Эргономика Березкина 2013

9. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Главной задачей разработки эргономических требований к техническим средствам деятельности является установление соответствия их возможностям человека по приему и перера­ ботке информации и осуществлению управляющих воздей­ ствий. В общем виде эти требования направлены на обеспече­ ние максимальной эффективности системы «человек-маши- на-среда» при соблюдении допустимых норм деятельности человека и надежности технических средств.

Основными техническими средствами, с которыми взаимо­ действует человек-оператор в процессе достижения постав­ ленных целей, являются средства отображения информации и органы управления.

9.1. Средства отображения информации

Средства отображения информации предоставляют че­ ловеку данные о состоянии объекта воздействия и самой систе­ мы, ходе технологического процесса, энергетических ресурсах, состоянии средств автоматизации, каналов связи и способов управления ими. Необходимые данные могут быть представле­ ны человеку в количественной и качественной форме.

Для правильной передачи информации необходимо знать следующие общие эргономические требования:

•объем, состав и форма предъявления информации долж­ ны соответствовать как решаемым задачам, так и психологиче­ ским возможностям человека;

•сигналы должны быть лаконичными, так как быстрота и точность приема и переработки информации человеком при­ близительно пропорциональна количеству элементов, которые человек должен держать под наблюдением;

•форма предъявляемой информации не должна требовать от человека дополнительного перекодирования;

•общий объем информации должны способствовать мак­ симально возможной разгрузке оперативной памяти человека, чтобы не снижать качества его работы;

•сигналы системы информации должны обеспечивать че­ ловеку возможность предвидения общей ситуации и результа­ тов своих действий;

251

•характеристики сигналов должны соответствовать необ­ ходимому уровню дифференцированного восприятия этих сиг­ налов;

•информация должна подаваться таким образом, чтобы оп­ тимальный уровень бодрствования человека-оператора оста­ вался постоянным.

Конкретные типы средств отображения информации, их ко­ личество и способы взаимного размещения выбирают с уче­ том особенностей работы анализаторов человека, характера функций человека-оператора в данной системе, последова­ тельности и степени важности выполняемых операций, требу­ емой скорости и точности выполнения работ.

Средства отображения информации бывают:

-по назначению информации - контрольные, предупреди­

тельные и аварийные;

-по уровню динамичности - статические и динамические;

-по числу операторов - индивидуального и коллективного пользования;

-по степени обобщения информации - детальные и инте­ гральные;

-по форме представления информации - сигнальные устройства, мнемосхемы, шкалы приборов, таблицы, графики

идиаграммы, символы, тексты, формуляры и т.д.;

-по конструктивным принципам действия - индикаторы, счетчики, печатающие устройства, графопостроители, дисплеи;

-по воздействию на органы чувств человека-оператора - визуальные, акустические и тактильные.

При разработке средств отображения визуальной инфор­ мации устанавливаются углы обзора знаков; расстояния на­ блюдения; типы и значения контраста изображения; неравно­ мерность контраста элементов изображения; способы под­ светки индикаторов и экранов; способы кодирования инфор­ мации; условия внешней освещенности.

Самыми простыми приборами, которые передают человеку как качественную, так и количественную информацию, являются

стрелочные и шкальные индикаторы. Движение стрелки по не­ подвижной шкале предпочтительнее подвижной шкалы с непод­ вижной стрелкой. Однако при малых экспозициях эффективнее приборы типа счетчика (стрелка неподвижна, а шкала движется).

По форме шкалы приборы подразделяют на следующие виды:

- секторные (дуговые), когда размах шкалы менее 180 гра­ дусов;

252

-круговые, когда размах шкалы более 180 градусов;

-прямолинейные (горизонтальные и вертикальные). Шкалы приборов, несущих наиболее важную информацию,

должны иметь диаметр 120-130 мм, менее важную - 70-80 мм. Оптимальная длина штриха для малых приборов составляет 0,8-1,0 мм, для больших приборов - 1,2-1,5 мм. При выборе шкальных приборов следует учитывать соответствие типа и формы шкалы задачам считывания показаний с индикатора, а также факторы, влияющие на эффективность операции считы­ вания.

Мнемосхема является средством отображения информации, условно показывающим структуру и динамику управляемого объекта и алгоритм управления. Она должна содержать только те элементы, которые необходимы оператору для контроля и управ­ ления объектом. Форма и размеры панелей мнемосхемы должны обеспечивать человеку-оператору однозначное зрительное вос­ приятие всех необходимых ему информационных элементов. Предельные углы обзора фронтальной поверхности мнемосхемы не должны превышать зоны в 90° как в вертикальной, так и в го­ ризонтальной плоскостях. Если плоскость выходит за пределы зоны, то ее следует выполнять в дугообразной форме или соста­ вить из нескольких плоскостей (состыкованных или простран­ ственно разнесенных), повернутых к оператору. Комплекс мнемознаков, используемых в одной мнемосхеме, должен быть раз­ работан как единый алфавит. Форма знака должна соответство­ вать основным функциональным или технологическим признакам отображаемого объекта. Яркостный контраст между мнемознаками и фоном мнемосхемы должен составлять не менее 65 %.

Самыми распространенными средствами отображения ви­ зуальной информации в современном мире являются дис­ плеи - наиболее универсальные и совершенные средства ото­ бражения информации.

Дисплеи (видеомониторы, видеомодули, видеодисплейные терминалы) - это средства отображения информации, предна­ значенные для индивидуального пользования. Технически они могут быть реализованы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), жидкокристаллических мониторах (ЖК-мониторах), газораз­ рядных и светодиодных панелях, проекционных устройствах (стенных, нашлемных, очковых и др.).

Рассмотрим некоторые эргономические параметры мони­ торов современных персональных компьютеров с ЭЛТ и ЖКмониторами (табл. 9.1).

253

Таблица 9.1. Эргономические парам етры современных мониторов

*Угол наблюдения - угол между перпендикуляром, проведенным к пло­ скости знака (экрана), и прямой, соединяющей глаз человека-оператора с точ­ кой пересечения перпендикуляра с плоскостью отображаемого знака (экрана).

Яркостный контраст для позитивного изображения (пря­ мой контраст) определяется по формулам:

К ^ ф - ^ ф И л и К ^ / ^ ф ,

где Ьш - яркость элемента, - яркость фона. Если К < 0,2, то яркостный контраст считается малым; если 0,2 < К < 0,5, яр­ костный контраст средний; если К > 0,5, яркостной контраст считается большим (расчет производится по первой формуле).

Общие эргономические требования, а также требования безопасности к визуальным параметрам дисплеев и к параме­ трам электромагнитных полей, создаваемых дисплеями и яв­ ляющихся вредными производственными факторами, нашли свое отражение в международных и государственных стандар­ тах. Требования стандартов обязательны при проектировании, изготовлении, эксплуатации и сертификации дисплеев.

Эргономические требования к цветовым параметрам:

• применение цветного изображения переднего плана на ахроматическом фоне или ахроматического изображения пе­ реднего плана на цветном фоне для точного распознавания и идентификации цвета;

254

•отказ от насыщенного синего цвета для изображений, имеющих угловой размер менее 2°;

•отказ от применения синего и красного цветов спектра на темном фоне и красного цвета спектра на синем фоне;

•отказ от различных типов контраста в рамках одного ин­ формационного поля;

•отказ от насыщенных крайних цветов видимого спектра, приводящих к нежелательным эффектам глубины изображае­ мого пространства, для изображений, которые требуют непре­ рывного просмотра или чтения;

•минимальное число цветов, одновременно отображаемых на экране дисплея;

•применение не более шести различных цветов при необ­ ходимости проведения быстрого поиска, основанного на рас­ познавании цветов;

•применение не более шести различных цветов при необ­ ходимости вызова параметров цвета из памяти ЭВМ.

Ограничительные параметры искажения изображения'.

•неравномерность яркости рабочего поля экрана не более

20%;

•амплитуда смещения изображения (пространственная не­

стабильность изображения - дрожание) не более 2х 10^/, где

/- расстояние наблюдения, мм;

•изменение размеров однотипных знаков по рабочему по­ лю в пределах ±5% высоты знака;

•максимальная разность длин строк текста на рабочем по­ ле не более 2% средней длины строки;

•максимальная разность длин столбцов текста на рабочем поле не более 2% средней длины столбца.

Требования безопасности к параметрам создаваемых полей:

•электростатический потенциал экрана дисплеев на ЭЛТ не более ±500 В;

•напряженность электрической составляющей переменно­ го электромагнитного поля дисплея не более:

-25 В/м - в диапазоне частот от5 Г ц д о 2 кГ ц (для диспле­ ев на ЭЛТ - в точке, расположенной по нормали к центру экра­ на на расстоянии 0,5 м от экрана дисплея, а для дисплеев пор­ тативных компьютеров - в точке, расположенной по нормали к центру экрана на расстоянии 0,4 м от центра клавиатуры портативного компьютера);

255

-2,5 В/м - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц (для диспле­ ев на ЭЛТ - в точках, имеющих координаты 0°, 90°, 180°, 270° на расстоянии г=а!2 + 0,5 м, где а - габаритный размер дис­ плея, измеряемый по нормали к центру экрана. Для дисплеев портативных компьютеров - в точках, имеющих те же коорди­ наты, но на расстоянии 0,4 м от центра клавиатуры портатив­ ного компьютера);

•плотность магнитного потока не более:

-250 нТл - в диапазоне частот от 5 Гц до 2 кГц;

-25 нТл - в диапазоне частот от 2 до 400 кГц.

Плотность магнитного потока переменного электромагнит­ ного поля дисплея на ЭЛТ устанавливают для обоих диапазо­ нов частот в 48 точках (в горизонтальной плоскости, проходя­ щей через центр экрана, а также в горизонтальных плоскостях, расположенных на 0,3 м выше и ниже указанной плоскости) через 22°30' от нормали к центру экрана на расстоянии г = а!2 + 0,5 м, где а - габаритный размер дисплея по нормали к цен­ тру экрана. Плотность магнитного потока переменного элек­ тромагнитного поля дисплея портативного компьютера уста­ навливают для обоих диапазонов частот в тех же 48 точках, но на расстоянии г = а!2 + 0,4 м от центра клавиатуры портатив­ ного компьютера.

Требования к конструкции:

•обеспечение возможности фронтального наблюдения изображения на экране путем поворота корпуса дисплея во­ круг вертикальной оси на ±30° и вокруг горизонтальной оси в пределах от плюс 30° до минус 15° с фиксированием дисплея в заданном положении;

•матовая (диффузно отражающая) поверхность одного цвета без блестящих деталей, способных создавать блики, кор­ пуса дисплея, клавиатуры и других устройств персонального компьютера;

•не рекомендуется располагать органы управления на ли­ цевой стороне корпуса дисплея. При необходимости располо­ жения органов управления на лицевой панели они должны быть закрыты крышкой или утоплены в корпусе;

•наличие органов регулирования яркости и контраста в конструкции дисплея.

Для визуальных оптических приборов получения информа­ ции устанавливаются:

-значения увеличения оптических приборов;

-пределы регулирования фокусировки;

256

-стабильность поля зрения визуального прибора;

-диаметр выходного зрачка прибора;

-допустимые неравномерности яркости поля зрения;

-допустимые искажения изображения (сферические, хро­ матические, астигматизм и т.п.);

-расстояния между зрачками и пределы их регулирования

вбинокулярных приборах;

-качество выполнения визирных сеток, цифр и знаков в поле линзы;

-цвета и диапазоны регулирования подсветок;

-светофильтры;

-способы защиты зрения оператора от световых вспышек;

-упругость материалов и форма манжет и опор для головы оператора;

-удобство профилактического ухода за оптическими при­ борами.

Внастоящее время произошел массовый выход на рынок моделей недорогих мониторов с матрицей 1Р5 взамен техно­ логии Т№ РПт. Увеличиваются разрешения, превышая стан­ дарт Ри11 РГО (1920 на 1080 точек). Сегодня это разрешения 2560 на 1440 точек и 2880 на 1800 точек. На них ориентируют­ ся производители графических программ. Размеры мониторов с диагональю 23 дюйма, 27 дюймов и 29-30 дюймов стано­ вятся все более распространенными; толщина монитора со­ ставляет около 1,25 см; имеется механизм, позволяющий от­ клонять монитор на угол от -5 до +30 градусов. Скорость от­ клика на уровне 7-12 миллисекунд, яркость до 250 кандел на квадратный метр и контраст 1000:1; углы обзора для матрицы 1Р8 равны 178 градусам.

К современным визуальным оптическим приборам получе­ ния информации относятся шлемы виртуальной реальности на ЖК-матрицах и видеоочки. Начиная с 2008 г. на рынке появля­ ются широкоэкранные модели видеоочков. Они, как правило, представляют собой пару ЖК-матриц высокого разрешения, ко­ торые создают иллюзию 52-дюймового экрана с соотношением сторон 16:9, расположенного в двух метрах от зрителя. Оптиче­ скую систему можно корректировать независимо для каждого глаза в диапазоне от +2 до -5 диоптрий. Конструкция дужек с разъемами для наушников (входят в комплект) позволяет наде­ вать его поверх большинства обычных очков. Видеоочки могут подключаться к стандартным источникам видеосигнала. В каче­

257

стве дополнительного аксессуара имеются специальные шоры,

которые блокируют посторонний свет сбоку и сверху. Японские ученые придумали очки, в которых вместо линз -

миниатюрный проектор, закрепленный на оправе и направля­ ющий изображение прямо на сетчатку глаза.

Американскими и финскими исследователями разработана технология, позволяющая выводить текст на контактные лин­ зы. Главное препятствие, которое им пришлось преодолевать - необходимость человеческому глазу сфокусироваться на изо­ бражении, которое формируется практически на его поверхно­ сти, ведь мы можем четко видеть только те объекты, которые находятся в нескольких сантиметрах от глаз.

Функциональное назначение средств отображения инфор­ мации коллективного пользования (СОИКП) состоит в необхо­ димости одновременной информации для большого числа лю­ дей. Они используются в центрах управления энергетическими ресурсами, в диспетчерских центрах, в промышленности, на транспорте, в аварийно спасательных службах, а также на ин­ формационных и рекламных щитах на стадионах, улицах и в больших залах. Большинство СОИКП изготавливается из газо­ разрядных и светодиодных модулей или модулей на основе об­ ратной оптической проекции. Модули компонуются в виде больших экранов и видеостен размером более 15 м со сложны­ ми коммутационными системами обеспечения заданного изо­ бражения. Средства отображения информации коллективного пользования также применяются как современные домашние кинотеатры.

Особенностями средств отображения информации коллек­ тивного пользования являются:

-большие габариты экрана (диагональ экрана информаци­ онных и рекламных табло более 10 м);

-отображаемая информация предназначается большому числу наблюдателей;

-работа в сложных погодных и климатических условиях (снег, дождь, туман, ночь, ясный солнечный день, лето, зима и др.).

Самосветящиеся табло для закрытых помещений и на ули­ це для большого числа наблюдателей работают на плазменных (газоразрядных) и светодиодных панелях, которые используют прямое излучение многопиксельных структур. Газоразрядные индикаторы характеризуются широким углом зрения не менее 160° и сравнительно большим энергопотреблением. Светоди­ одные табло имеют самую высокую яркость при относительно

258

большом размере пикселей (~ 15 мм). Оба средства отображе­ ния информации коллективного пользования обладают кон­ трастом 1000 : 1 в условиях большой внешней освещенности, сроком службы не менее 100 000 ч и отсутствием вредных электромагнитных полей и мерцания изображения.

Учитывая широкое распространение средств отображения информации коллективного пользования в мире, эргономиче­ ские характеристики этих технических средств нашли свое от­ ражение в международных стандартах. Работа по подготовке международных стандартов обычно проводится техническими комитетами Международной организации по стандартизации (1п1ета1юпа1 Огдашгабоп Гог ЗШпбагсНгаПоп) (ИСО)). Междуна­ родная организация по стандартизации - это всемирная федера­ ция национальных органов по стандартизации. Каждый член ИСО, заинтересованный тематикой, для которой создан техни­ ческий комитет, имеет право быть представленным в этом ко­ митете. В работе ИСО также принимают участие различные международные правительственные и неправительственные организации; ИСО тесно сотрудничает с Международной Элек­ тротехнической Комиссией (МЭК) по всем вопросам стандар­ тизации в области электротехники. Международные стандарты, регламентирующие эргономические требования к средствам отображения информации коллективного пользования, подго­ товлены Техническим комитетом 180/ТС 159. Эргономика, Подкомитетом 8С 4. Эргономика интерактивных систем.

Стандарты устанавливают следующие технические требо­ вания и способы измерения параметров средств отображения информации коллективного пользования по оптике, фотоме­ трии и передаче цвета:

1. Расстояние наблюдения

Расстояние наблюдения должно зависеть от размера экрана и расстояния между излучающими элементами кластера и зазором составных модулей экрана. Ввиду того что наименьший размер изображения (кластер)* может быть равен 20 мм, оптимальное расстояние наблюдения (не видны стыки модулей и отдельные

* Кластер - источник света, представляющий собой компактный прибор с некоторым числом светодиодов, помещенных в общий влагозащищенный и све­ тоизолированный корпус. Существует множество различных вариантов кон­ структивного исполнения кластеров: по форме - цилиндрические, прямоуголь­ ные, шестигранные; по числу используемых светодиодов - от четырех до 62; по силе света и т. д. Если в кластере светодиоды одного цвета, то такой кластер мо­ нохромный; если двух цветов - двухцветный; если цветные - полноцветный.

259

излучатели) устанавливают путем расчета или эксперименталь­ но. Расстояние может быть от нескольких метров до нескольких сотен метров. При этом текстовая, графическая и цветная инфор­ мация излучения экрана не должны искажаться или исчезать (те­ ряться). Понятие «дефектные кластеры» означает присутствие на экране беспрерывно излучающих кластеров при изображении черного цвета, а также наличие на экране, излучающем равно­ мерно по всему полю белый или другой цвет, неизлучающих кла­ стеров или кластеров, излучающих другой цвет.

2. Угол наблюдения

Светодиодные экраны имеют сильную зависимость от угла наблюдения.

Изображение на экране должно быть отчетливым и полно­ цветным при изменении угла наблюдения ф в пределах от 30° до 80° в вертикальной и горизонтальной плоскостях, перпен­ дикулярных к поверхности экрана и проходящих через его центр (точку пересечения диагоналей). Допустимое изменение яркости излучения экрана /,ф = 0,5 ЬИ, где и 1 н - яркости экрана при наблюдении под углом ф и по нормали (под углом ф = 0°) к плоскости экрана соответственно. Допустимое изме­ нение яркости не должно зависеть от цвета излучения.

3. Яркость изображения

Учитывая функциональное назначение средств отображения информации коллективного пользования (получение информа­ ции одновременно большим числом людей, значительное рас­ стояние наблюдения, внешняя освещенность - 1-104 лк), яр­ кость излучения от изображения полезной информации должна быть не менее 3000 кд/м2. В полноцветных экранах яркость из­ лучения белого цвета равна 10 000 кд/м2, а яркость каждого ос­ новного цвета должна быть не менее 1500 кд/м2. Уменьшение яркости изображения в белом и цветном изображении при из­ лучении под углом ± 50° от нормали к экрану по сравнению с яркостью излучения по направлению нормали не должно пре­ вышать 50%. В целях энергосбережения, комфортного наблю­ дения экрана в темное время суток или при работе табло в за­ крытых помещениях рекомендуется устанавливать регулятор яркости. В результате его воздействия максимальная яркость может быть снижена в 10-100 раз.

4. Контраст изображения

В условиях внешней освещенности экрана наименьшее зна­ чение контраста цветного изображения при излучении основ­ ных цветов должно быть 100, а контраст в белом свете - 300,

260