книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

12. Эргодизайн электронной аппаратуры

чество энергии, проходящей за единицу времени через замкнутую поверхность, огибающую источник звука); плотность энергии звуковых волн W (Вт • с/м3) (количество энергии, содержащейся в единице объема среды). Важную роль при расчете акустического поля имеет характеристика направленности звукоизлучения источника, т. е. угловое пространственное распределение интенсив­ ности звука. Применяется также оценка уровня шума в дБА, однако при конст­ рукторских расчетах ее используют редко.

Длительное воздействие на человеко-машинные системы акустиче­ ских шумов различного происхождения отрицательно влияет на общее функциональное состояние как человека-оператора, так и аппаратуры. По­ следствия такого воздействия шума на человека проявляется в изменениях кровообращения, действии желез внутренней секреции, обмене веществ. В некоторых случаях реакция организма на шум аналогична его реакции в стрессовых ситуациях. Здесь к физической присоединяется психическая сторона восприятия шума. В целом, восприятие шума зависит от характера деятельности, настроения человека в момент восприятия шума, от характера и объема содержащейся в шуме информации. Защита человеко-машинных систем от акустических воздействий в значительной мере определяет гигие­ нические условия, от которых зависят физическая, психическая и социаль­ ная стороны функционального состояния человека-оператора.

Тактильная чувствительность — способность человека воспринимать механические раздражения кожи через нервные окончания, расположенные на ее поверхности. При легком касании к предмету появляется чувство прикосно­ вения, при более сильном — давления, при очень сильном — боли. Кожа ладо­ ней рук и кончиков пальцев относится к числу наиболее восприимчивых к внешним механическим раздражениям участков тела человека. Как и другие органы чувств, тактильная чувствительность зависит от ряда объективных и субъективных факторов. Так, она повышается при нагревании кожи и умень­ шается при ее охлаждении. При продолжительной неизменной стимуляции тактильная чувствительность может адаптироваться к определенным раздра­ жителям. В этом случае характерные ощущения не возникают.

Антропометрические характеристики человека-оператора

Среди всего комплекса физиологических характеристик человека-опе­ ратора его антропометрические параметры оказывают превалирующее значе­ ние при создании эргономичных вычислительных систем. Антропометрические характеристики зависят от многих факторов: пола, национальности, профессии, возраста, личных субъективных факторов и т. п. Антропометрические данные, полученные при обследованиях населения г. Москвы в 1990 г. (мужчин и жен­ щин), приведены в табл. 12.13, а пояснения — на рис. 12.3.

482

12.1. Характеристика человека-оператора как звена в системе человек—машина

Таблица 12.13. С в о д н ы е а н т р о п о м е т р и ч е с к и е п о к а за т е л и (р и с. 12.3)

При проектировании ЭА необходимо также учитывать возможности двигательного аппарата человека. Работая с вычислительными системами, человек большинство операций выполняет руками, поэтому рассмотрим предельные возможности этого двигательного элемента. Руки быстрее дви­ жутся по горизонтали, чем по вертикали. Правой рукой удобнее двигать в горизонтальной плоскости против часовой стрелки, левой по часовой стрел­ ке. Прерывистые движения совершаются медленнее, чем непрерывные. Плавность движения рук в горизонтальной и вертикальной плоскостях мо­ жет быть нарушена вследствие их дрожания. Наименьшее дрожание соот­ ветствует углам перемещения 135° и 315°. Время реакции движения руки на какой-либо внешний раздражитель зависит от возраста человека и составля­ ет 0,2...0,3 с.

12. Эргодшайн электронной аппаратуры

Рис. 12.3. Схемы сводных антропометрических показателей:

а — усредненные показатели человека-операгора; б — усредненные показатели для детей4—12 лет{А— 460...550мм; В — 350...460мм; С — 240...380мм)

Диапазоны движения рук в различных плоскостях ограничены — в плоскости тела — от 0 до +130° (первоначально руки опушены вдоль туло­ вища), перпендикулярно плоскости тела — от -30° до + 170° (первоначаль­ но руки опущены вниз, ладони параллельны плоскости тела), в горизон­ тальной плоскости — от -40 до +140° (первоначально руки вытянуты в сто­ роны на уровне плеч в плоскости тела, ладони повернуты вниз). Кисть в плоскости ладони поворачивается на ±10°, в перпендикулярной плоскости — на -80° (в сторону ладони) и на +40° в противоположную сторону. Диаметр пальцев составляет 15...20 мм, средняя длина кисти — 192,14±4,95 мм, дли­ на среднего пальца 81,5±5,7 мм.

Усилия, развиваемые руками, различны при различных положениях: в среднем максимальная мгновенная сила притяжения к корпусу двумя рука­ ми составляет 1000 Н, статическое усилие в этом же направлении — 300 Н, сила разгибания руки в крайних положениях — 60 Н, согнутой под прямым углом — 14 Н, мгновенная сила сжатия кистью — максимум 45 Н, статиче­ ское усилие сжатия — 12... 15 Н. Мышечная сила человека достигает мак­ симума к 25 годам, между 30 и 60 годами она снижается на 50 %, при этом сила рук уменьшается на 20 %.

Рассмотренные физиологические характеристики человека-оператора играют определяющую роль при проектировании эргономичных человекомашинных вычислительных систем. Их учет крайне важен как для создания современной и конкурентоспособной продукции, так и при организации ра­ боты с вычислительными системами.

484

12.1. Характеристика человека-оператора как звена в системе человек-машина

Факторы, определяющие мобилизационные возможности человека-оператора

При разработке информационных систем (АСУ, диспетчерских систем и т. п.) необходимо учитывать мобилизационные возможности человекаоператора — т.е. его способность перейти из состояния пассивного ожида­ ния в состояние активного принятия решений. Мобилизационные возмож­ ности каждого человека во многом субъективны и зависят от большого чис­ ла факторов, но все же основным является интегральная экстенсивная на­ пряженность деятельности (нагрузка), которая вызывает утомление и соответственно снижение мобилизационных возможностей. Помимо абсо­ лютной величины нагрузки на степени развития утомления сказывается еще ряд факторов, среди которых необходимо выделить следующие [25, 31]:

•статический или динамический характер нагрузки;

•интенсивность нагрузки, т. е. ее распределение во времени;

•постоянный или ритмический характер нагрузки.

Взависимости от совокупности и величины данных фактов человекоператор может находиться в двух состояниях — адекватной мобилизации (САМ) и динамического рассогласования (СДР).

Состояние адекватной мобилизации — такое состояние оператора, которое является оптимальным или близким к оптимальному для данных условий работы человека, включенного в конкретную систему управления. Симптоматика и выраженность этого состояния зависит, прежде всего, от объема информации, ее плотности и экстенсивности, от семантической зна­ чимости информации, характера кодирования, наличия шума, требуемых программ реализации принятой информации и особенностей управляемой системы. Чем больше требуемое состояние отличается от состояния опера­ тивного покоя, тем больше выражена активная мобилизация. Характерной чертой адекватной мобилизации является ее линейность, т. е. наличие пря­ мой зависимости от субъективной трудности выполняемой работы. Первым шагом диагностики этого состояния является количественный анализ ин­ формационной модели рабочего процесса для выяснения, какой элемент этой деятельности в первую очередь определяет степень адекватной моби­ лизации. В большинстве случаев оперативной точкой для суждения служит положение найденных характеристик на шкале предельных возможностей человека (см. табл. 12.6 и 12.7).

Состояние динамического рассогласования — такое состояние опера­ тора, при котором нарушается основная закономерность предыдущей ста­ дии — уровень работы по восприятию информации не соответствует ожи­ даемому физиологическому состоянию. О таком состоянии свидетельствуют большие сдвиги вегетативных реакций, появление дополнительных реакций,

485

12.Эргодшайн электронной аппаратуры

вчастности потоотделения, расширение сосудов кожи, нарушение мышеч­ ного баланса и др. Это состояние чрезвычайно важно для оценки работы человека-оператора, поскольку оно сопровождается выраженными наруше­ ниями работоспособности и появлением большого числа ошибок, лишними действиями, увеличением времени работы, вплоть до отказа от работы или ее прекращения.

Вобщем случае восприятие и переработка информации зависят как от психологических возможностей человека, так и нервно-психологической напряженности. При большой нервно-психологической напряженности ра­ боты особое внимание должно быть обращено на концентрацию внимания, должны быть сведены к минимуму отвлекающие факторы оператора и обес­ печены наилучшие условия восприятия и переработки информации. При проектировании человеко-машинных систем необходимо учитывать и то, что на точность функционирования всей системы в целом большое влияние оказывает и квалификация оператора, причем влияние ошибок оператора на точность системы сильнее, чем влияние несовершенства конструкции.

Психологические характеристики человека-оператора

Под психологическими характеристиками человека-оператора пони­ мают состояния, вызванные переживанием человека, его отношение к внешнему миру и к самому себе. Они определяются изменениями количест­ венных и качественных параметров реакций на воздействия внешней среды. Психологическое (эмоциональное) состояние тесно связано с индивидуаль­ ной семантической значимостью поступающей к человеку информации и являются как бы коррекцией, вносимой человеком в ответ, определяемый только информационной структурой раздражителя.

В случаях, когда наступает динамическое рассогласование между объ­ ективной значимостью ситуации и ее субъективной оценкой, появляются связанные с этим отрицательные изменения в двигательных и психических функциях, наступает состояние эмоциональной напряженности. При этом наблюдается снижение устойчивости ряда психических функций. Момент перехода эмоционального напряжения в эмоциональную напряженность определяет так называемую эмоциональную устойчивость. Чем меньше эмоциональная устойчивость, тем скорее при меньших значениях эмоцио­ нального фактора развивается состояние эмоциональной напряженности. Эмоциональная устойчивость является показателем, очень тесно связанным с таким свойством личности, как уровень тревожности. Эмоциональная ус­ тойчивость очень низкая у лиц с высоким уровнем тревожности.

К внешним эмоциогенным факторам относятся прежде всего так на­ зываемые экстремальные факторы, физические или информационные харак­

486

12.2. Организация рабочего места при эксплуатации ЭА

теристики которых ведут к развитию крайней степени напряжения физиоло­ гических и психологических функций с полным исчерпанием всех физиоло­ гических резервов. Чем более выражена экстремальность фактора, тем выше вероятность появления выраженных степеней эмоциональных сдвигов. Ха­ рактер этих сдвигов определяется видом реакции, развивающейся в резуль­ тате воздействия. В случае формирования адекватной реакции, т. е. реакции, направленной на преодоление действий фактора или на поддержание необ­ ходимого уровня деятельности при продолжении действия экстремальности, как правило, наблюдается та или иная степень эмоционального напряжения.

12.2. Организация рабочего места при эксплуатации ЭА

Компоновка и организация рабочего места человека-оператора при эксплуатации ЭА, будь то ПЭВМ или распределенная вычислительно­ телекоммуникационная сеть, должны прежде всего основываться на учете его антропометрических и психофизиологических параметров, рассмотрен­ ных в § 12.1. Перед разработкой плана размещения оборудования необхо­ димо установить:

•основные ограничения на размещение оборудования, изложенные в ТЗ, исходя из специфики ЭА и условий ее эксплуатации;

•перечень элементов, узлов, блоков и элементов контроля и управ­ ления, которые должны быть доступны человеку-оператору при обслужива­ нии вычислительной техники;

•перечень необходимых зрительных и звуковых информационных указателей;

•требования к внешним условиям работы (шумы, вибрации, климат

ит. п.).

После определения данных показателей можно приступать к плани­ ровке рабочего места, размещению необходимого основного и вспомога­ тельного оборудования и т. п. При этом следует исходить из общих базовых требований к размерам рабочих зон, приведенным на рис. 12.4.

При эксплуатации современной ЭА рабочие места можно разделить на две категории: рабочее место человека-оператора, выполняющего чаще все­ го диспетчерские функции, и рабочее место вспомогательного персонала (руководство, программисты, ремонтники, технический персонал и т. п.). При этом под рабочим местом понимается зона, оснащенная необходимы­ ми техническими средствами, в которой человек выполняет свои должно­ стные обязанности.

При проектировании рабочего места необходимо учитывать рабочую по­ зу человека, требования к углу обзора, наличие функциональных рабочих по-

487

12. Эргодизайн электронной аппаратуры

1Ш 1Ш

4S8

12.2. Организация рабочего места при эксплуатации ЭА

управления. Если же рабочее место

Рис.12.6. Разбиение рабочей зоны на

представляет собой закрытое помеще­

подзоны при работе оператора стоя

ние, то его нужно проектировать под оператора высокого роста, тогда люди среднего и низкого роста будут чувствовать себя в таком помещении ком­ фортно. Схемы размещения рабочих мест должны учитывать расстояния между рабочими столами с дисплеями (в направлении тыла поверхности одного видеомонитора и экрана другого видеомонитора), которое должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видео­ мониторов — не менее 1,2 м. Рабочие места по отношению к световым про­ емам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, пре­ имущественно слева.

Рабочую зону для работы оператора по высоте делят на следующие подзоны (рис. 12.6): нижняя неудобная (0...50 см от пола); нижняя менее удобная (50...85 см); удобная (85... 105 см); верхняя менее удобная (105...

...170 см); верхняя неудобная (170...200 см). Исходя из этого, высоту стоек не рекомендуется выполнять более 200 см. Важным при работе стоя явля­

489

12. Эргодизайн электронной аппаратуры

обеспечить соответствие конструкции всех элементов рабочего стола и их взаим­ ного расположения эрго­ номическим требованиям с учетом характера выпол­ няемой пользователем дея­ тельности, комплексности технических средств, форм организации труда и основ­ ного рабочего положения оператора. Примерная орга­ низация рабочего места че­ ловека-оператора при об­ служивании монтажных стоек, установленных па­ раллельно неподвижной сте­ не, показана на рис. 12.8.

Зоны досягаемости рук и зоны обзора человекаоператора, работающего в положении сидя, представлены на рис. 12.9. Уча­

стки А], Аг и Б образуют зону основных движений, в которой для манипу­ ляций руками не требуется поворота туловища. Участки В и Г образуют зо­ ну вспомогательных движений. Для манипуляций руками на участках В требуется движение всей руки, а на участках Г — поворот гуловища. Обзор этих участков осуществляется поворотом головы и туловищ а. Очевидно, что для удобства работы оператора органы управления следует по воз­ можности располагать на участках А ь А2 и Б, а элементы индикации — на участках Ai и А2.

Конструкция рабочего сто­ ла должна обеспечивать опти­ мальное размещение на рабочей поверхности используемого обо­ рудования с учетом его количе­ ства и конструктивных особенно­ стей (размер ПЭВМ, дисплея, клавиатуры и т. д.), характера выполняемой работы. При этом допускается использование рабо­ чих столов различных конструк­ ций, отвечающих современным

490

12.2. Организация рабочего места при эксплуатации ЭА

требованиям эргономики (рис. 12.10). Стол должен быть достаточно боль­ шой, чтобы уместить клавиатуру, мышь, дисплей (монитор) и рабочие документы. Экран монитора следует располагать от глаз человека-опе- ратора на расстоянии 600...700 мм, но не ближе 500 мм с учетом уста­ новленной разрешающей способно­ сти и размеров символов. Верхняя граница расположения монитора не ниже 15 см от уровня глаз, монитор и держатель для документов, как пра­ вило, размещаются непосредственно

жания запястий в ненапряженном положении можно использовать специаль­ ные подставки или держатели для клавиатуры и мыши.

Требования к микроклимату в помещениях с ЭА

В помещениях с ЭА (системы управления, ЭВМ и др.) должны обес­ печиваться оптимальные для человека-оператора параметры микроклимата, приведенные в табл. 12.14 и на рис. 8 цветной вклейки. Скорость движения воздуха при этом должна быть не более 0,1 м/с.

Таблица 12.14. Оптимальные и допустимые параметры температуры и относительной влажности воздуха в помещениях с ЭА

Для обеспечения необходимых параметров микроклимата помещение должно быть подключено к системе отопления и оборудовано приточно­ вытяжной вентиляцией. Для повышения влажности воздуха следует приме­

491