БЖД (Иванов ФИБС БТС 8 семестр) / Эргономика

скими процессами, средствами транспорта, коммуникации, связи и т. п.); непроизводственная техника (средства коммунальной и бытовой техники, техника передвижения, техника образования и культуры и др.), а также военная техника (танки, ракетные установки, летательные аппараты, надводные и подводные суда и др.).

Рабочие автоматизированных систем управления, или операторы, подразделяются на пять видов, в соответствии с которыми определяют пять классов операторской деятельности:

1.Оператор-технолог. Непосредственно включён в технологический процесс, работает в основном в режиме немедленного обслуживания, совершает преимущественно исполнительные действия, руководствуясь при этом чётко регламентирующими действия инструкциями, которые содержат, как правило, полный набор ситуаций и решений. Это – операторы технологических процессов автоматических линий, операторы, выполняющие функции формального перекодирования и передачи информации.

2.Оператор-манипулятор. В этом случае для оператора основную роль играют механизмы сенсомоторной деятельности, а также, хотя и в меньшей степени, образного и понятийного мышления. К числу функций оператора-манипулятора относится управление манипуляторами, роботами, машинами-усилителями мышечной энергии. К этой же категории можно отнести и деятельность операторов, обслуживающих радиолокационные станции. Правда, деятельность этих операторов с не меньшими основаниями может быть отнесена к следующему типу – деятельности оператора-наблю- дателя, поскольку при выполнении функций слежения и сопровождения целей в условиях помех огромная доля нагрузки падает на зрительную систему.

3.Оператор-наблюдатель, контролёр. Это классический тип операто-

ра (оператор слежения радиолокационной станции, диспетчер транспортной системы и т. п.). Для данного типа деятельности характерен больший “ вес” информационных и концептуальных моделей, у него соответственно несколько редуцированы навыки управления (по сравнению с первыми двумя типами деятельности оператора). Он может работать в режиме как немедленного, так и отсроченного обслуживания. Такой тип деятельности является массовым для операторов технических систем, работающих в реальном масштабе времени.

4.Оператор-исследователь. Такой оператор в значительно бó льшей степени, чем перечисленные, использует аппарат понятийного мышления и опыта, заложенный в образно-концептуальных моделях. Органы управления играют для него еще меньшую роль, а “ вес” информационных моделей, напротив, существенно увеличивается. К ним относятся исследователи любого профиля – пользователи вычислительных систем, дешифровщики объектов (изображений) и т. д.

5.Оператор-руководитель. Он управляет не техническими компонентами системы или машины, а другими людьми. Это управление осуществля-

13

ется как непосредственно, так и опосредованно – через технические средства

иканалы связи. К ним относятся организаторы, руководители различных уровней, лица, принимающие ответственные решения, обладающие соответствующими знаниями, опытом, волей, навыками принятия решения и интуицией. Операторы-руководители в своей деятельности должны “ играть” не только с объектом, учитывать не только возможности и ограничения машинных компонентов системы, но и в полной мере особенности подчинённых – их возможности и ограничения, состояния и настроения. Основной режим деятельности оператора-руководителя – оперативное мышление.

Таким образом, непосредственным объектом деятельности для человека становится само техническое средство, а требования к результату взаимодействия ограничиваются его рабочим режимом или состоянием. Практически эти требования относятся только к исполнительным действиям человека

илишь в случае, когда само устройство перестаёт работать в заданном режиме и человеку нужно совершить некоторые познавательные действия по обнаружению причины аварии. Эти действия характеризуются не мерой потребности, а мерой ответственности. В результате можно было бы сказать, что основными критериями трудовых действий должны быть меры исполнительных действий, которые устанавливаются исходя из эффективного функционирования системы. Однако в условиях автоматизированного производства появляются новые типы профессий: оператор-исследователь и руководитель, – которые требуют иного подхода.

Вреальной деятельности человека его многочисленные функциональные органы работают не изолированно, они вступают во взаимодействие не только с миром, но и друг с другом. В своей совокупности они составляют трудно дифференцируемый организм, одновременно предметный, телесный

идуховный. Особенности этого организма, называемого духовным, состоят в активности, действенности, направленности вовне не только на поиск, выбор, но и на созидание, творчество. Духовный организм конструируют вполне вещественные, а также “ эфирные” ( например, слово) орудия, телесные органы и органы, которые можно назвать ментальными или духовными.

Благодаря развитию вычислительной техники и средств информатики многие операционально-технические, в том числе интеллектуальные, функции человек перестал выполнять. Однако вновь дают о себе знать тенденции развития техники, когда машина перестаёт быть средством деятельности в системах “ человек – машина”, а в такое средство деятельности превращается сам человек.

На определённом этапе взаимодействия с техникой человек вдруг осознаёт, что эта техника начинает подчинять его себе, заставляя делать то, что она приказывает. Это особенно ясно видно на примере ПЭВМ и программного обеспечения к нему. Человек, как наручниками, прикован к компьютеру, смотрит ему в “ лицо” и делает то, что это “ лицо” ему подсказывает. Если что не так, к возмущению оператора на экране появляются непонятные знаки и

14

команды типа: “ Программа выполнила недопустимую операцию и должна быть закрыта” или что-нибудь подобное.

Природа наделила человека вертикально расположенным телом и различными органами, которые участвуют в процессе трудовой деятельности. Анализаторы воспринимают окружающую действительность с потоками энергии, вещества и информации. Несовершенство одного из них человек стремится компенсировать за счёт другого или творческого отношения к труду и мыслительного процесса, свойственного только ему.

Работающий человек имеет трудовую цель, т. е. субъективную модель состояния предмета труда, в которое необходимо привести этот предмет посредством трудовых – информационных и энергетических – воздействий. На предмет труда человек может воздействовать непосредственно или через промежуточное устройство – орудие труда. При этом человек воспринимает информацию в виде сигналов от предмета труда, промежуточного устройства и среды. Цель труда у человека формируется на основе мотивов, потребностей, установок (своих или получаемых извне).

Воспринимаемая и извлекаемая из памяти информация преобразуется по одному из трёх типов переработки информации человеком: прямого замыкания (прямая, закрепленная ассоциативная связь, автоматизированное действие), репродуктивного мышления (принятие решения путём пошагового преобразования информации по известным правилам), продуктивного (или творческого) мышления. С помощью этих преобразований прогнозируется результат трудового воздействия и формируется программа (план, стратегия) действий для его достижения.

Существенное влияние на характер протекания процессов восприятия, мышления, воспроизведения сведений (энграмм) в памяти оказывают активационные воздействия, обусловленные уровнем бодрствования, эмоциональным и волевым напряжением, функцией внимания. В основе информационных и энергетических преобразований, представляющих собой суть трудового воздействия на предмет труда, лежат физико-логические процессы.

Человек наделён органами зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса, которые являются своеобразными каналами восприятия окружающего его мира. Различают зрительный, слуховой, тактильный, вкусовой, обонятельный, кинестетический, температурный и вестибулярный каналы восприятия. Наиболее важными для человека являются зрительный, слуховой и кожный или тактильный каналы. Выбор канала для взаимодействия человекаоператора с техническими средствами обусловливается числом градаций признака (к примеру, интенсивность, время действия, порог чувствительности и т. д.). Далее приведены некоторые наиболее важные характеристики анализаторов различных органов человека, которые участвуют в его деятельности и взаимодействии с техническими системами или окружающей средой.

15

3рительный канал обеспечивает наибольшую точность определения значения признака, особенно при использовании цифровых кодов, шкал, изменений положения указателей приборов. Он позволяет сравнивать и измерять информацию одновременно по нескольким признакам. Наименьшая точность определения значения наблюдается при кодировании его яркостью. Зрительный канал, обладающий хорошо выраженными аналитическими свойствами, позволяет одновременно использовать в передаваемом и воспринимаемом сигнале несколько признаков. Информация для этого канала восприятия может быть закодирована совокупностью интенсивности и цвета световых раздражителей, формы, площади, пространственного расположения сигналов, соотношений их отдельных параметров. Значительно повышает пропускную способность данного канала по отношению к многомерным кодовым сигналам совмещение различных компонентов сигналов в единый зрительный образ. Здесь важную роль играет наличие у человека возможности одновременно воспринимать несколько пространственно разобщённых зрительных образов.

Зрительный канал даёт самую полную информацию о положении наблюдаемых объектов в пространстве (по трём координатам). Большая точность оценки пространства и пространственных отношений обеспечивается выраженной аналитической способностью зрительного анализатора, константностью восприятия, визуализацией представлений, широкой возможностью оперирования пространственными зрительными образами.

Зрительный канал обеспечивает наименьшую точность передачи временнó й информации. При поступлении сигналов в этот канал наблюдаются меньшая точность и бó льшая флюктуация в оценке длительности временных интервалов, чем при поступлении их по слуховому, кинестетическому и тактильному каналам.

Характеристики зрительного анализатора – определяются интенсивностью световых сигналов – диапазон яркостей, воспринимаемых глазом, контраст и цветоощущение. Источник света будет тем лучше виден, чем большей силы свет излучает каждый элемент поверхности в направлении глаза. Яркость наблюдаемого предмета определяется яркостью излучения и яркостью за счёт внешней засветки (яркостью отражения). Диапазон чувствительности зрительного анализатора – 10 −6 …10 6 кд/м2. Наилучшие же условия для работы будут при уровнях яркости, находящихся в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен кандел на квадратный метр.

Видимость предметов определяется также контрастом их по отношению к фону. Различают два вида контраста: прямой (предмет темнее фона) и обратный (предмет ярче фона). Оптимальное значение контраста считается равным 0.60…0.95. Работа при прямом контрасте является более благоприятной, чем при обратном. Условия видимости зависят от значения внешней освещённости. Увеличение освещённости при прямом контрасте приводит к улучшению условий видимости, а при обратном – к ухудшению.

16

Информационной характеристикой зрительного анализатора является пропускная способность – количество информации, которое анализатор способен принять в единицу времени. Фоторецепторы (сетчатка глаза) имеют пропускную способность до 5.6·109 бит/с, кора головного мозга – лишь 20…70 бит/с. Пропускная способность для деятельности в целом (с учётом ответных действий человека) составляет 2…4 бит/с.

Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их месторасположением в про-

странстве. К ним относятся острота зрения, поле зрения и объём зрительного восприятия. Остротой зрения называется способность глаза различать мелкие детали предметов. Она определяется величиной, обратной тому минимальному угловому размеру предмета, при котором он различим глазом. Угол зрения, равный 1', соответствует единице остроты зрения. Острота зрения зависит от уровня освещённости, расстояния до рассматриваемого предмета и его положения относительно наблюдателя, а также возраста наблюдателя. Так, например, острота зрения под углом 10° в 10 раз меньше, а под углом 30° – в 23 раза меньше, чем прямо перед собой. Острота зрения характеризует абсолютный пространственный порог восприятия. Минимально допустимые размеры элементов изображения, предъявляемого оператору, должны быть на уровне оперативного порога и составлять не менее 15'.

Размеры предметов выражаются в угловых величинах, которые связаны с линейными размерами следующим соотношением:

это угол между линиями, соединяющими крайние точки знака по высоте и глаз наблюдателя. Минимальный размер углового знака составляет 16', максимальный – 60' (1 °).

Зрительный образ предмета, создаваемый человеком, складывается в результате особого класса действий, получивших название перцептивных. Это процесс формирования чувственного образа – отражения в сознании человека свойств действующего на него объекта (рис. 3). Это информационный поиск, обнаружение, выделение из фона фигуры и её существенных информативных признаков (стадии обнаружения и различения), их обследование, формирование образа и отнесение его к тому или иному классу (стадия опознания). Длительность этих стадий зависит от сложности воспринимаемого сигнала.

Каждый человек по-своему воспринимает, запоминает и мыслит. Различают два основных вида зрительной памяти: сенсорную и иконическую память.

17

информации, закодированной с помощью частоты или интенсивности звукового сигнала, повышается при использовании эталона сравнения. Человек способен воспринять до 16 – 25 градаций тональных сигналов, различающихся по высоте или громкости. Слуховой канал позволяет использовать при передаче многомерных звуковых сигналов интенсивность и частоту, тембр и ритм. Распределение частот по октавам и модулирование звуковых сигналов также повышает их распознаваемость. Однако общий набор сигналов и возможность варьировать ими для этот анализатора меньше, чем для зрительного. Значительно ограничивает использование этого канала трудность приёма и анализа информации, поступающей одновременно более чем от одного источника сигналов.

При бинауральном восприятии информации о положении наблюдаемых объектов в пространстве слуховой канал обеспечивает высокую точность определения направления на источник звука. Когда же применяется искусственный код (обычное изменение частоты акустического сигнала, его тона), точность локализации оказывается ниже, чем при использовании зрительного и кожного анализаторов. В основном в этом случае с помощью слухового анализатора можно определять изменение положения объекта в пространстве только по одной координате.

Слуховой канал обеспечивает наибольшую точность оценки временных характеристик сигналов (их длительности, темпа, ритма и т. п.).

Тактильный (кожный) канал значительно уступает зрительному и слуховому каналам в точности восприятия количественной информации. С его помощью можно передать более 10 градаций величины параметра за счёт использования частоты вибротактильных или электрокожных сигналов (после соответствующей тренировки). Кожный канал обладает меньшими возможностями приёма многомерных сигналов, чем два предыдущих. При передаче по нему многомерных сигналов на практике могут быть использованы частота сигналов и их пространственная локализация. По точности определения положения наблюдаемых объектов в пространстве кожный канал можно поставить на второе место после зрительного. Он обеспечивает определение положения объекта в пространстве по двум координатам при непосредственном соприкосновении с объектом и при дистанционном определении его положения в пространстве по искусственным кодовым признакам. Такими кодовыми признаками могут быть частота вибротактильных или электрокожных сигналов и их локализация. Применения в качестве кодовых признаков изменения амплитуды, силы и площади воздействия тактильных сигналов ограничивается тем, что тактильный анализатор быстро адаптируется к ним и перестаёт воспринимать их изменения.

Тактильный канал по точности оценки времени занимает третье место после зрительного и слухового.

Органы чувств состоят из трёх основных частей: рецептора, проводящих нервных путей и центра в коре больших полушарий головного мозга. Каж-

19

дый рецептор приспособлен к приёму сигналов определённой модальности (вида) – световых, звуковых и др. Однако его выходные сигналы едины для любого входа нервной системы. Таким образом, рецепторы являются устройствами кодирования информации.

Любой анализатор характеризуется порогами чувствительности к интенсивности и продолжительности воздействия сигналов – абсолютными (верхним и нижним) и относительными (дифференциальными). Минимальное раздражение, вызывающее заметное ощущение – нижний абсолютный порог чувствительности, максимально допустимая величина – верхний порог чувствительности. Интервал между нижним и верхним порогами – диапазон чувствительности анализатора. Дифференциальный порог – это минимальное различие между двумя сигналами (или состояниями одного раздражителя), вызывающее заметное различие ощущений. В табл. 1 приведены некоторые характеристики анализаторов человека и степень их использования в технических системах.

Необходимо отметить, что существуют некоторые ограничения возможностей человека при работе с технической системой. Сенсомоторные характеристики человека в экстремальных условиях деятельности соответствуют следующим предельным значениям: максимальная рабочая частота

20

1.7…2.4 м/с – при значительных (до 1 м) расстояниях. К особенностям человека как субъекта труда относится и то, что наиболее часто ошибки и аварий происходят в период с 14 до 15 ч, а резкий спад производительности труда и увеличение количества ошибок у людей умственного труда наблюдается в августе.

В процессе проектирования человеко-машинных систем следует учитывать, что напряжение при статической работе в 5 раз превышает напряжение при динамической работе и что при статической работе требуется в 3 – 4 раза больше времени на восстановление энергии, чем при динамической. Статическая нагрузка, возникающая при манипулировании органами управления, не должна превышать 15 % максимального усилия соответствующей конечности при определённой рабочей позе оператора, поскольку при 25 % максимального усилия физическая усталость наступает спустя 5 мин.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА

Имея в качестве объекта исследования систему “ человек – машина”, эргономика изучает определённые её свойства, которые обусловлены положением и ролью человека в системе. Эти свойства получили название “ человеческих факторов в технике”. Они представляют собой интегральные показатели связи человека, машины, предмета деятельности и среды, проявляющиеся в процессе деятельности человека в системе и её функционирования в целом и связанные с достижением конкретных целей. Человеческие факторы в технике порождаются во время взаимодействия человека и технической системы. В этом смысле они относятся к виртуальной реальности и обладают её свойствами. Виртуальная реальность – источник как эффективного управлении, так и неэффективного.

Аварии на американской АЭС “ Остров трёх милей”, химическом комбинате в индийском городе Бхопале и Чернобыльской АЭС, причинами которых явились ошибки операторов, обусловленные конструктивными недостатками оборудования и систем, вынудили инженеров и стандартизаторов заняться поиском ответов на следующие вопросы:

∙Что такое человеческая ошибка?

∙Каким образом измеряется человеческая надёжность?

∙Какие факторы влияют на человеческую надёжность и как можно их интегрировать в функциональные процессы и проектирование изделий и систем?

∙Когда наиболее своевременно и кем должен рассматриваться вклад человеческой надёжности в надёжность процессов и систем в целом?

Ответам на эти вопросы, которые связаны с познавательной деятельностью человека, посвящён международный стандарт “ Руководство по прикладным аспектам человеческой надёжности”, подготовленный одним из

21

технических комитетов Международной электротехнической комиссии. Стандарт включает шесть глав: “ Введение в человеческую надёжность”, “ Человеческая надёжность в системном проектировании”, “ Принципы человеческой деятельности”, “ Оценка человеческой надёжности”, “ Прикладные аспекты человеческой надёжности” и “ Данные о человеческой надёжности”.

В приложении к стандарту содержатся определения 124 терминов, имеющих отношение к человеческой надёжности. При таком их обилии невольно закрадывается подозрение, что инженеры в массе своей таких слов не знают, да они и не могли войти в их лексикон, так как до трёх крупнейших аварий конца XX в. методы и подходы, использовавшиеся для прогнозирования человеческой надёжности в системах, были, как правило, аналогичны тем, которые применялись при оценке надёжности техники. “ Руководство по прикладным аспектам человеческой надёжности” популярно разъясняет, что представляет собой феномен человеческой надёжности, а также что невозможно понять его природу, используя понятийный аппарат и инструментарий оценки надёжности техники.

Оценка человеческих факторов в технике должна включать, где это возможно, моделирование или действительное выполнение задач; проверку задач, при решении которых участие человека является критическим относительно таких факторов, как скорость, точность, надёжность или стоимость; представительную выборку предусмотренных или не предусмотренных задач по обслуживанию и ремонту оборудования; описание предполагаемых вспомогательных технических средств, оборудования для тренировок и т. п.; идентификацию несоответствий между требуемыми и полученными данными о задаче, а также критерии приемлемости выполнения задачи.

Человеческие факторы в технике не могут быть сведены к взятым самим по себе характеристикам человека, машины (технического средства) и среды. По отношению к свойствам-качествам компонентов системы “ человек

– машина” человеческие факторы в технике представляют собой качества второго порядка, возникающие как результат интеграции, объединения в единое целое природных качеств, свойственных среде, предметных качеств, свойственных машине и предмету деятельности, функциональных, а также социальных качеств, присущих человеку. Человеческие факторы в технике относятся к категории “ третьих” вещей. Они не вытекают из законов физики.

Эргономику интересуют не все возможные “ первичные” качества человека, машины, среды, а лишь те, которые определяются положением и ролью человека в системе “ человек – машина”, – именно потому они называются человеческими факторами в технике.

Человеческие факторы в технике, понимаемые как важнейшие интегральные характеристики системы “ человек – машина”, представляют собой некоторую суперпозицию исходных показателей или, соответственно, фиксированные (или динамичные) функциональные связи между элементами и компонентами системы. В структурном аспекте человеческие факторы в тех-

22