3. Конструирование эс с учетом требований

ЭРГОНОМИКИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ДИЗАЙНА

3.1. Характеристики человека-оператора

Факторы взаимодействия в системе «человек-машина» [15]. Широкое внедрение ЭC во все сферы деятельности и компьютериза­ция общества требуют от разработчиков ЭC учета при проектировании че­ловеческого фактора — особенностей органов чувств, опорно-двигатель­ного аппарата и нервной системы человека. Изучением влияния особенно­стей человека на конструктивные параметры различных изделий, в том числе на ЭС, занимается эргономика.

Современные системы условно можно разбить на два больших класса: технологические и организационные. В системах первого класса человек с помощью технических средств управляет производственными агрегатами и процессами, транспортными средствами и другими ма­шинами. Человек в таких системах выполняет функции оператора. В организационных системах человек, используя технические средства для выработки решений, управляет коллективами людей. Деятельность человека в таких системах носит управленческий характер.

В связи с развитием техники возможности человека расширяются, но техника становится настолько сложной, что начинают возникать трудности в управлении. Появляется задача согласования конструкций машин с психологическими и физиологическими характеристиками человека. Как бы ни была совершенна техника, ее эффективное приме­нение в конечном итоге зависит от деятельности людей, управляющих этой техникой. Поэтому и возникает необходимость изучения работы машин и деятельности операторов в единой системе «человек—машина» (СЧМ).

Проблема взаимодействия человека и современной техники (про­блема «человек—машина») превратилась в одну из основных проблем современной науки. Эта проблема имеет много аспектов. Важнейший из них связан с изучением процессов информационного взаимодействия человека и технических устройств.

Рассмотрим струк­турную схему СЧМ (рис. 107). Любые изменения в состоянии управляе­мого объекта УО поступают в информационно-логические, вычисли­тельные и другие устройства, обеспечивающие заданную степень авто­матизации управления. После соответствующей обработки информация о состоянии УО предъявляется человеку-оператору на средствах отобра­жения информации (индикаторах). Следовательно, оператор восприни­мает не непосредственно состояние УО, а некоторый имитирующий его образ (отображение), называемый информационной моделью. Под информационной моделью понимается множество сигналов, несущих оператору информацию об управляемом объекте и организованных в соответствии с определенной системой правил.

Информационная модель с необходимой полнотой и точностью должна отображать состояние управляемого объекта. Кроме того, она должна соответствовать возможностям оператора по приему и пере­работке информации, его психологическим качествам. На основе вос­приятия информационной модели в сознании оператора формируется образ состояния УО (представление о реальном объекте, отображаемом и информационной модели), который обычно называют оперативным образом, или концептуальной моделью.

Эта модель сравнивается с некоторым эталоном, хранящимся в памяти оператора и отражающим требуемое состояние УО. В резуль­тате сравнения сформированного оперативного образа с эталоном опе­ратор принимает решение по управлению УО. Принятое решение реали­зуется органами движения или речи (эффекторами), с их помощью производится воздействие на органы управления, т. е. происходит ввод командной информации в информационно-логические и вычисли­тельные устройства, в результате чего осуществляется необходимое преобразование состояния УО. На этом заканчивается один цикл ре­гулирования, под которым понимается промежуток времени от момента изменения состояния УО до момента перевода его в новое (требуемое) состояние.

Рис. 107. Структурная схема СЧМ

Система «человек—машина» есть система, состоящая из человека-оператора (группы операторов) и машины (технических устройств), посредством которой оператор осуществляет трудовую деятельность.

Под человеком-оператором понимается человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной и внешней средой посредством информа­ционной модели и органов управления.

Основу классификации СЧМ (рис. 108) составляют четыре группы признаков — целевое назначение системы, характеристики челове­ческого звена, тип и структура машинного звена и тип взаимодействия компонентов системы.

Целевое назначение СЧМ оказывает определяющее влияние на многие ее характеристики и поэтому является исходным.

По целевому назначению можно выделить классы систем:

- управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной (комплексом);

- обслуживающие, в которых задачей человека является контроль состояния машинной системы, поиск неисправностей и т. п.;

- обучающие, служащие для выработки у человека определенных навыков;

- информационные, обеспечивающие поиск, накопление или получе­ние необходимой для человека информации;

- исследовательские, используемые при анализе тех или иных явле­ний.

Особенность управляющих и обслуживающих систем заключается в том, что объектом целенаправленных воздействий в них является машинный компонент СЧМ. В обучающих и информационных системах воздействие направлено на человека. В исследовательских системах объектами воздействия служат и человек, и машина.

По характеристикам человеческого звена СЧМ делятся:

- на моносистемы, в состав которых входят один человек и одно или несколько технических устройств;

- полисистемы, в состав которых входят некоторый коллектив людей и взаимодействующий с ним комплекс технических устройств.

Рис. 108. Классификация СЧМ

Полисистемы можно подразделить на паритетные и иерархические (многоуровневые). В первом случае в процессе взаимодействия людей с машинными компонентами между членами коллектива нет подчинен­ности и приоритетности. В иерархических СЧМ устанавливается орга­низационная или приоритетная иерархия взаимодействия людей с тех­никой.

Сложные СЧМ помимо человека используют совокупность техно­логически связанных, но различных по своему функциональному назна­чению устройств и машин, предназначенных для производства определенного продукта.

Системотехнические комплексы являются более сложным типом СЧМ и представляют собой техническую систему с неполностью детерминирован-ными связями и коллектив людей, участвующих в ее ис­пользовании.

Деятельность человека-оператора есть процесс достижения поставлен-ных перед СЧМ целей, состоящий из упорядоченной совокуп­ности выполняя-емых им действий.

Под действием человека понимается функциональный элемент его деятельности, имеющий осознаваемую цель (ГОСТ 21033—75). Деятельность оператора может носить самый разнообразный характер. Несмотря на это, в общем виде ее можно представить состоящей из четырех основных этапов (табл. 28).

Первые два этапа в совокупности называют информационным по­иском: они включают восприятие информации и ее оценку. Вторые два этапа называют обслуживанием (реализацией): на этих этапах происходят осмыс-ливание принятой информации, принятие решения и его выполнение.

При организации операторской деятельности особого внимания заслу-живают выявление и классификация факторов, влияющих на ее эффективность. Все факторы делятся на две большие группы: завися­щие от оператора (его состояние, индивидуальные особенности, уровень подготовленности и т. д.) и не зависящие от него (факторы рабочей среды, организация деятельности, внешний информационный поток и т. д.). Правильный учет этих факторов позволяет предусмотреть систему мероприятий по оптимизации операторской деятельности.

Различают несколько типов операторской деятельности, классифи­цируемых в зависимости от основной функции, выполняемой челове­ком-оператором, и удельного веса образного, понятийного, сенсомоторного компонентов, включенных в операторскую деятельность.

1. Оператор-технолог. Непосредственно включен в технологиче­ский процесс, работает в основном в режиме немедленного обслужива­ния, совершает преимущественно исполнительные действия, руковод­ствуясь четко регламентирующими действия инструкциями, содержа­щими, как правило, полный набор ситуаций и решений. Это — операторы технологических процессов, автоматических линий; операторы, выполняющие функции формального перекодирования и передачи информации.

2. Оператор-манипулятор. Основную роль в его деятельности играют механизмы сенсомоторной регуляции и в меньшей степени — понятийного и образного мышления. К числу функций оператора-манипулятора относится управление манипуляторами, роботами, ма­шинами, усилителями.

3. Оператор-наблюдатель, контролер. Это классический тип опе­ратора (оператор радиолокационной станции, диспетчер транспортной системы). Для данного типа деятельности характерен больший вес информационных и концептуальных моделей. 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.

Таблица 29

Сравнение функциональных характеристик человека и машины

2. Оператор-исследователь. В значительно большей степени в его дея-тельности используются аппарат понятийного мышления и опыт, заложенный в образно-концептуальных моделях. Органы управления играют для него еще меньшую роль, а вес информационных моделей, напротив, существенно увели-чивается. К этой категории операторов относятся исследователи любого про-филя: пользователи вычислитель­ных систем, дешифровщики объектов (изобра-жений) и т. д.

3. Оператор-руководитель. Он управляет не техническими компо­нентами системы или машины, а другими людьми. Управление осуще­ствляется как не-посредственно, так и опосредованно — через техниче­ские средства и каналы связи. К этой категории операторов относятся организаторы, руководители различных уровней; лица, принимающие ответственные решения, обладающие соответствующими знаниями, опы­том, тактом, волей, навыками принятия реше-ния и интуицией. Опера­торы-руководители в своей деятельности должны учи-тывать не только возможности и ограничения машинных компонентов систе-мы, но и в полной мере особенности подчиненных — их возможности и огра-ни­чения, состояния и настроения.

4. Основной режим деятельности опера­тора-руководителя — оператив-ное мышление. Выделение типов опе­раторской деятельности намечает общие пути согласования средств деятельности с возможностями человека для сущест-вующих видов операторских профессий. Системное изучение структуры каждо-го типа деятельности создает возможность проектировать ряд важных характе-ристик только еще создаваемых видов трудовой деятель­ности. Эффективность работы СЧМ зависит от того, как распределены функции между человеком и машиной. Для этого необходимо сравнить характеристики машины и человека. Соответствующие данные при­ведены в табл. 29.

При сравнении машины и человека следует учитывать способность человека объединять отдельные сигналы в целостную структуру, что позволяет находить наиболее экономные способы ее переработки, приема. Способы приема инфор-мации машиной ограничены, а методы переработки информации фиксированы, и разнообразие этих методов значительно уступает тем, которые использует человек. При всех про­чих равных условиях надежность аппаратуры с высоким уровнем авто­матизации быстро ухудшается в эксплуатационных условиях. По­этому целесо-образно предусмотреть в системе дополнительные или «страхующие» функции, выполняемые человеком.

Факторы, определяющие надежность СЧМ. Надежность работы человека определяется как вероятность того, что работа или поставленная задача будут выполнены успешно персоналом на любой заданной стадии работы системы в течение заданного времени. Следует обратить внимание на сходство данного определения с обычным определением надежности аппаратуры. Однако понятие успешного выполнения работы не совпадает с понятием безошибочной работы. Чтобы предсказать и оценить надежность человека, необходимо следующее:

1) при анализе деятельности определить наиболее вероятные ошибки человека, которые могут быть совершены при выполнении каждой операции, входящей в технологический процесс;

2) желательно предсказать наиболее опасные и наиболее частые ошибки, которые могут появиться при эксплуатации и обслуживании данной аппаратуры;

3) желательно также определить ожидаемую частоту отказов СЧМ по вине человека;

4) необходимо предсказать, какие ошибки окажут значительное влияние на работу системы, и вероятность того, что работа, несмотря на ошибки, будет выполнена оператором успешно.

Ошибки, совершенные человеком, не являются равноценными и могут иметь разные источники. В некоторых случаях ошибки происходят по вине оператора, в других они являются следствием некачественной разработки системы и плохих условий эксплуатации. Ошибки первого типа называются ошибками оператора и имеют место при невыполнении части поставленной задачи или какой-либо из опе-раций технологического процесса, неправильном выполнении задачи или какой-либо из операций, выполнении задачи или какой-либо из операций в неправильной последовательности, выполнении ненужной задачи или какой-либо операции.

Ошибки системы обусловливаются следующими причинами: элементы системы (персонал, аппаратура, методы, технические задания, материально-техническое обеспечение и связь) не пригодны или не обладают требуемыми характеристиками; методы организации некачественны. Наибольший интерес вызывают отказы, связанные с ошибками человека. Эти отказы классифицируются следующим образом:

1. Конструкторская ошибка обусловлена неправильным учетом человечес-кого фактора. Конструкция аппаратуры привела к ошибке оператора, что вызвало отказ СЧМ.

2. Ошибка изготовления. Ошибки, допущенные при изготовлении аппара-туры, являются причиной несоответствия ее параметров указанным в чертежах или технических инструкциях.

3. Ошибка контроля. Допущена приемка аппаратуры с характеристиками, вышедшими за пределы допусков, или браковка аппаратуры с характеристиками, находящимися в пределах допусков.

4. Ошибки при установке и обслуживании. Упущения при установке или ремонте аппаратуры могут привести к несоответствию ее параметров указанным в чертежах или технических инструкциях.

5. Эксплуатационная ошибка. При эксплуатации допущены отклонения от методики, принятой в качестве обязательной.

6. Неправильное обращение. Нарушены требования при транспортировке, хранении или обращении с аппаратурой.

Целью анализа отказов по вине человека являются определение и устранение причин, приводящих к ошибкам, обусловливающим появление отказов. Надеж-ность работы человека можно выразить вероятностью появления ошибок операто-ра в последующих событиях или испытаниях. Метод, с помощью которого выпол-няется эта оценка, аналогичен методу оценки надежности аппаратуры.

Эргодизайн ЭС [5]. Рассматривая вопросы создания наилучших функ-циональных условий деятельности человека, необходимо объединять требования, определяемые эргономикой и дизайном, в единое понятие — эргодизайн. В основе эргодизайна как научного направления лежит известный закон соответствия, а его методы базируются на методологии функционального комфорта [5].

Дизайн - проектная художественно-техническая деятельность по форми­рованию гармоничной предметной среды во всех сферах жизне­деятельности человека. Цель проектирования в дизайне — опти­мизация функциональных процессов жизнедеятельности челове­ка, повышение эстетического уровня изделий. Основными категориями дизайнерского проектирования являются: образ, функция, форма, эстетическая ценность.

Закон соответствия - средства деятельности должны быть адекватны возможно­стям человека, осуществляющего эту деятельность

Эргатическая система - сложная система управления, в состав которой входит чело­век-оператор (или группа операторов), например система управления космическим кораблем; диспетчерская служба аэропорта, вокзала, морского порта и др.

Эргодизайн - научно-техническое направление, предметом изучения кото­рого является деятельность, направленная на формирование у проектируемого объекта таких свойств, которые обеспечи­вают при взаимодействии с ним человека функциональный комфорт и придают ему большую эстетическую ценность. Объектами эргодизайна являются процесс и средства дея­тельности (внешние и внутренние), а также условия ее проте­кания (санитарно-гигиенические, социо-культурные, психоло­гические и т. п.)

Цель эргодизайна ЭС — создание высокоэффективных человеко-машинных систем. У таких систем должен быть комплекс эргодизайнерских показателей конструкции, которые можно разделить на три класса: гигиени­ческие, антропометрические и физиолого-психологические, которые в свою очередь делятся на группы (табл. 30) [5].

Таблица 30

Эргодизайнерские показатели

Требования, предъявляемые к человекомашинным системам (примени­тельно к ЭС следует иметь в виду также человеко-приборные или человеко-аппаратные системы), регламентируются нормативными документами — зако­нами (закон Российской Федерации «О сертификации продукции и услуг» и др.), государственными и отраслевыми стандартами, санитарными нормами и правилами.

Таблица 31

Сравнительные характеристики анализаторов человека-оператора

Анализатор	Латентный период, с
Тактильный (прикосновение)	0,09... 0,22
Болевой (укол)	0,03... 0,2
Слуховой (звук)	0,12.. .0,18
Зрительный (свет)	0,1 5... 0,22
Обонятельный (запах)	0,31... 0.39
Температурный (тепло-холод)	0,28. ..1,6
Вестибулярный аппарат (вращение)	0,4... 0,8
Вкусовой:
горький	1,08
сладкий	0,45
кислый	0,54
соленый	0,31

Таблица 32

Характеристики времени и безошибочности действий человека

Наименование действия	Математи­ческое ожидание, с	Среднее квадратич­ное откло­нение, с2	Вероятность
Обнаружение и декодирование сигнала	1,63	0,70	0,9700...0,9999
Поиск и декодирование заданного сигнала	4,10	1,52	-
Поиск органов управления и осу-ществление заданного управляю-щего воздействия	5,50	2,04	0,9610...0,9850
Обнаружение сигнала и принятие ре­шения	8,40	3,30	0,9380...0,9780
Выполнение управляющего воз-дейст­вия, состоящего из несколь-ких действий	3,50	2,32	-
Прием информации и ее оценка:
число воспринимаемых признаков 3 — 5, задержка во времени появ-ле­ния 10. ..12 с	26,40	11,50	0,8750...0,9950
число воспринимаемых признаков 5 — 6, задержка во времени появ-ле­ния 15. ..40 с	81,0	24,0	0,4470...0,7830
число воспринимаемых признаков 1 — 2, задержка во времени появ-ле­ния 10...12 с	20,50	8,76	0,8550...1,0000

Продолжение табл. 32

Наименование действия	Математи­ческое ожидание, с	Среднее квадратич­ное откло­нение, с2	Вероятность
Считывание показаний стрелочного
прибора:
одношкального	1,5	0,6	0,9900... 0,9960
двушкального	2,5	0,8	0,9850... 0,9900
Проверка логического условия типа ИЛИ	0,3	0,1	0,9960
Нажатие кнопки	0,2	0,003	0,9985... 0,9999
Считывание информации с табло	0,3	0,002	0,9950... 0,9995
Включение тумблера	0,2	0,1	0,9990... 0,9995
Простые реакции по преобразованию информации (прямое, кратковременное и оперативное запоминание)
	1,5	0,6	0,9995
Выдача и прием речевой команды	4,0	2,0	0,9998
Поворот переключателя	0,7	0,1	0,9975... 0,9990
Снятие показания с прибора:
с круговой шкалой	1,25	0,22	0,9952... 0,9999
электросчетчика	1,80	0,40	0,9985. ..0,9995
шильдика	1,30	0,32	0,9985... 0,9999
с линейной шкалой	1,25	0,22	0,9975... 0,9980
с полукруглой шкалой	1,25	0,25	0,9933... 0,9975
Выполнение действия с помощью:
штурвала	1,3	0,3	0,9965... 0,9980
ручки управления	1,7	0,4	0,9936... 0,9995
маховика	3,0	1,2	0,9994... 0,9999
съемного рычага (ключа)	4,2	2,5	0,9920... 0,9990
Выполнение действий по:
соединению кабеля	5,4	2,7	0,9986... 0,9998
рассоединению кабеля	3,2	1,1	0,9995... 0,9999
установке штифта	2,4	0,7	0,9989... 0,9998
открытию вентиля	2,2	0,9	0,9980... 0,9995
подсоединению шланга	3,5	1,3	0,9955... 0,9970
установке уплотнения	2,3	0,9	0,99 10... 0,9945
установке штекера	1,9	0,6	0,9970... 0,9985
Выполнение пункта инструкций	—	—	0,99 15... 0,9955
Перемещение человека по:
монтажной площадке	—	—	0,9990... 0,9995
временному настилу	—	—	0,9940... 0,9975

Окончание табл. 32

Наименование действия	Математи­ческое ожидание, с	Среднее квадратич­ное откло­нение, с2	Вероятность
Использование средств защиты:
страховочного пояса	5,4	—	0,9940... 0,9980
переносного заземления	—	—	0,8500... 0,8900
съемных ограждений	—	—	0,7500... 0,8500

Сумма реакции человека-оператора складывается из времен реак­ции на каждом из этапов функциональной деятельности человека-оператора. Общее время сенсомоторной реакции — это время, затрачен­ное на выполнение определенного вида реакции (движения или голосо­вой реакции) в ответ на внезапно появляющийся сигнал с максимально возможной для человека скоростью. Для упрощения расчетов принято, что время задержки в этом случае складывается из латентного периода реакции — времени от момента появления сигнала до начала ответного действия (табл. 31) и длительности моторного действия — времени от­ветного действия (табл. 32) [5].

Взаимодействие человека-оператора с управляющей системой осуще­ствляется поэтапно. На первом этапе (восприятие информации) человек-оператор дос­тупными ему анализаторами (см. табл. 31) проводит обнаружение объекта восприятия, выделение в объекте отдельных признаков, ознакомление с вы­деленными признаками и распознавание объекта восприятия. Важным па­раметром, характеризующим способность человека-оператора воспринимать поступающую информацию, является возможная скорость переработки ин­формации (бит/с). Максимальная пропускная способность человека по воспри­ятию информации не превышает 40 бит/с, а номинальная пропускная способ­ность составляет 2...6 бит/с (для сравнения средняя пропускная способность телевизионного канала 3•10⁴ бит/с).

Пропускная способность человека-оператора связана с темпом (скоро­стью) поступления информации от вычислительной системы. Низкий темп поступления информации проявляется в падении активности человека-оператора. Высокий темп, наоборот, приводит к резкому росту ошибок и отказу человека-оператора от выполнения задачи. Пропускная способность человека-оператора зависит также от условий работы и от того, насколько полно они соответствуют психофизио-логическим и антропометрическим характеристикам.

На втором этапе (оценка информации и принятие решений) время анализа и принятия решений складывается из целого ряда субъек­тивных характеристик таких, как личностные характеристики умствен­ных возможностей человека-оператора, параметры памяти, его опыт и навыки, которые трудно поддаются количественным оценкам (табл. 33).

На третьем этапе (реакция на информацию) определяющей со­ставляющей во времени реакции является длительность моторного дейст­вия, которая труднее, чем латентный период, поддается измерению, так как зависит от многих случайных факторов (места нахождения человека-оператора в момент приема информации, его позы, степени усталости и т. п., формы пульта управления, расположения органов управления, уровня образования и опыта работы человека-оператора и т. д.). Большинство данных парамет­ров носит субъективный характер. Их трудно оценить численно, поэтому длительность моторного действия определяется ста-тистически на моделях или макетах тех или иных устройств с участием человека. Средние силовые показатели групп мышц человека-оператора представлены в табл. 34. Время выполнения типовых операций строго регламентировано и определяется соответствующими стандартами, данные в которых устанавливаются путем экспериментальных измерений с дальнейшей статистической обработкой и усреднением (см. табл. 34) [5].

Таблица 33

Характеристики умственной деятельности человека

Примечание. — время стирания информации; X — индивидуальный пока­затель; — емкость памяти; К — характер исполнительного органа.

При разговоре люди ожидают ответа (даже если это кивок или нев­нятное бормотание) около 2 с, и того же они ждут при работе с компьюте­ром. Например, очень показателен пример с организацией дистанционного обучения посредством электронной почты: если в течение дня слушатель, отправивший свой вопрос преподавателю, не получает ответа, то он практи­чески теряет интерес к данной проблеме.

Так как на представления пользователя оказывает сильное влияние его предшествующий опыт работы с технической системой, важным является преемственный и предсказуемый отклик системы. Пользователи могут об­наружить малые изменения во времени ответа, хотя обычно малые отклоне­ния их не беспокоят. Если при работе с системой, которая обычно дает ответ в течение 2 с, ответ задерживается до 10 с, некоторые пользователи начина­ют нажимать клавиши, чтобы проверить, не вышла ли система из строя.

Таблица 34

Средние силовые показатели групп мышц человека-оператора

Диалог с вычислительной системой накладывает сходные требования, которые во многом определяются уровнем нервно-психологической нагруз­ки на человека-оператора (табл. 35).

Физиологические показатели человека являются отправной точкой для обеспечения согласования его возможностей с требованиями, опреде­ленными машинной составляющей системы и средой обитания. Согласно требованиям эргодизайна конкретное рабочее место должно быть макси­мально адаптировано для работника с конкретной квалификацией, учитывая его антропометрические, физиолого-психологические особенности и общие гигиенические показатели.

Таблица 35

Характеристики нервно-психологической нагрузки человека

Гигиенические показатели регламентируют уровень комфортности среды обитания. Между комфортными и некомфортными условиями труда сущест-вует психологическая граница, а между некомфортными и невыно­симыми (опасными) — физиологическая (табл. 36). Допустимые значе­ния гигие-нических параметров приведены в системе стандартов по безопас­ности труда и СанПиН.

Рассмотрим физиолого-психологические характеристики человека-опера-тора: зрительные, слуховые, скоростные, силовые, тактильные и информацион-ные.

Зрительное восприятие обеспечивает возможность воспринимать форму, цвет, яркость и движение. Установлено, что 80 % информации чело­век получает с помощью органов зрения. Глаз среднего человека способен воспринимать электромагнитные излучения длиной волны 380...780 нм. Способность человека воспринимать информацию зрением характеризуется чувствительностью, полем зрения обоих глаз, остротой зрения, аккомодаци­ей, адаптацией, конвергенцией, цветовым восприятием, стробоскопичностью и стереоскопичностью.

Таблица 36

Гигиенические параметры среды

Наименование параметра	Комфортные условия	Некомфортные условия	Невыносимые условия
Температура, °С
тепло	+22…+24	+35…+44	выше +44
холод	+18…+22	-1	ниже -1
Воздухообмен, /(ч•чел)	34…22	8,5	менее 8,5
Шум, дБ	40…90	120	130…135
Амплитуда вибраций, мм	0…0,2	1,3	более 1,3
Линейное ускорение, g	0…0,1	1	более 1
Влажность, %	20…60	10	менее 10
Концентрация СО2, %	0…0,03	-	более 0,03
Наклон тела, град	0…5°	20°	более 20 °
Плотность потока мощности
СВЧ, Вт/	0…0,001	0,001…0,01	более 0,01
Высота над уровнем моря, м	0…3000	3000…6000	более 6000
Количество выделяемой кожей
влаги, г/ч	30…450	более 450	-

Чувствительность глаза зависит от уровня освещенности и яркости, диапазон оценки которой лежит в пределах от 10^-4 до 10⁸ кд/м². Оптималь­ная яркость фона, обеспечивающая наибольшую разрешающую способность зрения, составляет 10⁴ кд/м².

Поля зрения обоих глаз при неподвижном положении головы пред­ставлены на рис. 109 и табл. 37. Увеличение углов обзора происходит при поворотах и наклонах головы и туловища. Концентрация внимания су­жает угол эффективной видимости приблизительно на 30° в горизонтальной и вер­тикальной плоскостях [5].

Рис. 109. Поля зрения глаз человека-оператора: а - в вертикальной плоскости, б - в горизонтальной плоскости; I - благо­приятная область видимости; II - допустимая область видимости; III - до­пустимая область видимости при отсутствии стола

Таблица 37

Количественные характеристики доступного зрительного про­странства (рис. 109)

Острота зрения, или разрешающая способность, — свойство глаза обнаруживать малые объекты и различать тонкие детали. Это свойство сильно меняется в зависимости от вида объекта, спектрального состава рас­пределения энергии светового излучения, освещенности фона, контраста между объектом и фоном, продолжительности действия зрительных стиму­лов и других факторов. Для движущихся объектов острота зрения зависит от скорости их движения. Остроту зрения выражают в единицах, обратных уг­лу зрения. Порог восприятия минимальных движений в угловых единицах составляет: на свету при наличии неподвижных объектов — 0'21" в 1 с, в темноте без неподвижных предметов — 1'15"... 1'55" в 1 с.

Аккомодация — процесс фокусировки хрусталика глаза на близкие или далекие предметы. С возрастом хрусталик глаза теряет свою эластич­ность. Объекты, расположенные на расстоянии 6 м и далее от наблюдателя, находятся для глаза в оптической бесконечности, и фокусировка на эти объ­екты не требует аккомодации.

Адаптация — изменение чувствительности глаза в зависимости от воздействия на него раздражителей. Приспособление глаза к темноте назы­вают темновой адаптацией. При переходе из светлого помещения в темное для адаптации глаза к темноте требуется приблизительно 20 минут.

Конвергенция — нацеливание глаз на одну точку с помощью совме­стного действия глазных мышц и хрусталика. Среднее время, необходи­мое для нацеливания глаз и фокусировки на новую точку, смещенную на некоторое расстояние, составляет около 165 мс. При чтении с печатного листа это время составляет 20 мс, а при чтении с экрана монитора около 40 мс.

Цветовое восприятие глаза заключается в его способности различать цвета по цветовому тону, насыщенности и контрастности с фоном. Нор­мальное цветовое зрение называют трихроматическим (трехцветным), так как любой из 160 различаемых человеком цветовых тонов можно получить в виде смеси трех базовых цветов: красного, зеленого, синего (RGB-палитра).

На зрительную способность большое влияние оказывает контраст — разность яркостей объекта и фона. Существуют цветовой и яркостной кон­трасты. Различают контраст прямой (объект темнее фона) и обратный (объект ярче фона).

Рекомендуемый диапазон контраста составляет 65... 100 %. Оптималь­ный контраст составляет 85...95 % для диффузных поверхностей, равномерно отражающих падающий световой поток (в отличие от зеркальных поверхно­стей).

Стробоскопичностъ — свойство зрения, обусловленное задержкой в восприятии информации. Критическая частота мельканий (частота кадров), которую еще способен различать глаз, зависит от яркости. Важным для гла­за является также соотношение между светлой и темной фазами. Если ин­формация поступает чаще, чем ее порции становятся различимыми, то от­дельные ее фрагменты могут не восприниматься. Сильное мерцание изо­бражения утомляет глаза.

Стереоскопичность — свойство зрения, обусловленное возможно­стью восприятия двух различных изображений, которое в свою очередь оп­ределено только одним световым раздражением. Стереоскопичность имеет «порог глубины», который соответствует бинокулярному параллаксу 5 угл. с. Данные параметры важно учитывать при разработке электронных 3D-систем «виртуальной реальности».

Слуховое восприятие обеспечивает человеку-оператору прием звуко­вых колебаний от источника звука. Слух человека способен воспринимать зву­ковые колебания в частотном диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Звуки с частотами ниже 16 Гц относятся к инфразвуку, а с частотами выше 20 000 Гц к ультразвуку.

Степень восприятия звука ухом человека зависит от частоты, энерге­тической характеристики звукового поля и состояния слухового аппарата человека в данный момент времени. Громкость — субъективный аналог ин­тенсивности звука, оцениваемой в единицах звуковой энергии (Вт/см²) или в относительных единицах — децибелах (дБ).

В табл. 38 представлена усредненная оценка действия звука раз­личной интенсивности на человека на частоте 1000 Гц.

Как правило, источниками звуковой энергии являются поверхности кон­струкций, совершающие колебания, которые и создают акустическое поле шу­мящего объекта. Образующееся акустическое поле характеризуется звуковым давлением Р (Па) и колебательной скоростью V (м/с), возникающими в точке воздушной среды при прохождении через нее звуковой волны. Энергетически­ми характеристиками акустического поля является интенсивность I (Вт/) (ко­личество энергии упругих волн, проходящих за единицу времени через едини­цу поверхности в направлении нормали); мощность излученияNизл (Вт) (количество 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 интенсив­ности звука. Применяется также оценка уровня шума в дБА, однако при конст­рукторских расчетах ее используют редко.

Таблица 38

Усредненная оценка действия шума на человека-оператора

Длительное воздействие на человекомашинные системы акустиче­ских шумов различного происхождения отрицательно влияет на общее функци-ональное состояние как человека-оператора, так и аппаратуры. По­следствия такого воздействия шума на человека проявляются в изменениях крово-обращения, действиях желез внутренней секреции, обмене веществ. В неко-торых 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 человекомашинных систем от акустических воздействий в значительной мере определяет гигие­нические условия, от которых зависят физическая, психическая и социаль­ная 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 прикосно­вения, при более сильном — давления, при очень сильном — боли. Кожа ладо­ней 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 умень­шается при ее охлаждении. При продолжительной неизменной стимуляции тактильная чувствительность может адаптироваться к определенным раздра­жителям. В этом случае характерные ощущения не возникают.

Антропометрические характеристики человека-оператора. Среди всего комплекса физиологических характеристик человека-опе­ратора его антропо-метрические параметры оказывают превалирующее значе­ние при создании эргономичных вычислительных систем. Антропометрические характеристики зависят от многих факторов: пола, национальности, профессии, возраста, личных субъективных факторов и т. п.

При проектировании ЭС 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 дви­жутся по горизонтали, чем по вертикали. Правой рукой удобнее двигать в горизонтальной плоскости против часовой стрелки, левой по часовой стрел­ке. Прерывистые движения совершаются медленнее, чем непрерывные. Плавность движения рук в горизонтальной и вертикальной плоскостях мо­жет быть нарушена вследствие их дрожания. Наименьшее дрожание соот­ветствует углам перемещения 135° и 315°. Время реакции движения руки на какой-либо внешний раздражитель зависит от возраста человека и составля­ет 0,2...0,3 с.

Диапазоны движения рук в различных плоскостях ограничены — в плоскости тела — от 0 до +130° (первоначально руки опущены вдоль туло­вища), перпендикулярно к плоскости тела — от -30° до + 170° (первоначаль­но руки опущены вниз, ладони параллельны плоскости тела), в горизон­тальной плоскости — от -40 до +140° (первоначально руки вытянуты в сто­роны 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, дли­на среднего пальца 81,5±5,7 мм.

Усилия, развиваемые руками, различны при различных положениях: в среднем максимальная мгновенная сила притяжения к корпусу двумя рука­ми 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 кисти — максимум 45 Н, статиче­ское усилие сжатия — 12...15 Н. Мышечная сила человека достигает мак­симума к 25 годам, между 30 и 60 годами она снижается на 50 %, при этом сила рук уменьшается на 20 %.

При разработке информационных систем (АСУ, диспетчерских систем и т. п.) необходимо учитывать мобилизационные возможности человека-оператора, т. е. его способность перейти из состояния пассивного ожида­ния в состояние активного принятия решений. Мобилизационные возмож­ности каждого человека во многом субъективны и зависят от большого чис­ла факторов, но все же основным является интегральная экстенсивная на­пряженность деятельности (нагрузка), которая вызывает утомление и соот-ветственно снижение мобилизационных возможностей. Помимо абсо­лютной величины нагрузки на степень развития утомления оказывает еще ряд факто-ров, среди которых необходимо выделить следующие [5]:

- статический или динамический характер нагрузки;

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

- постоянный или ритмический характер нагрузки.

В зависимости от совокупности и величины данных фактов человек-оператор 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 зависят, прежде всего, от объема информации, ее плотности и экстенсивности, от семантической зна­чимости информации, характера кодирования, наличия шума, требуемых программ реализации принятой информации и особенностей управляемой системы. Чем больше требуемое состояние отличается от состояния опера­тивного покоя, тем больше выражена активная мобилизация. Характерной чертой адекватной мобилизации является ее линейность, т. е. наличие пря­мой зависимости от субъективной трудности выполняемой работы. Первым шагом диагностики этого состояния является количественный анализ информа-ционной модели рабочего процесса для выяснения, какой элемент этой деятельности в первую очередь определяет степень адекватной моби­лизации. В большинстве случаев оперативной точкой для суждения служит положение найденных характеристик на шкале предельных возможностей человека (см. табл. 32 и 33).

Состояние динамического рассогласования — такое состояние опера­тора, при котором нарушается основная закономерность предыдущей ста­дии — уровень работы по восприятию информации не соответствует ожи­даемому физиологическому состоянию. О таком состоянии свидетельствуют большие сдвиги вегетативных реакций, появление дополнительных реакций, в частности потоотделения, расширение сосудов кожи, нарушение мышеч­ного баланса и др. Это состояние чрезвычайно важно для оценки работы человека-оператора, поскольку оно сопровождается выраженными наруше­ниями работоспо-собности и появлением большого числа ошибок, лишними действиями, увеличением времени работы, вплоть до отказа от работы или ее прекращения.

В общем случае восприятие и переработка информации зависят как от психологических возможностей человека, так и нервно-психологической напряженности. При большой нервно-психологической напряженности ра­боты особое внимание должно быть обращено на концентрацию внимания, должны быть сведены к минимуму отвлекающие факторы оператора и обес­печены наилучшие условия восприятия и переработки информации. При проек-тировании человекомашинных 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.

Под психологическими характеристиками человека-оператора пони­мают состояния, вызванные переживанием человека, его отношение к внешнему миру и к самому себе. Они определяются изменениями количест­венных и качественных параметров реакций на воздействия внешней среды. Психо-логическое (эмоциональное) состояние тесно связано с индивидуаль­ной семан-тической значимостью поступающей к человеку информации и является как бы коррекцией, вносимой человеком в ответ, определяемый только информационной структурой раздражителя.

В случаях, когда наступает динамическое рассогласование между объ­ективной 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 эмоцио­нального фактора развивается состояние эмоциональной напряженности. Эмоциональная устойчивость является показателем, очень тесно связанным с таким свойством личности, как уровень тревожности. Эмоциональная ус­тойчивость очень низкая у лиц с высоким уровнем тревожности.

К внешним эмоциогенным факторам относятся, прежде всего, так на­зываемые экстремальные факторы, физические или информационные харак-теристики которых ведут к развитию крайней степени напряжения физиоло­гических и психологических функций с полным исчерпанием всех физиоло­гических резервов. Чем более выражена экстремальность фактора, тем выше вероятность появления выраженных степеней эмоциональных сдвигов. Ха­рактер этих сдвигов определяется видом реакции, развивающейся в резуль­тате воздействия. В случае формирования адекватной реакции, т. е. реакции, направленной на преодоление действий фактора или на поддержание необ­ходимого уровня деятельности при продолжении действия экстремальности, как правило, наблюдается та или иная степень эмоционального напряжения.