БЖД (Иванов ФИБС БТС 8 семестр) / Эргономика

На скорость и точность восприятия информации влияет выбранный способ кодирования информации, т. е. способ представления информации с помощью условных символов: кодировать информацию можно цифрами, буквами, геометрическими формами, размерами, частотой мельканий, цветом и т. д. Выбор способа кодирования зависит от характера решаемой задачи; так, при поиске информации эффективно кодирование цветом, а буквы лучше использовать для передачи информации о назначении объекта, цифры – для информации о его количественных характеристиках, геометрические фигуры (мнемознаки) – для кодирования информации в тех случаях, когда оператору необходима наглядная картина технологического процесса на управляемом объекте. Для привлечения внимания человека используют кодирование частотой мелькания изображения 3…8 Гц.

Важно рационально скомпоновать СОИ на информационной панели, учитывая следующие принципы: принцип значимости (СОИ, имеющие важное значение, помещают в зоне наилучшего восприятия, зоне мгновенной видимости); принцип последовательного использования (согласно ему СОИ должны размещаться в соответствии с последовательностью операций управления); принцип частоты использования (требует, чтобы наиболее часто используемые элементы помещались в самых удобных зонах сенсомоторного поля).

По вертикали панель для размещения СОИ должна охватываться углом 70° (30° вверх и 40° вниз от горизонтальной линии взора). Это обусловлено тем, что эти углы ограничивают оптимальную зону наблюдения при движениях глаз человека вверх и вниз (рис. 6).

Рис. 6. Возможные и оптимальные зоны зрительного наблюдения а – в вертикальной, б – в горизонтальной плоскостях)

Угол наклона лицевой панели к горизонтальной линии взора должен составлять 60…80°. По горизонтали панель должна охватываться углом 40…60°, с учётом поворота головы – до 90°. Эргономические требования к

43

органам управления учитывают оптимальные характеристики двигательной системы и зрительного восприятия устройств управления и т. п. Количество органов управления должно быть минимальным, но достаточным для эффективного выполнения задач управления, а манипулирование ими должно быть простым и надёжным.

Конструкция и расположение органов управления, траектории их движения должны проектироваться с учётом особенностей антропометрии, биомеханики движений человека и анатомического строения конечностей. Форма и размеры органа управления должны обеспечивать удобный захват его рукой с тем, чтобы оператор мог длительное время работать с наименьшими затратами мускульной силы. И конечно, конструкция органа управления должна гарантировать защиту оператора от поражения электрическим током, от различных механических повреждений рук и ног.

Ручные органы управления, такие как рычаги, тумблеры, вращающие рукоятки, поворотные кнопки, переключатели, маховички, штурвалы, нажимные кнопки и клавиши, имеют свои специфические особенности и, соответственно, свои эргономические рекомендации. Важно также правильно скомпоновать органы управления.

При проектировании рассматриваются все этапы деятельности оператора и факторы, влияющие на их выполнение. Время выполнения оператором отдельных действий t складывается из времени приёма информации, её анализа и переработки, осуществления управляющих воздействий, а также времени срабатывания технических звеньев. Например, время считывания показания цифрового СОИ на базе газоразрядных ламп составляет 0.73 с, восприятие семизначного числа – 1.2 с, чтение слова из n букв t = 22 + 0.9n [мс], набор на клавиатуре дисплея одного знака – 0.6 с, простейшее арифметическое вычисление – 1 с, решение комбинарной логической задачи при числе условий n = 2 – 4 с, при n = 5 – 20 с, при n = 8 – 60 с, нажатие кнопки – 1.6 с, поворот переключателя – 0.7 с, вращение рукояток – 0.6 с, выдача команды голосом (5 – 6 слов) – 3 с. Усредненные затраты времени на выполнение отдельных операций приведены в табл. 2.

Наиболее сильно на результаты деятельности оператора влияет интенсивность поступающей к нему информации. Фактические характеристики деятельности оператора не должны превышать соответствующих предельно допустимых норм. Превышение их влечёт за собой напряжённость в работе оператора, повышает вероятность ошибок и аварийных ситуаций, несчастных случаев и переутомления человека.

Скорость и точность приёма и переработки информации зависит от следующих факторов:

1)яркости сигналов: 16…180 кд/м2;

2)контраста сигналов: прямой К = 0.6…0.9;

3)угловых размеров изображения, цифр индикаторов;

4)времени действия сигналов: 0.2 < t < 0.6 с;

44

6)времени информационного поиска: t > 0.6N [с], где N – количество сигналов;

7)пространственного положения прибора относительно наблюдателя: приборы, за которыми необходимо наблюдение, устанавливаются на панели не ниже 1 м и не выше 1.8 м от пола. Наиболее ответственные приборы рас-

полагают в зоне эффективной видимости (по 15° вверх и вниз от линии прямого взора);

8)количества поступающих одновременно не связанных сигналов: не

более 7;

9)способа кодирования сигнала: цвет, размер, буквы, цифры, фигуры, мелькание; принципа акцента: наиболее важные элементы выделяются цветом, формой, размерами и располагаются в центральной зоне видимости;

10)скорости передачи информации (пропускной способности): для

сложных видов деятельности v = 1…5 бит/с, при чтении информации –

30бит/с;

11)стереотипности обработки информации и действий;

12)логической сложности алгоритма обработки информации и дей-

ствий;

13)коэффициента загруженности оператора;

14)времени занятости непрерывной (без пауз) работой: не более

15мин;

15)средней длины очереди сигналов при обработке информации;

16)частотой очереди (коэффициента очереди): Р < 0.4.

45

Одна из важнейших проблем построения системы “ человек – машина”

– оптимальное распределение функций между оператором и техническими средствами, т. е. определение операций (и действий), которые должны выполняться человеком и машиной для обеспечения требуемой эффективности действия системы. Возможны два основных варианта распределения функций: 1) человек выполняет только операции контроля машинного процесса решения задачи и утверждает решение; 2) часть операций выполняются человеком и машиной совместно, иначе решение не может быть получено.

Первый вариант – это своего рода параллельная организация взаимодействия человека с машиной, второй – его последовательная (“ пошаговая”) организация. При выборе варианта должны учитываться соображения методологического характера, касающиеся социальной функции человека как субъекта труда, а также практической рекомендации науки об управлении, включая и рекомендации по организации управления в высших звеньях систем. Важное место в таком обосновании должно принадлежать инженернопсихологическим оценкам и использованию результатов изучения психофизиологических функций человека. По современным представлениям, обоснование рационального (и даже оптимального) распределения функций должно базироваться на количественных оценках качества решения задач человеком (и машиной) и оценках влияния этого качества на общую эффективность системы.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ОПЕРАТОРА ВИДЕОТЕРМИНАЛА

Операторы систем управления и контроля на видеотерминалах (ВДТ) в течение рабочего дня выполняют сложную зрительно напряжённую работу, вызывающую как зрительное, так и общее утомление, которое свидетельствует о неадекватности СОИ особенностям процессов, определяемых психофизиологическими характеристиками зрения человека. В связи с этим в настоящее время первостепенное значение приобретает оптимизация взаимодействия оператора с ВДТ, оценки качества отображаемой информации и её количественных характеристик.

Структурная схема упрощённого алгоритма обработки оператором информационного послания, передающегося через зрительный анализатор, представлена на рис. 7.

Наблюдение объекта требует движения глаз – поисковых (установочных) и познавательных. С помощью поисковых движений осуществляют поиск заданного объекта, установка глаза в исходную позицию и корректировка этой позиции. Длительность поисковых движений определяется углом, на который перемещается взор. Познавательные движения связаны с обследованием объекта и различением его деталей.

46

Появление информации

Реакция оператора на возникновения раздражения от источника информации

Сканирование оператором поля обзора с целью выявления места появления информации

Фокусирование зрения оператора на информационном послании

Фотографическое запоминание информационного послания

Идентификация способа кодирования информационного послания

Загрузка в “ оперативную память” оператора базы данных (кодировочной таблицы) по выявленному способу кодирования

Идентификация отдельных символов информационного послания методом последовательного сравнения фотографического образа с образами из таблицы кодировки (перебор и выявления совпадений)

Превращение раскодированного информационного послания в осмысленное информационное слово или предложение

Запоминание раскодированного информационного послания

Рис. 7. Структурная схема упрощённого алгоритма обработки оператором информационного послания

47

Основную информацию глаз получает во время относительно неподвижного положения глаза, во время скачка глаз почти не получает информации. Продолжительность скачка в среднем 0.025 с, а продолжительность фиксации – 0.25…0.65 с и более. Временные характеристики зрительного анализатора определяются временем, необходимым для возникновения зрительного ощущения. Основные временные характеристики – это время адаптации,

скрытый период зрительной реакции и длительность инерции ощущения. Для большинства людей скрытый период зрительной реакции находится в преде-

лах 160…240 мс. Время сохранения ощущения обычно равно 0.2…0.6 с. Время адаптации (чувствительность зрительного анализатора меняется вплоть до 108 раз) составляет десятки минут при переходе от света к темноте и единицы

идаже доли минут – при обратном переходе.

Свременными характеристиками зрительного анализатора связано и восприятие движущихся объектов. Минимальная скорость движения, которая может быть замечена глазом, зависит от наличия в поле зрения фиксированной точки отсчёта. При наличии такой точки абсолютный порог восприятия

скорости равен 1…2 … ′/с, без неё – 15…30 … ′/с.

Объём зрительного восприятия ограничен пространственными характеристиками зрения (размерами зоны ясного видения) и объёмом наблюдаемой информации.

Все поле зрения можно разбить на три зоны: центрального зрения (4° от оси прямого взора), где детали можно различить наиболее чётко; ясного видения (30…35°), где при неподвижном глазе можно опознать предмет, но мелкие детали неразличимы, и периферического зрения (75…90°). В процессе поиска размер зоны ясного видения составляет ≈10°. Характеристикой объёма восприятия является число объектов, которые человек может охватить взглядом в течение одной зрительной фиксации (при предъявлении не связанных между собой объектов объём восприятия составляет 4…8 элементов). В итоге под объёмом восприятия следует понимать количество предметов (но не более 4…8), которое одновременно попадает в зону, ограниченную углом 10° в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

На рис. 8 схематично представлено рабочее место оператора и положение его перед ВДТ.

От размера монитора зависит расстояние, на котором он находится от глаз пользователя. От расстояния в свою очередь зависят размеры знаков или объектов, выводимых на экране. Качественная зависимость вероятности правильного опознания объекта (знака) от его размеров и от расстояния до экрана монитора l приведена на рис. 9.

Для удобной работы рекомендуется использовать мониторы размером 17…21 дюйм по диагонали, с разрешением 1024 × 768 или 1280 × 1024 и частотой обновления 85…100 Гц. Не всегда есть возможность использовать мониторы с такими характеристиками, так как их цена довольно высока.

48

Вероятность правильного восприятия информации

Расстояние до монитора

l1 l2 (l2 > l1)

1.0

0

Рис. 9. Кривые вероятности правильного восприятия информации

49

Следует рассчитать размеры шрифта для всех вероятных типов мониторов и разрешений экранов. Исходя из максимального и минимального угловых размеров символа, можно рассчитать его минимально допустимый и максимальный размер по ширине или высоте. Расчётные допустимые размеры шрифтов по высоте для наиболее предпочитаемого расстояния между оператором и ВДТ представлены в табл. 3.

При работе с Windows размер шрифта измеряется в пунктах, и размер символа в миллиметрах зависит от текущего разрешения. Существует такая единица измерения разрешения устройства, как количество точек на дюйм (dpi) (имеются в виду физические точки, а не пиксели). В зависимости от разрешения экрана количество пикселей на точку может изменяться. Зная физическую ширину экрана и разрешение по горизонтали, можно рассчитать количество пикселей на миллиметр (табл. 4).

Отсюда можно определить минимальный и максимальный размер шрифта в пунктах (табл. 5).

Таблица 5

50

Объём воспроизведённого человеком с экрана монитора материала определяется не столько объёмом восприятия, сколько объёмом его памяти – в зрительном образе может отражаться значительно большее число объектов, чем он может запомнить и затем воспроизвести. Основными процессами памяти являются запоминание, забывание и воспроизведение.

Запоминание. Приняв поступившую информацию, оператор её анализирует, преобразует и запоминает. Основные формы памяти: кратковременная (обеспечивает хранение поступившей информации в течение секунды или минуты) и долговременная (в течение дня, месяца или года). Оператор иногда допускает ошибки не потому, что не запомнил необходимую информацию, а потому, что не забыл ненужную, уже использованную.

Забывание (исключение информации из памяти) – сложный и неравномерный процесс. Кривая забывания характеризуется стремительным падением вниз сразу же, в первые часы после запоминания материала. Количество усвоенной информации наиболее значительно уменьшается за первые девять часов: со 100 % оно падает до 35 %, т. е. процент сбережения усвоенного материала обратно пропорционален логарифму времени.

Выделяют три вида забывания (потери информации):

1)из-за стирания следов раздражения в нервной системе;

2)в результате подавления новой информацией старой, которая относится к уже законченной деятельности и мешает запоминанию новой информации;

3)в результате исключения из памяти человека того материала, который противоречит мотивам деятельности (например, человек старается забыть то, что ему неприятно).

Потеря информации в кратковременной памяти связана главным образом со “ стиранием следов”, в долговременной – с нарушением системы кодирования информации.

Воспроизведение – процесс извлечения информации, хранящейся в памяти. Преднамеренное воспроизведение – это процесс осознанного восстановления хранимой информации. При непреднамеренном воспроизведении информация “ всплывает” как бы сама собой. Эффективность любого вида воспроизведения существенно зависит от организации хранимой информации. В условиях общения человека с другими людьми воспроизведение бывает более полным и точным по сравнению с воспроизведением в условиях индивидуальной деятельности.

Оперативная память, обеспечивая решение оператором текущих задач, играет важную роль в его деятельности. Установлено, что часть ошибок операторов связана с процессами памяти; большое влияние память оказывает и на пропускную способность оператора.

Основными характеристиками оперативной памяти являются объём, точность и длительность сохранения информации. Объём оперативной памяти определяется тем количеством сигналов (стимулов), которые оператор спосо-

51

бен запомнить после одного кратковременного предъявления. Необходимо различать объём памяти на статические и динамические сигналы. В первом случае оператор должен запомнить и воспроизвести неизменяемую последовательность сигналов. При этом объём памяти составляет в среднем 5…9 символов, причём чем меньше длина алфавита символов, тем больше объём памяти, и наоборот.

Значительно меньше изучены возможности памяти при запоминании динамических последовательностей сигналов. В этом случае оператор должен не только хранить в памяти предъявляемую последовательность сигналов, но и следить за её изменениями в соответствии с изменениями обстановки, что происходит во время работы с динамичной информационной моделью. Исследования показывают, что в этом случае объём памяти не превышает 3…4 сигнала.

Продуктивность памяти зависит также от информативности символов. Она (в статистическом смысле) определяется вероятностью их появления. Установлено, что лучше всего запоминаются символы, появляющиеся с наибольшей и наименьшей вероятностью. Это явление связано с общей способностью живых организмов более эффективно откликаться на наиболее информативные (маловероятные, неожиданные) или хорошо известные (ожидаемые) раздражители.

Среди временных параметров сигналов наибольшее влияние на продуктивность памяти оказывают длительность экспозиции и характер предъявления (одновременный или последовательный).

Общие эргономические требования к рабочему месту оператора и требования к производственной среде регламентируются ГОСТ Р 50923–96 и будут приведены в следующем разделе.

ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СИСТЕМЫ “ ЧЕЛОВЕК – ЭВМ”

Эргономические требования для систем “ человек – компьютер”

При проектировании и оценке аппаратных средств, программного обеспечения и сервисных продуктов большое значение приобрело понятие “ удобство” (usability), которое, в свою очередь, определяется в терминах деятельности пользователя и его удовлетворения. Удобство – это мера, которая определяет, насколько указанные продукты могут быть использованы конкретными пользователями для достижения конкретных целей эффективно (effectiveness), продуктивно (efficiency) и доставляя удовлетворение (satisfaction) им в конкретной ситуации использования. Под эффективностью понимаются точность и полнота, с которой пользователи достигают конкретных целей, а под продуктивностью – ресурсы, которые были затрачены для достижения указанных точности и полноты. Удовлетворение – это комфорт и приемлемость предоставленных параметров или характеристик продукта для

52