению узла вперед, вверх, вправо и положе­ниям "пуск", "включено", "увеличение", "подъем", "открытие". Нажатие педали соответствует командам "включено", "увеличение".

Аварийные органы управления рассчитываются на минимальное усилие; форма и окраска их существенно отличаются от остальных. Размещаются аварийные органы управления в оптимальной зоне дося­гаемости обеих рук, так как до 9 % операторов левши.

Зрительный анализатор человека пропус­кает 90 % информации и основные анатомо-физиологические показа­тели его необходимы при проектировании оборудования.

Для человека характерны следующие параметры зрительного анализатора:

Поле зрения характеризуется тремя зонами. Зона центрального зрения 1,5-3° телесного угла, где обеспечивается наиболее четкое различие предметов; на сетчатке глаза «той зоне соответствует желтое пятно с максимальным количеством колбочек и палочек.

Зона мгновенного зрения - 18°. Зона связана с моторикой глаза, именно такова амплитуда скачкообразного движения глаза при акцентировании внимания.

Зона аффективной видимости- в пределах 30°, где при непод­вижном глазе можно опознать предмет без различных мелких деталей.

За пределами зоны аффективной видимости действует перифери­ческое зрение, где предметы только обнаруживаются, но не опозна­ются.

Чувствительность глаза от центра к периферии следующая:

Угол	0	5°	20°	35°	50°	65°	80°
Чувствительность	I	1/2	1/4	1/8	I/I2	I/I8	1/36

Поворот головы увеличивает зону обзора до 210° в вертикаль­ной плоскости и 240° - в горизонтальной.

Необходимо знать, что цветное зрение осуществляется за счет центральных областей сетчатки, а периферическое зрение - ахрома­тическое. По мере передвижения к периферии красные и зеленые цве­та желтеют, пурпурные - синеют. На большом расстоянии хуже всего воспринимается синий цвет.

Глаз человека может зрительно воспринимать одновременно 5 7 объектов.

На основании установленных физиологических закономерностей о постоянном горизонтальном движении глаза (скачок в течение 0,025 с, фиксация - 0,2-0,5 с), конструктор должен знать, что горизонтальные пропорции и размеры оцениваются точнее, прямолинейные контуры воспринимаются легче, чем ломаные.

Зрительное утомление больше обусловлено утомлением двигатель­ного аппарата глаз, чем утомлением светоощущающего аппарата, от­сюда необходимость сокращать маршруты движения глаза.

В первую очередь закономерности зрительного восприятия ис­пользуются при конструировании шкал приборов. Цифры должны быть легко читаемы. Наиболее удобный тип начертания цифр разработан Бергером, он сейчас введен для написания индексов на почтовых конвертах. Числовые показатели на круглых шкалах должны распола­гаться по часовой стрелке. Градуировка не должна быть мелкой. Фон шкалы должен быть матовым; не допустимы блики. На приборы не должна передаваться вибрация.

Кроме цифр, информация может передаваться другими кодами, например простыми геометрическими фигурами - логограммами (типа: ВЫСОТА, ТОРМОЗ, ВКЛ.), мнемосхехами. Существуют стандарты на сред­ства отображения информации (см.приложение 3 ).

Слуховой анализатор- адекватно отражает внешнюю среду в таких условиях, когда функционирование зрительного анализатора затруднено: например, в условиях кислородного голода­ния на больших высотах, при больших ускорениях и т.д.

У слухового анализатора есть преимущества - большой диапазон воспринимаемых частот и интенсивностей, независимость от простран­ственного положения, высокая помехоустойчивость.

Недостаток слухового анализатора состоит в том, что слуховой анализатор принимает информацию не одномоментно, как зрительный, а последовательно.

Обычно на рабочем месте используют звуковые сигнализаторы неречевых сообщений для дублирования аварийных, подачи предуп­реждающих и уведомляющих сигналов. В качестве сигнализаторов ис­пользуют генераторы, зуммеры, гудки, сирены, ревуны, свистки, звонки. Для предупреждающих сигналов частота 200-600 Гц с дли­тельностью сигналов и интервалов 1-3 с, для аварийных 800-2000 при длительности интервалов 0,2-0,8 с.

Некоторые психофизиологические показатели

а) Статическая сила

Абсолютная мышечная сила мужчины составляет 60 Н на I см² сечения мышцы; мышечная сила женщины меньше приблизительно на 20 %.

Человек одной рукой (рука в сторону) удерживает 41 кг.

Мужчина средних лет может поднять(при наличии удобной рукоятки) 150 кг.

Человек одной рукой удерживает (на уровне плеча) 43 кг.

Человек сдвигает груз весом 700 кг.

Человек стоя удерживает на спине 1815 кг.

б) Динамическая сила

Человек на перекладине может выполнить100 сгибаний. Человек на одной ноге может сделать 150 приседаний. Человек на две минуты совершает 200 оборотов.

в) Дыхание

За один вдох человек в спокойном состоянии вдыхает воздуха 0,3-0,5 л.

За один глубокий вдох человек вдыхает воздуха почти 1,6 л.

Емкость легких здорового мужчины составляет почти 5 л; емкость легких женщины примерно на 15-20 % меньше.

Емкость легких тренированного спортсмена может составить 7 л.

Человек в спокойном состоянии за минуту вдыхает воздуха 7-10 л, что составляет в день 15 кг.

Во время тяжелой работа за минуту человек вдыхает воздуха 80 л.

Человек при быстром и интенсивном дыхании вдыхает за минуту воздуха 150 л.

Человек за 8 часов легкой работы потребляет воздуха 5 м3.

Количество воздуха и число вдохов за минуту у здорового человека составляют:

в спокойном состоянии и положении сидя 6 л/мин и 10 вдохов/мин. при очень тяжелой работе 80 л/мин и 35 вдохов/мин.

г) Кровообращение

Через сердце при большой физической нагрузке проходит 37-40 л крови за I мин;

сердце мужчины в спокойном состоянии делает 72-76 ударов в I мин, у женщин частота ударов немного ниже ;

сердце при легкой работе делает 90-100 ударов в I мин;

предельно допустимая граница на протяжении всей сиены ( у людей до 50 лет) - 105 ударов в I мин.

максимум при долговременной работе - II5-I20 ударов в I мин;

предельно допустимая частота пульса у мужчин до 40 лет при кратковременной нагрузке (более 6 мин) - 150 ударов в I мин;

сердце при очень тяжелой работе делает 150-200 ударов в 1 мин.

д) Температура человеческого тела:

выше 43-44°С - смертельная температура;

выше 42°С- критическая температура, потеря сознания;

36-37°С - нормальная температура у 90 % людей;

ниже 34°С- замедление процессов в мозге;

ниже 30°С- критическая температура, потеря сознания;

ниже 27-25°С - смертельная температура, возникает фибрилляция сердца, кровообращение останавливается,

е) Зрительное восприятие

Интервал электромагнитных волн, воспринимаемых человеческим глазом-40000-80000 нм.

минимальный световой импульс, который воспринимает человечес­кий глаз- 1-5 млн.лк; это короткая вспышка свечи на расстоянии 3,7 км.

Минимальный размер видимого глазом предмета - 2,5 «км.

Глаз различает 200 чистых спектральных тонов цвета; больше всего тонов он различает в зеленой области спектра.

Человеческий глаз в зависимости от индивидуальных особеннос­тей может различать 10000-25000 цветных оттенков.

Глаз между белым и черным цветом различает 200 градаций се­рых оттенков.

к) Слуховое восприятие

Интервал частоты звуков, воспринимаемых человеческим ухом-15000-20000 Гц; с возрастом человека снижается способность вос­приятия звуков высокой частоты

Зона максимальная абсолютной чувствительности уха-1000-3000 Гц,

з) Скорость реакции

Реакция на звук-120-150 мс.

Реакция на свет-150-200 мс.

Лекция 12

Инженерная психология, роль и место в работе дизайнера.

В процессе взаимодействия человека с машиной в СЧМ выделяет­ся ряд проблем, в которых психологические возможности человека играют доминирующую роль. Эти проблемы изучает инженерная психо­логия.

Инженерная психология- область психологи­ческой науки, изучающая деятельность человека в системах управле­ния и контроля, его информационное взаимодействие с техническими устройствами этих систем.

Основной задачей инженерной психологии являет­ся выявление психических закономерностей деятельности человека в СЧМ с целью их учета при конструировании оборудования таких систем и подготовки людей для их управления.

Здесь надо подчеркнуть, что инженерная психология изучает сложные системы, в которых человек отделен от машины дистанцион­ными передачами и у человека нет заранее заданной жесткой програм­мы действий и нет однозначных способов решения возникающих задач.

Из сопоставления целей и задач эргономики и инженерной пси­хологии следует, что инженерная психология фактически решает част­ные задачи эргономики и может рассматриваться как одна яэ ее об­ластей. Инженерная психология тесно связана с физиологией высшей нервной деятельности, кибернетикой, математикой.

Рассмотрим некоторые вопросы деятельности оператора в СЧМ.

Прием информации оператором пред­ставляет собой сложный психический процесс, состоящий из ощущения, восприятия, представления и мышления.

:::::::::: Зрительный анализатор (корковый отдел)

+⁺+⁺+⁺+ Слуховой - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --

^{оооооооооо} Кожный - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

©©©©© Вкусовой и обонят. - - - - - - - - - - - - - - - -

Двигательный - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

•••••• Внутренний - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Рис. 7 . Схема анализаторов:

1 – область спинного и продолговатого мозга, куда поступают афферентные волокна; 11 – область зрительных бугров; 111 – кора мозга

Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов, Анализаторами называются нервные приборы, посредством которых человек осуществляет анализ раздражений. Любой анализатор состоит из трех основных частей: рецептора, проводящих нервных путей и центра в коре больших полушарий головного мозга (рис. ).

Основной функцией рецептора является превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенной модальности (вида)— световых, звуковых и др. Однако его выход посылает сигналы, по своей природе единые для любого входа нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства кодирования информации.

Проводящие нервные пути осуществляют передачу нервных импульсов в кору головного мозга. Эти импульсы, достигнув коры головного мозга, подвергаются там определенной обработке и снова возвращаются в рецепторы. Только в этом процессе взаимодейст­вия рецепторов и центров в коре больших полушарий происходит формирование перцептивного образа.

В зависимости от модальности поступающего сигнала разли­чают виды анализаторов. Наибольшее значение для деятельности оператора имеют зрительный анализатор, за ним следуют слухо­вой и тактильный (осязательный) анализаторы. Участие других анализаторов в деятельности оператора невелико.

Не рассматривая эти стадии в отдельности, остановимся на свя­зи между физическими характеристиками раздражителя (интенсивность J) и чувствительностью анализатора ( Е ).

Эта зависимость выражается основным психофизическим законом Вебера-Фехнера.

,

где Jo - исходная интенсивность; К- константа.

Из уравнения видно, что величина ощущения растет значитель­на медленнее увеличения интенсивности раздражителя.

Закон Вебера-Фехнера хорошо работает только при средних зна­чениях интенсивностей раздражителя для слухового и зрительного анализаторов. В более общем виде связь E и J можно представить формулой С. Стивенса

где К -константа; n - определяется типом раздражителя, 0,2<n<3,5.

Показатель уровня вентилируемости

Показатель уровня температуры

Показатель уровня влажности

Показатель уровня давления

Показатель уровня напряженности магнитного и электрического полей

Показатель уровня запыленности

Показатель уровня радиации

Показатель уровня токсичности

Показатель уровня шума

Показатель уровня вибрации

Показатель гравитационной перегрузки и уско­рения