Пространство
рабочего места, в котором осуществляются
трудовые процессы, может быть
разделено на рабочие зоны. Рабочая
поза будет наименее утомительна
только при условии, если рабочая
зона сконструирована правильно.
Правильное
конструирование рабочих зон
определяется соответствием их
с оптимальным полем зрения
рабочего и определяется дугами,
которые может описать рука, поворачивающаяся
в плече или в локте на уровне рабочей
поверхности (т.е. учитывая динамические
АХ), а Движением рук управляет мозг человека
в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому
рабочую зону, удобную для действия обеих
рук, нужно обязательно совмещать с зоной,
удобной для охвата человеческим взором.
В соответствии
с рабочими зонами и антропометрическими
данными проектируются рабочие
места в любом производственном
процессе и любые машины и механизмы,
обслуживаемые человеком.
Органы
управления могут быть ручными
и ножными. Предпочтительнее управление
ручное, причем выгоднее использовать
регуляторы, которые приводятся
в движение рукой к себе
или от себя. Следует иметь
в виду, что движения руки к
себе более быстрые, но менее
точные, тогда как от себя - более
точные, но менее быстрые. Если
органы управления не требуют
усилий, то оператор «не чувствует»
рукоятки и действует очень
неточно. Для предотвращения дрожания
руки и повышения точности
движений требуется определенный
момент сопротивления рукоятки
в пределах 3... 16,7 Нм. Для ножных педалей
при полном их нажатии момент сопротивления
должен составлять 20...80 Нм. Ножные органы
управления используют тогда, когда требуются
большие усилия и небольшая точность:
включение - выключение, грубая регулировка
напряжения или тока и т.п. При ручном управлении
максимальные усилия прилагаются к рычагам,
которые захватываются стоящим оператором
на уровне плеча, а сидящим - на уровне
локтя, поэтому органы управления, которые
используются наиболее часто, следует
располагать на высоте между локтем и
плечом.
В процессе
управления человек обязательно
должен прилагать некоторые усилия,
так как отсутствие их (что
может быть, например, при кнопочном
управлении) дезориентирует человека,
лишает его уверенности в правильности
своих действий, а излишние усилия
приводят к биомеханической перегрузке.
4. Физиологические
характеристики человека
Общие характеристики
анализаторов. Целесообразная и безопасная
деятельность человека основывается на
постоянном приеме и анализе информации
о характеристиках внешней среды и внутренних
системах организма. Этот процесс осуществляется
с помощью анализаторов — подсистем центральной
нервной системы (ЦНС), обеспечивающих
прием и первичный анализ информационных
сигналов. Информация, поступающая через
анализаторы, называется сенсорной (от
лат. sensus — чувство, ощущение), а процесс
ее приема и первичной переработки — сенсорным восприятием.
Внешние сигналы
Рецептор
Головной
мозг
Нервные связи
Рисунок 2. Функциональная схема
анализатора
Общая функциональная схема
анализатора представлена на рисунке
2. Центральной частью анализатора является
некоторая зона в коре головного мозга.
Периферическая часть — рецепторы — находится
на поверхности тела для приема внешней
информации либо размещена во внутренних
системах и органах для восприятия информации
об их состоянии (внешние рецепторы в обычной
речи называют органами чувств). Проводящие
нервные пути соединяют рецепторы с соответствующими
зонами мозга. В зависимости от специфики
принимаемых сигналов различают следующие
анализаторы: Внешние — зрительный
(рецептор — глаз); слуховой (рецептор
— ухо); тактильный, болевой, температурный
(рецепторы кожи); обонятельный (рецептор
в носовой полости); вкусовой (рецепторы
на поверхности языка и неба). Внутренние —
анализатор давления; кинестетический
(рецепторы в мышцах и сухожилиях); вестибулярный
(рецептор в полости уха); специальные,
расположенные во внутренних органах
и полостях тела.
Функционирование
разных анализаторов существенно
изменяется под влиянием неблагоприятных
для человека условий. Низкие
и высокие температуры, вибрации,
перегрузки, невесомость, слишком
интенсивные потоки информации, ведущие
к дефициту времени, и ее недостаток, утомление,
вызванное длительной работой или неблагоприятными
условиями, состояние стресса - все эти
факторы вызывают различные изменения
характеристик анализаторов.
Чтобы обеспечить
достаточную надежность деятельности
человека при приеме и анализе
сигналов в любых условиях, для
практических расчетов рекомендуется
использовать не абсолютные и
дифференциальные пороги чувствительности
анализаторов к различным характеристикам
сигналов, а оперативные пороги,
характеризующие не минимальную,
а некоторую оптимальную различимость
сигналов. Обычно оперативный порог
в 10... 15 раз выше соответствующего
абсолютного и дифференциального.
Характеристика
зрительного анализатора. В процессе
деятельности человек до 90 % всей
информации получает через зрительный
анализатор. Прием и анализ информации
происходит в световом диапазоне
(380 - 760 нм) электромагнитных волн. Цветовые
ощущения вызываются действием световых
волн, имеющих различную длину.
Глаз различает
семь основных цветов и более
сотни их оттенков. Наибольшая
чувствительность в условиях
обычного дневного освещения
(В= 9,56 кд/м2) достигается при длине волн
554 нм (в желто-зеленой части спектра) и
убывает в обе стороны от этого значения.
Порог световой
чувствительности изменяется в
широких пределах в процессе
адаптации зрительного анализатора
к внешнему световому воздействию.
Наиболее
высокая чувствительность, достигаемая
в ходе темновой адаптации в течение
нескольких (до 3 - 4) часов, представляет
собой абсолютный порог световой чувствительности.
Различие
предмета на фоне других определяется
контрастом его с фоном. Для
практических целей используется
показатель, именуемый порогом контрастной
чувствительности. Величина контраста
оценивается количественно, как отношение
разности яркости (кд/м2) предмета и фона
к большей яркости:
При оценке
восприятия пространственных характеристик
основным понятием является острота
зрения, которая характеризуется
минимальным углом, под которым
две точки видны как раздельные.
Острота зрения зависит от
освещенности, контрастности, формы
объекта и других факторов. При
оптимальной освещенности (100... 700 лк)
порог разрешения составляет от 1 до 5 мин.
При уменьшении контрастности острота
зрения снижается.
Информация
об удалении предметов достигается
за счет конвергенции - сведений
зрительных осей на объекте
восприятия, благодаря чему возникают
мышечные двигательные ощущения,
которые и дают информацию.
Характеристика
слухового анализатора. С помощью
звуковых сигналов человек получает
до 10 % информации.
Характерными
особенностями слухового анализатора
являются:
- способность
быть готовым к приему информации
в любой момент времени;
- способность
воспринимать звуки в широком
диапазоне частот и выделять
необходимые;
- способность
устанавливать со значительной
точностью место расположение источника
звука.
В связи
с этим слуховое представление
информации осуществляется в
тех случаях, когда оказывается
возможным использовать указанные
свойства слухового анализатора.
Наиболее часто слуховые сигналы
применяются для сосредоточенного
внимания человека - оператора (предупредительные
сигналы и сигналы опасности),
для передачи информации человеку-оператору,
находящемуся в положении, не
обеспечивающим ему достаточной
для работы видимости объекта
управления, приборной панели и
т.п., а также для разгрузки
зрительной системы.
Для эффективного
использования слуховой формы
представления информации необходимо
знание характеристик слухового
анализатора. Свойства слухового
анализатора оператора проявляются
в восприятии звуковых сигналов.
С физической точки зрения
звуки представляют собой распространяющиеся
механические колебательные движения
в слышимом диапазоне частот.
Механические колебания
характеризуются амплитудой и частотой.
Амплитуда - наибольшая величина измерения
давления при сгущениях и разрежениях.
Частота - число полных колебаний
в одну секунду. Единицей ее измерения
является герц (Гц)- одно колебание в секунду.
Амплитуда колебаний определяет величину
звукового давления и интенсивность звука
(или силу звучания). Звуковое давление
принято измерять в паскалях (Па).
Наряду
со звуковыми сигналами в управлении
используются речевые сигналы
для передачи информации или
команд управления от оператора
к оператору. Важным условием
восприятия речи является различение
длительности и интенсивности
отдельных звуков и их комбинаций.
Среднее время длительности произнесения
гласного" звука равно примерно
0,36 с, согласного 0,02...0,03 с. Восприятие
и понимание речевых сообщений
существенно зависят от темпа
их передачи, наличия интервалов
между словами и фразами. Оптимальным
считается темп 120 слов/мин, интенсивность
речевых сигналов должна превышать
интенсивность шумов на 6,5 дБ. При
одновременном увеличении уровня
речевых сигналов и шумов при
постоянном их отношении разборчивость
речи сохраняется и даже несколько
увеличивается. При значительном
увеличении уровня речи и шума
до 120 и 115 дБ и соответственно
разборчивость речи ухудшается
на 20 %. Опознание речевых сигналов
зависит от длины слова. Так,
односложные слова распознаются
в 13 % случаев, шестисложные - в
41 %. Это объясняется наличием
в сложных словах большого
числа опознавательных признаков.
Имеет место повышение до 10 % точности
распознавания слов, начинающихся
с гласного звука. При переходе
к фразам оператор воспринимает
не отдельные слова или их сочетания,
а смысловые грамматические конструкции,
длина которых (до уровня 11 слов) не имеет
особого значения.
Полезно
знать, что используемые стереотипные
словосочетания, фразеологизмы, распознаются
значительно хуже, чем это можно
было ожидать. Увеличение альтернативных
слов возможных словосочетаний,
фраз, повышает правильность опознания.
Однако включение фраз, допускающих
неоднозначность толкования их
смыслового содержания, приводит
к замедлению процесса восприятия.
Таким образом,
вопрос организации звукового
и речевого взаимодействия «оператор
- оператор», «техническое средство
- оператор» является не тривиальным
и его оптимальное решение
оказывает существенное воздействие
на безопасность производственных
процессов.
Характеристика
кожного анализатора. Обеспечивает
восприятие прикосновения (слабого
давления), боли, тепла, холода и
вибрации. Для каждого из этих
ощущений (кроме вибрации) в коже
имеются специфические рецепторы,
либо их роль выполняют свободные
нервные окончания. Каждый микроучасток
кожи обладает наибольшей чувствительностью
к тем раздражителям (сигналам), для которых
на этом участке имеется наибольшая концентрация
соответствующих рецепторов - болевых,
температурных и тактильных. Так, плотность
размещения составляет: на тыльной части
кисти -188 болевых, 14 осязательных, 7 холодовых
и 0,5 тепловых на квадратный сантиметр
поверхности; на грудной клетке соответственно
- 196, 29,9 и 0,3. Воздействие в этих точках
даже не специфическим, но достаточно
сильным раздражителем независимо от
его характера вызывает специфическое
ощущение, обусловленное типом рецептора.
Например, интенсивный тепловой луч, попадая
в точку боли, вызывает ощущение боли.
Кинестетический
анализатор. Обеспечивает ощущение
положения и движений тела
и его частей. Имеется три вида
рецепторов, воспринимающих:
1. Растяжение
мышц при их расслаблении - «мускульные
веретена»;
2. Сокращение
мышц - сухожильные органы Гольджи;
3. Положение
суставов (обусловливающее так называемое
«суставное чувство»). Предполагается,
что их функции выполняют глубинные
рецепторы давления.
Возможности
двигательного аппарата представляют
определенную значимость при
конструировании защитных устройств,
органов управления. Сила сокращения
мышц человека колеблется в
широких пределах. Например, номинальная
сила кисти в 450...650 Н при
соответствующей тренировке может
быть доведена до 900 Н. Сила
сжатия, в среднем равная 500 Н для
правой и 450 Н для левой руки,
может увеличиваться в два
раза и более.
Оптимальные
усилия на органы управления:
- для рукояток
20...40 Н (100 Н - максимальное);
- для кнопок,
тумблеров, переключателей
легкого типа 1400...1600Н, тяжелого
- 6000... 12 000 Н;
- для ножных
педалей управления от 20...50 (используемых
часто) до 300Н (используемых редко);
- для рычажного
управления от 20...40 (используемых часто)
до 120...160Н (используемых редко).
Диапазон
скоростей, развиваемых движущимися
руками человека, находится в
пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто
используются скорости порядка
5...800 см/с. Скорость движения больше в направлении
к себе, чем от себя; в вертикальной плоскости,
чем в горизонтальной; сверху вниз, чем
снизу вверх; вперед-назад, чем вправо-влево;
слева направо для правой руки и справа
налево для левой, чем наоборот. Вращательные
движения в 1,5 раз быстрее поступательных.