Метод соматографии

Вступ

 

В современном производстве, которое оснащается новым оборудованием и сложными техническими системами, требования к человеку резко возрастают. При этом нередко возникает ситуация, когда надежность выполняемых функций человека, уменьшается из-за быстро сменившегося характера и условий труда, за которыми не успевает биологическая перестройка его организма. Это вызывает необходимость всестороннего учета возможностей человека, как при конструировании техники, так и при проектировании трудовой деятельности.

Правильное решение задачи проектирования взаимодействия человека и техники может быть достигнуто на основе учета тех связей, которые реально существуют между техникой, технологией производства и условиями труда, ими порождаемыми. Сегодня к проектированию техники и рабочих мест привлекаются не только специалисты, занимающиеся изучением человека и его деятельностью, но и проектировщики-эргономисты, владеющие необходимыми методами, средствами, практическими навыками.

Разработка и оценка проектных решений по созданию удобной, надежной и безопасной техники и рабочих мест выделены в специальную область — эргономическое проектирование системы «человек-машина-среда». Это проектирование направлено на обеспечение заданных эргономических свойств системы, способствующей повышению работоспособности людей, эксплуатирующих или обслуживающих технику. При этом с самого начала проектируется система «человек-машина-среда», а не только технические средства, которые лишь на стадии их практической «подгонки» к человеку становятся компонентом этой системы. На данном пути открываются принципиально новые возможности по обеспечению оптимальной рабочей нагрузки на организм человека и позволяющие проектировать трудовую деятельность, исходя из принципов комфортности и повышения производительности труда.

 

 

1. Метод соматографии

Размеры рабочей зоны определяются экспериментальным путем с помощью макетов и моделей либо непосредственно в процессе проектирования с использованием приемов соматографии. Этими приемами также пользуются для анализа положения тела и изменения позы оператора для определения при проектировании пропорциональных соотношений человека и машины.

Соматография использует схематическое изображение человеческого тела в различных положениях с учетом всех норм технического черчения и начертательной геометрии. Она базируется на анатомии человеческого тела и антропометрии, позволяет использовать системы контурных элементов.

На практике методами соматографии пользуются следующим образом. На рабочих чертежах машины в соответствующем масштабе вычерчивается схематическое изображение фигуры оператора в одной или нескольких характерных рабочих позах. Контурное соматографическое изображение фигуры оператора, вычерченное с применением правил технического черчения и начертательной геометрии, выполняется «прозрачным», поэтому оно не заслоняет узлы и органы управления проектируемой машины. Обычно такой чертеж дополняется углами зрения, а также размерами зоны ручного действия и, если есть необходимость, — размерами зоны действия ног.

Анализируя такой чертеж, называемый соматографической схемой, легко представить себе размеры машины, судить о масштабности изделия и удобства расположения органов управления. При решении обратной задачи методы соматографии позволяют обосновать оптимальную форму и размеры изделия, рабочего места и расположение органов управления.

Соматография не учитывает индивидуальных особенностей каждого отдельного человека, так как ориентируется на «среднего человека», размеры фигуры которого получены эмпирически. Однако конструктору следует помнить, что проектируемая машина должна одинаково удобно обслуживаться людьми не только среднего, но и очень низкого и очень высокого роста. В некоторых случаях, например, при проектировании кабин средств транспорта, пассажирских кресел, рабочих мест диспетчерских пультов ориентируются на размеры фигуры взрослого мужчины высокого роста, это обеспечит комфорт для людей всех категорий роста.

Анализируя степень удобства расположения органов управления и индикаторов ряда машин, к которым можно отнести станки, автоматы для изготовления изделий из пластических материалов, литейные машины, кузнечно-прессовое оборудование, следует учесть ряд так называемых маскирующих антропометрических факторов. К ним относятся:

1) высота фундамента станка над уровнем пола лежит в пределах 100—250 мм;

2) уменьшение (увеличение) роста оператора (40— 50 мм) за счет расслабления (легкого приподнятия) тела;

3) легкий наклон корпуса без напряжения до 2— 10° вперед и в сторону при работе сидя или стоя. При таком наклоне расстояние до органов управления уменьшается на 100—120 мм;

4) небольшой шаг в сторону или перенос центра тяжести с одной ступни на другую, что позволяет уменьшить расстояние до боковых элементов управления на 150—200 мм;

5) расстояние между оператором и передней плоскостью станины (обычно составляет 150—200 мм);

6) высоту деревянных решеток, подкладываемых под ноги (50—80 мм);

7) высоту каблуков; для женщин она составляет 50 мм, для мужчин — 25 мм.

Рассмотрим применение методов соматографии на примерах.

 

Пример 1. Работа на токарно-винторезном станке повышенной точности модели 16У03П, предназначенном для выполнения всех видов токарных работ, возможна не только в позе стоя, но и в позе сидя. В процессе проектирования определялись пропорциональные соотношения оператора и станка, а также проводился анализ положения тела станочника при работе (рис. 1, а—в). Схемы, составленные с помощью методов соматографии, выполнены для позы стоя (рис. 1, о), наиболее характерной для обслуживания токарных станков, и позы сидя (рис. 1, б, в). Наиболее часто используемые органы управления пуска и остановки рукоятки фартука и задней бабки, как видно из схем, расположены в оптимальной рабочей зоне. За пределы этой зоны не выходят органы управления фартуком и задней бабкой при перемещениях этих узлов в крайние положения. Наблюдение за обработкой детали удобно в двух рабочих позах. Однако при работе сидя комфортные условия лучше, кроме того, в этом случае оптимальная рабочая зона охватывает больше органов управления станком, чем при работе стоя.

Выступающие за габарит тумбы маховичок и рукоятка обслуживанию станка не мешают (оператор расположен от них справа).

Выполненный во фронтальной части тумбы проем позволяет станочнику выбрать наиболее удобное для работы положение тела и находиться в непосредственной близости от органов управления (в позе стоя в зону проема входит правая нога оператора (рис. 1, а); в позе сидя — обе ноги (рис. 1, б, в).

 

Рис. 1. Применение методов соматографии для анализа положения тела станочника при работе на токарно-винторезном станке модели 16У03П:

1 — оптимальная  зона захвата; 2 — максимальная  зона захвата; 3 — максимальная  зона захвата при наклоне туловища.

 

Таким образом, размеры и формы станка, а также расположение органов управления следует считать соответствующими антропометрическим данным.

 

 

 

2. Компоновка пульта управления

2.1. Технологический процесс

Проектирование органов управления машин начинается с выбора системы управления, которая должна быть надежной в работе, удобной в обслуживании, иметь оптимальное количество органов управления и предотвращать аварии и травмы при перегрузках или ошибочных действиях оператора. Удобство обслуживания обеспечивается за счет минимальных затрат времени на выполнение операций управления, антропометрического соответствия, небольших затрат физических сил при манипулировании органами управления, рационального расположения приборов и органов управления, избавляющего оператора от излишнего напряжения памяти и внимания.

Приборы и органы управления машины должны быть расположены в рабочем пространстве в соответствии с логикой деятельности человека. Ведущий зарубежный специалист по эргономике Е. Дж. Мак-Кормик рекомендует так группировать и размещать сигнальные устройства и органы управления: по их функциям; в зависимости от их значимости, т. е. помещать приборы, имеющие важное значение, там, где имеются наилучшие условия для их восприятия; в зависимости от особенностей каждого из приборов, т. е. с учетом точности, с которой должно быть снято показание прибора, скорости восприятия, удобства манипулирования органами управления; в соответствии с последовательностью операций; в зависимости от частоты использования, т. е. чтобы наиболее часто используемые элементы помещались в самых удобных для восприятия местах.

В зависимости от назначения органы управления могут быть разбиты на четыре основные группы. К первой группе могут быть отнесены органы включения и выключения, осуществляющие пуск и остановку машины (кнопки, педали, рукоятки и рычаги); ко второй — органы переключения с одного вида работы на другой (рукоятки, штурвалы); к третьей — органы регулирования (рукоятки, штурвалы, кнопки); и к четвертой — аварийные органы управления, требующие минимального времени срабатывания (рычаги, кнопки для нажатия ладонью).

Положение узлов, скорость их перемещения, нагрузки, температуру и другие параметры оператор определяет обычно по специальным устройствам — индикаторам (органам контроля и сигнализации), хотя многие узлы машины сами являются своеобразными источниками информации. Например, о работе транспортера судят по перемещению ленты, 'мостового крана — по положению тележки, токарного станка — по положению суппорта и т. п.

В современных машинах часто осуществляется дистанционное управлением тогда органы управления выносят на отдельный пульт. Это дает возможность, с одной стороны, свести усилия оператора к минимуму и, с другой, — разместить органы управления не только компактно, но и в удобном месте рабочей зоны. Однако в этом случае у оператора ослабляются обратные связи, поэтому на пульте следует широко применять специальные индикаторы и символические указатели, по которым оператор мог бы контролировать свои действия.

Оформление органов управления и индикаторов не должно быть монотонным. Следует стремиться к тому, чтобы они были легко доступными, хорошо просматривались и различались, например, по цвету или форме.

В зоне оптимального визуального контроля и оптимальной досягаемости располагают наиболее важные и часто используемые органы управления. В особую группу выделяют аварийные органы управления и те, которыми пользуются «вслепую». Они должны не только отличаться от обычных, но и быть пространственно отделены от последних. Их располагают в местах, легко доступных при любом положении оператора, а приборы помещают на уровне глаз либо ниже. Используя цвет, кодирование, месторасположение и другие средства, обеспечивают предохранение от случайного их включения.

Второстепенные органы управления можно располагать на крайних границах зоны досягаемости и визуального контроля, а органы для периодической, нечастой настройки могут размещаться в наименее удобных местах рабочей зоны или даже за ее пределами. Органы управления частого пользования нередко дублируют для удобства пользования при разных положениях оператора.

 

2.2. Эргономические особенности художественного конструирования средств отображения информации

О состоянии машины или управляемого объекта, о характере отклонений рабочих параметров, о результате своих действий оператор судит по данным средств отображения информации (СОИ), основными из которых являются контрольно-измерительная аппаратура, счетчики, световые табло, мнемосхемы, цифровые лампы и т. д.

СОИ снабжаются не только пульты управления сложных систем, но и металлорежущие станки, прессы, средства транспорта, бытовые машины и др. По этой причине особенности художественного конструирования упомянутых средств, как правило, являются общими для многих отраслей промышленности, в том числе и машиностроения.

Типичными задачами при выборе эргономических характеристик и художественного конструирования СОИ являются: определение интенсивности потока сигналов и согласование ее с возможностями оператора; выбор типа СОИ; составление эргономических требований к СОИ в целом и к отдельным информационным элементам; композиционное и цветовое решение СОИ; оценка и сравнение вариантов СОИ.

На практике широко используются такие виды СОИ: изобразительные с элементами, внешне сходными с объектом, например, указатель в виде самолета на авиационном приборе; мнемосхемы; текстовые в виде сигнальных табло или постоянных инструкций; индикационные (аналоговые в виде контрольно-измерительных приборов и дискретные — сигнальные лампы, механические указатели, барабанные счетчики, многокатодные цифровые лампы).

Часто полная информация о работе машины для оператора оказывается излишней. Например, в ряде случаев вместо стрелочного индикатора, показывающего абсолютную величину какого-либо параметра, успешно применяют так называемые «Нуль-приборы», указатель которых фиксирует отклонение данного параметра от нормы, от своеобразного нуля. Подобные приборы показывают, в каком направлении следует повернуть маховик или рукоятку, чтобы управляемая система вернулась в заданное состояние. Излишняя информация здесь отсутствует, код и декодирование резко упрощены.

Наглядность — одно из важнейших условий восприятия, и этому условию соответствуют изобразительные СОИ в виде «контактных аналогов» и мнемонических схем. Индикаторы, позволяющие наглядно судить об обстановке и имитирующие «эффект присутствия» — «контактные аналоги»,— дают картинное представление об обстановке и заменяют несколько обычных приборов. Контактный аналог поста управления подводной лодкой заменяет, например, восемь приборов. Он представляет собой электронно-лучевую трубку, на экране которой изображена убегающая к горизонту дорога, разделенная поперечными темными полосами. При движении вперед создается эффект набегания полос на оператора и изменение скорости ощущается по темпу набегания полос. Крен на борт и дифферент на нос или корму приводит к повороту линии горизонта на экране и ее смещению по вертикали. Другими словами, оператор по индикатору фиксирует такую же картину, какую наблюдал бы с мостика лодки при надводном плавании.