Эргономика и инженерная психология

факторы комфортности связаны с цветовым оформлением самого рабоче­ го места и интерьера в целом и освещением.

9.4.Органы управления

9.4.1. Управляющие действия человека

Человек-оператор, участвующий в функционировании эргатической системы, должен не только воспринимать и перерабатывать предназначен­ ную ему информацию, но и замыкать информационный контур системы путем реализации формируемых им алгоритмов управления. Эта реализа­ ция осуществляется оператором посредством перемещения органов управ­ ления объектом. Управляющие движения являются своеобразным языком, накотором человек передает машине свои решения.

ЛПР, используя технические средства переработки и передачи ин­ формации, в ряде систем может передавать свои команды посредством пе­ ремещения соответствующих органов управления, хотя его основные управленческие сигналы имеют форму речи или документации.

Даже хорошо сформированный длительными тренировками мотор­ ный навык при реализации всегда имеет разброс параметров. Такая неста­ бильность объясняется не только нечеткостью программ действия и ошиб­ ками в их реализации, но и неоднородностью структуры действия. Основ­ ными выступают рабочие (исполнительные) действия, являющиеся содер­ жанием программ, формируемых по ходу управления или хранящихся в памяти оператора. На них накладываются гностические движения, исполь­ зуемые оператором для изучения свойств объекта по его реакции на эти движения. Чем меньше знаком оператору объект управления и чем объект сложнее, тем заметнее выделяется в общем движении эта составляющая.

Имеются также приспособительные составляющие, предназначенные для поиска наилучшего положения руки на органе управления.

Управляющие движения имеют пространственные, скоростные и си­ ловые характеристики.

Пространственные характеристики включают в себя зоны досягаемо­ сти, размах и траектории движения.

По производительности и экономности энергии предпочтительными являются круговые и эллиптические движения. Наиболее быстрые движе­ ния осуществляются пальцами (скоростные характеристики). Наиболее быстрые движения руками производятся по направлению к телу, сверху вниз, справа налево и путем вращения. Величина реализуемых руками и ногами усилий (силовые характеристики) зависит от характера движения (вытягивание, толкание и т.д.) и от его направления. При оптимальных ус­ ловиях максимальная скорость вращательного движения составляет 4,0- 4,8 об/с, частота нажимных движений пальцами - около 7 нажимов в се­ кунду (для ведущей руки) и 5 нажимов в секунду (для неведущей руки). Частота ударных движений в среднем равна 8,5 ударов/с, а при продолжи­ тельной работе - 1,5-5,0 ударов/с.

Если управляющее движение совершается в ответ на поступающие сигналы, то интервалы между сигналами должны быть не менее 0,5 с.

Быстрота движений, при прочих равных условиях, зависит от массы перемещающихся при этом частей тела человека, поэтому движения паль­ цами наиболее быстрые. Если к ним подключаются движения кисти рук, то время перемещения удваивается, если еще добавляется предплечье - утраивается, если дополняется движением плечевого сустава - учетверяет­ ся. Наиболее неблагоприятные условия для управляющих движений воз­ никают в том случае, когда при этом используются наклоны и подъемы корпуса тела.

Регуляция движений может осуществляться под контролем зрения (внешний контур регуляции), но в любом случае в нем участвуют тактиль­ ный и кинестетический анализаторы (внутренний контур). В связи с этим точность контроля движений требует определенного сопротивления орга­ нов управления их перемещению. В зависимости от свойств объектов управления и их назначения используются органы управления, позволяю­ щие удобно вводить логическую и цифровую информацию (кнопки, кла­ виши) или включать и отключать аппаратуру (тумблеры, поворотные вы­ ключатели), осуществлять точное дозирование непрерывных сигналов (круглые ручки) или грубое их дозирование (рычаги управления, педали, штурвалы), реализовывать большие усилия (рычаги, штурвалы, рулевые колеса).

Большинство управляющих движений оператора является реакцией на определенную ситуацию. Наиболее простой ситуацией является появ­ ление или прекращение сигнала.

Простой сенсомоторной реакцией называется одиночное движение на случайно возникающий, но заранее известный сигнал. Время такой ре­ акции складывается из латентного периода анализатора и длительности движения.

Сложная сенсомоторная реакция отличается тем, что то или иное управляющее движение совершается в зависимости от случайного появле­ ния того или иного сигнала. Исследованиями установлено, что время реак­ ции оператора на ситуацию, требующую выбора направления движения, подчиняется зависимости

Гох =К\ +К2 log2М ,

где К \,К 2 - константы, зависящие от конструкции и параметров органов управления;

М - число управляемых координат движения объекта.

Весьма распространенным вариантом сенсомоторного процесса яв­ ляется слежение оператора за целью с помощью органов управления. Наилучшие результаты дает слежение с преследованием, при котором опера­ тору предъявляется информация как о цели, так и о текущем положении управляемой им метки. В этом случае оператор имеет возможность успеш­ но экстраполировать движение цели.

При компенсаторном слежении имеется возможность наблюдать лишь текущее значение ошибки слежения. Реализация такой функции весьма затруднена.

9.4.2. Основные требования к органам управления

Органы управления следует рассматривать как средства передачи управляющих команд человека объекту управления. Эти команды должны быть легко реализуемы человеком, находящимся на своем рабочем месте, и наилучшим образом отвечать свойствам объекта (машины).

Одним и тем же объектом чаще всего можно управлять с помощью различных органов управления. Для выбора оптимального органа управле­ ния приходится учитывать требования эргономического характера, основ­ ными из которых являются:

1.Рациональное распределение функций управления между челове­ ком и техническими средствами. Автоматическое управление обычно слу­ жит для поддержания стабильных режимов в условиях редко и слабо ме­ няющихся ситуаций, для реализации неизменных управляющих программ, для быстрого отключения объектов управления от источников энергии при аварийных ситуациях. В условиях часто изменяющихся и слабо предска­ зуемых ситуаций основные управляющие функции поручаются человеку.

2.Требования объекта к характеру и показателям процесса управле­ ния. К показателям процесса управления относятся требуемая точность,

быстрота, диапазон управления режимами, прилагаемые к органам управ­

ления усилия, дискретность или непрерывность управляющих сигналов.

3.Учет особенностей рабочего места человека (рабочая поза челове­ ка, размеры и особенности зон досягаемости).

4.Целесообразное распределение органов управления по конечно­ стям. Это требование удовлетворяется путем учета симметричного поло­ жения конечностей по отношению к телу человека и учета возможностей самих конечностей. Следует стремиться к равномерному распределению функций между обеими руками. Точные и быстрые движения с небольшой силовой нагрузкой осуществляются руками. Реализация больших и про­ должительных усилий, направленных от человека, и не требующих высо­ кой точности, осуществляется ногами. На каждую ногу должно приходить­ ся не более двух органов управления.

5.Достаточное сопротивление органов управления для подачи сиг­ нала обратной связи оператору по каналу тактильного анализатора, а также для исключения случайного их включения или переключения.

6.Соответствие часто используемых органов управления коротким и простым траекториям движения конечностей человека. Если технология требует определенной последовательности пользования органами управле­ ния, то они должны быть соответствующим образом сгруппированы. Ор­ ганы управления, выполняющие одни и те же функции, должны быть оди­ наковыми, а на разных панелях иметь сходное расположение. При работе без зрительного контроля органы управления должны кодироваться фор­ мой и находиться на достаточно большом расстоянии друг от друга для надежного кинестетического контроля. Органы, используемые эпизодиче­ ски для регулировки аппаратуры, должны быть закрыты, но легко досягае­ мы.

7. Кодирование различных по назначению органов управления для возможности их идентификации оператором. Кодирование формой облег­ чает зрительное и тактильное опознание. Рекомендуется использовать стандартные формы рукояток, избегая при конструировании острых кро­ мок.

Кодирование размером рукояток одинаковой формы опознается в более ограниченных пределах.

С помощью цвета часто производится группировка однотипных ор­ ганов управления (клавиши, кнопки) при большом их числе на панели. Часто цветом кодируются органы, с помощью которых выполняются раз­ ные функции. Так, например, зеленым или белым кодируются включаю­ щие органы, а красным - выключающие. Цвет органа управления всегда должен контрастировать с цветом панели. Для кодирования обычно ис­ пользуются красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий цвета. Опера­ тору быстро и точно трудно опознать более 10-12 цветов.

Кодирование надписями является эффективным при наличии доста­ точного для них пространства и освещения. Надписи располагаются на са­ мом органе управления или непосредственно на панели примыкают к не­ му. Они должны быть предельно краткими и содержать в себе только об­ щепринятые термины, сокращения и символы.

8. Между перемещением органов управления и движением объектов управления или показаниями соответствующих приборов должна соблю­ даться определенная адекватность, приведенная в табл. 9.9 [12].

При управлении вентилями положения «Открытие» или «Увеличе­ ние» достигаются вращением против хода часовой стрелки, а положения «Закрытие» или «Уменьшение» - по ходу.

9. Размещение органов управления и соответствующих им средств информации должно отражать их функциональную связь.

Соответствие движений органов управления и перемещений объектов управления или показаний приборов

«Назад»

«Влево»

9.4.3. Кнопки и клавиши

Кнопки и клавиши используются для быстрого включения и выклю­ чения аппаратуры. Клавиши часто применяются для ввода цифровой и ло­ гической информации, что обусловлено легкостью реализации с их помо­ щью программных действий и одновременной подачи сигналов по разным каналам. Кнопки и клавиши имеют только положения «Включено» или

«Выключено». Если положение «Включено» механически фиксируется, то создается возможность зрительного контроля за состоянием органов управления. Чаще всего момент переключения сопровождается тактиль­ ным и звуковым ощущением щелчка. Высота кнопки или клавиши над па­ нелью при положении «Выключено» составляет 5-10 мм, а при положении «Включено» - 1-3 мм. Если ход этих органов управления мал или положе­ ние «Включено» не фиксируется механически, то необходимо вводить до­ полнительный световой или звуковой сигнал о замыкании соответствую­ щей электрической цепи. Клавиши и часто употребляемые кнопки имеют четырехугольную форму с закругленными верхними кромками. Редко ис­ пользуемые кнопки могут иметь круглую форму. Для фиксирования паль­ ца внешняя поверхность клавишей и кнопок должна иметь небольшую во­ гнутость. Минимальный диаметр кнопок под указательный палец состав­ ляет 9 мм, а под большой - 18 мм. Усилие нажатия для часто используе­ мых кнопок составляет 3-11 Н, а для редко используемых - до 15 Н. Оп­ тимальным является расположение кнопок и клавишей на уровне высоты локтя сидящего оператора. При этом рука должна быть согнута в локте на 90° при горизонтальном положении предплечья. Рациональный угол на­ клона пульта с клавишами и кнопками равен 15°. Расстояние между сосед­ ними кнопками, не составляющими клавиатуру, должно быть не менее 12 мм.

При большом числе кнопок или клавишей (более 10) используется их группирование с кодированием цветом. В каждом ряду группы размещает­ ся 5-20 таких органов управления при числе рядов не более пяти. Их цвет должен контрастировать с цветом панели.