Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекція 1
Вступ
Ергономіка (грец. έργος праця і νώμος закон) наука про створення зручних для людини знарядь й умов праці.
Ергономіка як наука сформувалась порівняно недавно, усього декілька десятиліть тому, але основи ергономічних знань були закладені в період історії людства, коли з’явилися перші знаряддя праці. Тоді ж люди стали оцінювати ці знаряддя за найпростішим критерієм «зручно незручно».
Основним завданням ергономіки можна вважати підвищення надійності функціонування систем людина-машина. Статистика техногенних катастроф показує, що найменш надійним елементом таких систем є людина. Одним з найбільш актуальних завдань ергономіки є узгодження конструкції машини в тій її частині, що пов’язана з людиною, її психологічними й фізіологічними характеристиками.
Ергономіка є комплексною наукою вона базується на антропометрії фізіології, біології, медицині, психології, біомеханіці, промисловій гігієні, нейрофізіології та інших науках про людину.
Антропометрія займається вивченням розмірів і форми людського тіла і його складових частин, досліджує напрямки й межі рухів частин тіла й силу м’язів людини. Вона є частиною загальної науки про людину антропології. Без знання основних антропометричних характеристик неможливо правильно розмістити органи керування автомобілем або трактором.
Інженерна психологія вивчає об’єктивні закономірності процесів інформаційної взаємодії людини й техніки. Знання з інженерної психології використовують, зокрема, при конструюванні панелі приладів автомобіля.
Хіротехніка вивчає взаємодію рук людини з різними важелями, кнопками, вимикачами й іншими елементами машин.
Дизайн (від англ. «design» задум, проект, креслення, малюнок) термін, що визначає різні види проектних робіт із створення виробів, що мають окрім функціональних ще й естетичні властивості. У вузькому змісті дизайн художнє конструювання.
Ергономіку і дизайн можна розглядати в таких аспектах: соціальному, технічному, економічному й естетичному.
Соціальний аспект враховує об’єктивну потребу суспільства в транспортних засобах (легкових й вантажних автомобілях, автобусах) та різних робочих машинах (сільськогосподарських, лісових та ін.).
Технічний аспект проявляється у зручному розташуванню людей в транспортному засобі, зручному вході-виході, зручності органів керування й оптимальних зусиллях на них, добрій оглядовості.
Економічний аспект можна оцінити через собівартість, ціну транспортного засобу та через вартість експлуатації. Експлуатаційні витрати складаються з витрат на експлуатаційні матеріали, насамперед паливо та з витрат на технічне обслуговування. Так дизайнер шляхом створення раціональної та обтічної форми кузова може зменшити витрату пального автомобіля. Раціональне компонування салону міського автобуса дозволить зменшити час входу-виходу пасажирів, тобто час перебування машини на зупинках і, таким чином, підвищити середню швидкість руху, результаті скоротити собівартість перевезення.
Естетичний аспект проявляється, насамперед, у привабливості автомобіля або трактора для потенційного покупця, у його конкурентоздатності. Автомобілі багато в чому формують вигляд сучасних міст. Швидкісні автодороги, шляхопроводи, мости впливають на сільський пейзаж. Існує також взаємний вплив автомобіля та моди.
1.1. Основні відомості про антропометрію
Люди різняться ростом, комплекцією, розмірами частин тіла. Кожна людина неповторна, знайти двох абсолютно однакових людей неможливо. Тому кон структор, що займається проектуванням робочого місця автомобіля чи трактора, вирішує доволі непрості завдання. Від їхнього вирішення залежить надійність функціонування всієї системи «людина автомобіль довкілля», тобто безпека дорогах.
Здавалося б, можна спроектувати робоче місця з врахуванням водіїв великого зросту, але тоді неминуче збільшаться розміри пасажирського салону або кабіни, маса машини, матеріалоємність конструкції й ціна. Людина невеликого зросту в такому автомобілі або тракторі буде почуватись незручно: важко буде діставати ногами й руками до органів керування, виникнуть проблеми з оглядовістю.
Звичайно, можна піти іншим шляхом. Вибрати досить велику кількість потенційних користувачів транспортних засобів, ретельно обміряти елементи їхніх тіл, обчислити середні значення розмірів, і на підставі цих даних сконструювати робоче місце водія й місця пасажирів для «середньої» людини, але тоді люди, розміри яких відрізняються від середніх а їх більшість, теж будуть незадоволені.
Вивченням розмірів людського тіла і його частин займається антропометрія (від грец. ανθρωπος людина, μετρεω міряти). Оскільки ці розміри різні, в антропометрії застосовуються статистичні методи. Розміри тіла людини і його окремих частин визначаються антропометричними характеристиками (АХ).
Антропометричні характеристики вимірюють в лінійних, кутових та вагових одиницях. Антропометричними характеристиками є, наприклад, зріст, розмір голови, довжина гомілки, маса тіла, кути повороту частин тіла в суглобах і т.д.
Антропометричні характеристики є випадковими величинами, що підлягають нормальному закону розподілу. На графіку, що характеризує антропометричний параметр по осі абсцис відкладають числове значення антропометричної характеристики х, по осі ординат х імовірність появи випадкової величини. Середнє, найбільш імовірне, значення випадкової величини є математичним сподіванням М, що відповідає максимуму кривої розподілу, її «горбу». Ширина кривої розподілу, її розтягнутість по горизонталі, показує мінливість, варіювання випадкової величини, що характеризується середньоквадратичним відхиленням щодо математичного сподівання М. Площі під ділянками кривої розподілу, показують, яка кількість випадкових величин потрапляє в ці зони. У зону ± потрапляє 68,25% всіх випадкових величин, у зону ± 2 95,45%, а в зону ± 3 99,73%.
В антропометрії ймовірність потрапляння якої-небудь антропометричної характеристики в ту чи іншу зону кривої розподілу прийнято оцінювати у перцентилях.
Перцентиль це значення нижче якого розташовано n відсотків спостережень досліджуваної змінної.
Отже, 40-й перцентиль – це значення, нижче якого розташовано 40% результатів спостережень. 50-й перцентиль називають медіаною, 25-й і 75- нижніми і верхніми квадрантами відповідно.
Рис. 1.1. Графік нормального закону розподілу випадкової величини
Якщо площу що перебуває під кривою нормального розподілу (див. рис. 1.1), розділити на 100 рівних частин (відсотків), то вийде відповідне число перцентилів. Кожний з них має порядковий номер. На частку першого перцентиля доводиться 1% всіх результатів спостережень. Максимум кривої розподілу в нашому випадку доводиться на зріст 170 см, що відповідає математичному с. Половина (50%) обстежених нами студентів має зріст менший або такий самий, і можна сказати, що зріст 170 см відповідає п’ятдесятому перцентилю або 50%-му рівню репрезентативності.
Тепер на нашому графіку відзначимо величину, що відповідає 5% всіх обміряних студентів. Ріст, менш або рівний отриманому (припустимо, у нашому випадку це 151 см) відповідає п’ятому перцентилю або 5%-му рівню репрезентативності. Він показаний на графіку. У такий же спосіб одержимо зріст, що відповідає 95%-му рівню репрезентативності або дев’яносто п’ятому перцентилю. Припустимо, у нашому випадку це 189 см, що також показано на графіку.
Отже, якщо ми говоримо, «п’ятий перцентиль» або «5%-ий рівень репрезентативності», це означає, що 5% людей мають антропометричні характеристики такі або менші. Це люди невеликого зросту. Відповідно, людина 95-го перцентиля, або 95%-го рівня репрезентативності, має такий ріст, що й 95% людей нижчі від неї (або мають такий же зріст). Це висока людина. Також половина людей, що пройшли антропометричні виміри, мають зріст менший або рівний зросту людини, що відповідає п’ятдесятому перцентилю (50%-му рівню репре зентативності).
В ідеальному випадку розміри робочого місця водія (оператора) повинні бути такими, щоб все доросле населення могло керувати цією машиною. Вважається достатнім, щоби близько 90% людей могло зручно розташовуватися на робочому місці. Решта 5% найменших та 5% найбільших людей будуть відчувати певні незручності, хоча цілком припустимі. Тому в конструкторській практиці при компонуванні робочого місця водія автомобіля або трактора найчастіше використовують антропометричні параметри людини, що відповідають п’ятому (рідше десятому) і дев’яносто п’ятому перцентилю (5%-му й 95%-му рівням репрезентативності). Деякі розміри робочого місця перевіряють стосовно п’ятдесятого перцентиля (50%-го рівня репрезентативності).
У табл. 1.1 наведені дані, що дозволяють визначити відсоток людей, виміри яких будуть задовольняти компонування робочого місця оператора (водія).
Таблиця 1.1
Кількість людей, виміри яких потрапляють в обраний інтервал
антропометричних характеристик
|
Інтервал |
Перцентиль (рівень репрезентативності) |
Кількість людей, АХ яких знаходяться в обраному інтервалі, % |
|
М ± 2,5 |
1...99 |
98 |
|
М ± 2 |
2,5...97,5 |
95 |
|
М ± 1,65 |
5...95 |
90 |
|
М ± 1,15 |
12,5...87,5 |
75 |
|
М ± 0,67 |
25...75 |
50 |
Антропометричні характеристики можна умовно розділити на статичні й динамічні. Умовно тому, що всі антропометричні характеристики визначаються в статиці, при незмінній позі обстежуваного. Надалі під статичними антропометричними характеристиками ми будемо розуміти лінійні або кутові величини, що характеризують розміри частин тіла людини, а під динамічними лінійні й кутові розміри, що характеризують кути обертання в суглобах, зони досяжності при різних позах людини й т.п.
Статичні антропометричні характеристики використовують для визначення загальних розмірів робочого місця оператора, розташування й розмірів сидіння, органів керування, розташування панелі приладів, динамічні для задання амплітуди робочих рухів керма, педалей і важелів керування та визначення зон досяжності при різних положеннях тіла людини.
На рис. 1.2 зображені основні розміри антропометричних характеристик тіла людини, а в табл. 1.2 наведені числові значення цих антропометричних характеристик і зазначені області їхнього застосування.
Рис. 1.2. Основні антропометричні розміри тіла людини
Розглянемо визначення антропометричного розміру зовнішньої ширини плечей на прикладі манекена жінки 25-го перцентиля репрезентативності. Для цього до математичного сподівання зовнішньої ширини плечей (у табл. 1.1 ця величина дорівнює 41,8 см) слід додати середньоквадратичне відхилення із табл. 1.2 із відповідним знаком:
А = М - 0,67 = 41,8 - 0,67 2,4 = 40,2 см.
При компонуванні робочого місця оператора необхідно враховувати збільшення розмірів тіла, пов’язані з одягом. Водій може бути одягнений у легкий або теплий одяг, при цьому збільшення розмірів тіла буде різним. Поправки на одяг і взуття для деяких розмірів тіла наведені в табл. 1.3.
Таблиця 1.2
Основні антропометричні розміри тіла людини (статичні характеристики)
|
Антропометрична характеристика (див. рис.1.2) |
Розміри, см |
Область застосування |
|||
|
Чоловіки |
Жінки |
||||
|
М |
|
М |
|
||
|
Робоча поза стоячи |
|||||
|
Довжина тіла (зріст) (1) |
167,8 |
5,8 |
156,7 |
5,7 |
Визначення висоти устаткування, висоти пасажирського сало ну автобуса |
|
Довжина тіла з витягнутою догори рукою (2) |
213,8 |
8,4 |
198,1 |
7,6 |
Зони досяжності по вертикалі, поручні пасажирів автобуса |
|
Зовнішня ширина плечей (3) |
44,6 |
2,2 |
41,8 |
2,4 |
Розміри кузова по ширині |
|
Довжина руки, витягнутою вперед (кулак стиснутий) (4) |
64,2 |
3,3 |
59,3 |
3,1 |
Зони досяжності по глибині |
|
Довжина руки, яка витягнута убік (кулак стиснутий) (5) |
62,3 |
3,3 |
56,8 |
3,0 |
Те ж |
|
Довжина плеча (6) |
32,7 |
1,7 |
30,2 |
1,6 |
Висота розташування робочої зони й ор ганів керування |
|
Довжина ноги (7) |
90,1 |
4,3 |
83,5 |
4,1 |
Те ж |
|
Висота очей від підлоги (8) |
155,9 |
5,8 |
145,8 |
5,5 |
Висота робочої по верхні, зони огляду |
|
Висота плечової точ ки (9) |
137,3 |
5,5 |
128,1 |
5,2 |
Висота робочої по верх ні й органів ке ру вання |
|
Висота долонної точ ки (10) |
51,8 |
3,5 |
48,3 |
3,6 |
Зони захоплення |
Таблиця 1.3
Поправки на одяг і взуття для деяких розмірів тіла
|
Антропометрична характеристика |
Збільшення на одяг, мм |
|
|
Легкий |
Теплий |
|
|
Висота плечей у положенні стоячи |
30 |
49,5 і більше |
|
Ріст у положенні сидячи (без головного убору |
|
5,0...7,5 |
|
Висота очей у положенні сидячи |
|
5,0...7,5 |
|
Висота плечей у положенні сидячи |
5,0 |
30,0...32,5 |
|
Висота коліна в положенні сидячи (взуття + одяг) |
25,0 |
37,5 і більше |
|
Довжина руки (разом з м'язами спини) |
7,5 |
12,5 (з рукавичками) |
|
Довжина плеча |
5,0 |
25,0 |
|
Ширина плечей |
7,5 |
37,5 |
|
Довжина передпліччя з кистю |
5,0 |
20...25 (з рукавицями) |
|
Ширина ліктів |
12,5 |
100... 125 |
|
Ширина долоні на рівні зап’ястя (у рукавичках) |
|
5...10 (з рукавицями зна чення більше) |
|
Розмір грудної клітки спереду |
12,5 |
50,0 |
|
Товщина сідниць |
25,0 |
62,0 |
|
Довжина стегна |
5,0 |
17,5 |
|
Ширина стегон |
12,5 |
37,5 і більше |
|
Ширина колін |
12,5 |
50,0 |
|
Довжина стопи |
30,0 |
30,0 |
Динамічні антропометричні характеристики пов’язані з кутами обертання в суглобах (амплітуди робочих рухів), показані на рис. 1.3, а в табл. 1.4 наведені числові значення кутових амплітуд рухів різних частин тіла.
Рис. 1.3. Амплітуди рухів деяких частин тіла
Таблиця 1.4
Амплітуда рухів різних частин тіла
|
Частина тіла |
Характер руху |
Кут повороту, град |
|
|
Середнє зна чення М |
Відхилення М+ |
||
|
Рука, що стискає циліндр |
Розгинання (рух нагору) |
85 |
50-110 |
|
Згинання (рух униз) |
53 |
31-88 |
|
|
Відведення (рух убік) |
40 |
22-59 |
|
|
Приведення (рух усередину) |
35 |
20-54 |
|
|
Кут між поздовжньою віссю передпліччя і віссю циліндра, затиснутого в куркуля |
100 |
90-110 |
|
|
Відведення з вихідного по ло ження |
179 |
153-215 |
|
|
Приведення з вихідного поло ження |
73 |
40-89 |
|
|
Голова |
Нахил голови назад |
60 |
34-85 |
|
Нахил голови вперед |
44 |
25-70 |
|
|
Нахил голови вправо |
40 |
24-60 |
|
|
Нахил голови вліво |
42 |
26-62 |
|
|
Поворот голови вправо |
73 |
53-86 |
|
|
Поворот голови вліво |
72 |
55-86 |
|
|
Стопа |
Розгинання (рух нагору) |
27 |
14-39 |
|
Згинання (рух униз) |
39 |
27-53 |
|
|
Рух убік |
35 |
22-56 |
|
|
Рух усередину |
33 |
20-48 |
Крім кінематичних характеристик рухів людини, велике значення мають часові характеристики, тобто час, що проходить від одержання людиною-оператором сигналу (скажімо відхилення стрілки якого-небудь приладу на панелі) до приведення в дію відповідного органа керування. Визначити цей час можна, наприклад, при наступних випробуваннях.
Досліджувана людина повинен з можливою максимальною швидкістю виконати той чи інший робочий рух (натиснути кнопку, перемістити важіль, повернути штурвал і т.п.) у відповідь на відомий йому раптовий сигнал. Час реакції складається з латентного періоду й моторної (рухової) відповіді.
Латентний період (прихований період) час від моменту виникнення якого-небудь подразника на організм до появи відповідної реакції.
Таблиця 1.6
Значення латентного періоду для простої рухової реакції:
|
Подразник |
Латентний період, мс |
|
Тактильний (дотик) |
90...220 |
|
Слуховий (звук) |
120... 180 |
|
Зоровий (спалах світла) |
150...220 |
|
Нюховий (запах) |
310.. .390 |
|
Температурний (тепло, холод) |
280... 1600 |
|
Смаковий (солоне, гірке, кисле) |
310.. .1080 |
|
Болючий (укол) |
130...890 |
Таблиця 1.7
Значення латентного періоду реакції на сигнали світлофора
|
Сигнал |
Статистичні параметри, з |
|
|
Математичне сподівання М |
Середньоквадратичне відхилення |
|
|
Зелений |
0,39 |
0,12 |
|
Жовтий |
0,37 |
0,10 |
|
Червоний |
0,34 |
0,08 |
Повний час реакції період між моментом виникнення сигналу (зміна сигналів світлофора, початок звукового сигналу) і закінченням керуючої дії (натискання педалі, перемикання тумблера, поворот важеля) визначається сумою трьох складових:
- латентний період реакції,
- час руху руки або ноги до органа керування,
- час подолання вільного ходу органа керування.
Рухова складова часу реакції залежить від того, які саме рухи слід виконати для керуючого впливу. Можна вважати, що переміщення руки до органа керування відбувається зі швидкістю 0,35 м/с, згинання або розгинання руки 0,7...1,7 м/с. Час простого руху ногою або ступнею 0,36 м/с, а зі значним зусиллям у два рази більше.
Час на подолання вільного ходу органа керування оцінюється для кожного конкретного випадку, але конструктор у більшості випадків намагається звести його до мінімуму.
Більше швидкі рухи відбуваються: до тіла, у вертикальній площині, зверху вниз, праворуч ліворуч, обертальні, з великою амплітудою. Менш швидкі рухи: від тіла, у горизонтальній площині або під кутом до неї, знизу нагору, ліворуч праворуч, поступальні, з невеликою амплітудою. Найменший час потрібно для руху пальцями. Якщо прийняти його за одиницю, то для руху кисті буде потрібно вдвічі більше часу, на рух кисті й пальців утроє, руки в плечовому суглобі у чотири рази більше. Нахил корпуса й підйом його із цього положення триває сімнадцяти одиниць часу.
Час характерних рухів:
- рух пальцями 0,17 с;
- рух долонею 0,33 с;
- натискання на педаль 0,72 с.
При підвищенні точності рухів час збільшується.
Наведена інформація щодо часу реакції людини відноситься до найпростіших випадків. На практиці цей час більший тому, що оператор (водій) повинен із великого об’єму вхідної інформації вибрати потрібну, котра вимагає керуючого впливу, осмислити цю інформацію й прийняти рішення, а вже потім робити ті, або інші рухи. Час реакції збільшується через інформаційний шум надлишкову й непотрібну інформацію, світлові і звукові сигнали. На час реакції впливають також некомфортні умови на робочому місці: вібрація, кліматичні фактори, незручна робоча поза, необхідність повертати голову для зчитування показів приладів, світлові відблиски на склі приладів та ін.
PAGE \* MERGEFORMAT 1