3.2 Особенности зрительного восприятия
Известно, что 90-95% информации о внешней среде человек получает через зрительное восприятие.
При компоновке рабочего места оператора, станочника, водителя автотранспорта необходимо знание границ зрительного поля. Зрительное поле при фиксированном положении глаз и горизонтальной линии взора подразделяется на три зоны (рис 3.1,а):
зона центрального зрения (“желтое пятно”) – 1,5°…3° - обеспечивает наиболее четкое восприятие предметов;
зона мгновенного зрения – около 18° соответствует пространству также с достаточно хорошим восприятием предметов в течении ограниченного времени наблюдения;
зона эффективной видимости (30°) – пространство, в котором возможно достаточно четкое восприятие при условии концентрированного внимания.
Поле зрения свыше 30° - зона расплывчатого восприятия.
П
ри
движении глазного яблока поле зрения
(зона обзора) увеличивается, а при не
утомительных поворотах головы (30°
- по вертикали и 45°
- по горизонтали) достигает 130° по
вертикали и 220° по горизонтали.
Даже при фиксации взгляда на какой-либо точке глаз непроизвольно совершает малые колебания с амплитудой до 18. Такое явление называется моторикой глаза. Движение глаза играет значительную роль в формировании зрительного образа. Основной поток зрительной информации поступает на небольшой центральный участок сетчатки (цветное зрение). Периферия сетчатки служит для обнаружения объектов и наведения на них взгляда. Большой предмет рассматривается глазом скачкообразными движениями от одного участка к другому. Размах скачков колеблется от 5…10 до 18…20°. Угловая скорость движения глаза во время скачков очень велика и достигает 400°/с. При этом около 3% времени затрачивается на движение, а остальное время составляет паузу (фиксированный взор). Но продолжительность паузы невелика – 0,2…0,5с. Следует отметить, что во время скачка глаз ничего не видит. Считается, что скачкообразный характер движения глаз предопределяет целесообразность применения ритмических композиций.
Важно знать и другие особенности зрительного восприятия:
глаз имеет различную чувствительность в пределах поля зрения: она резко уменьшается от центра к периферии;
подвижные объекты воспринимаются периферическим зрением значительно лучше, чем неподвижные;
объем зрительного восприятия весьма ограничен: глаз воспринимает одновременно не более 5…7 отдельных предметов;
горизонтальные движения глаз осуществляются быстрее вертикальных и они менее утомительны; горизонтальные размеры и пропорции глазом оцениваются точнее вертикальных;
глаз обладает определенной инерционностью и поэтому прямые линии воспринимаются им легче, чем кривые, а плавные сопряженные переходы – легче, чем ломанные;
предшествующие образы оказывают влияние на восприятие последующих в процессе быстрой смены объектов восприятия (“последействие образов”); так, если после продолжительного взгляда на кривую линию перенести взор на прямую, то она будет казаться изогнутой.
Антропометрические факторы проектирования систем чмс. Соматография
Уже отмечалась необходимость учета размеров человеческого тела и его частей при проектировании систем ЧМС. Изучением размеров человеческого тела занимается антропометрия (от греч. Anthropos - человек) на большом количестве людей по определенной методике. Так, в 1966 г. НИИ антропологии МГУ провел обследования 300000 человек (рис.3.2). По результатам таких обследований строятся таблицы размеров тела, которыми следует руководствоваться при проектировании оборудования.
Понятно, что такие антропометрические исследования необходимо проводить и с детьми для рационального проектирования школьной мебели, игрушек и пр.
В
настоящее время эти цифры, видимо,
несколько выше в связи с акселерацией
и с учетом некоторых других факторов.
А
нтропометрические
данные населения разных стран отличаются
друг от друга. Так, средний рост мужчины
в США составлял 178 см, а японца – 162 см.
Самые высокие европейцы – в Шотландии
(179) и в Швеции (178), а самые низкорослые
европейцы – испанцы и венгры (163).*
При разработке некоторых типов машин необходимо учитывать, что эксплуатировать их могут люди большого и малого роста (от 150 до 200 см). Например, проектируя кабину автомобиля, конструктор должен позаботиться о
том, чтобы в ней с удобством размещался не только человек высокого, но и низкорослый человек свободно доставал бы наиболее удаленные органы управления. Для этого габариты кабины нужно рассчитывать на высокого человека, а расстояние до органов управления определять из возможностей двигательного аппарата человека низкого роста. Может быть использовано регулируемое сидение.
При разработке производственных машин и оборудования обычно ориентируются на размеры человека среднего роста. Для наиболее характерных случаев производственной деятельности человека (сидя, стоя, выполнение особо точных работ и т.д.) составлены таблицы и схемы (рис.3.3), на которых указаны рекомендуемые по антропометрическим соображениям размеры проектируемого оборудования. При этом конструктор часто использует и так называемую нейтральную зону – 50…100 мм. Изменение некоторых размеров машины и рабочей зоны в этих пределах благодаря маскирующим факторам мало ощущается человеком и не снижает его работоспособности.
Рабочее место оператора должно составлять с конструкцией машины единый комплекс. Конструктор должен обеспечить естественное положение тела оператора во время работы с возможностью смены и чередования рабочих положений.
Во многих случаях рабочая поза стоя является основной (работа на металлорежущих станках, на крупном кузнечно-прессовом оборудовании и т.п.). В этой позе человек обладает максимальными возможностями в отношении обзора, передвижения, досягаемости органов управления и развиваемого усилия (рис.3.4). С целью обеспечения возможности удобного захвата рабочих органов следует предусмотреть возможность легкого наклона туловища вперед (10…15°).
Высоту от пола до рабочей поверхности следует брать в пределах 700…1100 мм, т.е. исходя из размеров человека высокого роста.
Огромное число производственных, дорожных и подъемно-транспортных машин рассчитаны на работу оператора сидя. Работа в этом положении менее утомительна, чем стоя, а движения оператора отличаются наибольшей точностью и быстротой. Удобство позы сидя обеспечивается рабочим креслом, высотой и глубиной рабочей зоны, размерами пространства для ног. Ноги обязательно должны опираться о пол или подставку.
Высота до рабочей поверхности при работе сидя:
при обычной работе – 700…750 мм;
при особо точных работах – 900…1100 мм;
на станках – 800…850 мм.
Хотя максимальная рабочая зона рук ограничена дугой R720, однако основные и часто используемые органы управления должны располагаться в пределах оптимальной рабочей зоны, ограниченной дугой, описываемой согнутой в локтевом суставе рукой (R300) с относительно неподвижным плечом.
Минимальные размеры пространства для ног при работе сидя:
Высота – 630 мм, ширина – 450 мм, глубина – 400 мм.
Для некоторых видов оборудования рабочая поза оператора может быть переменной (сидя и стоя).
Знание антропометрических соотношений позволяет решать и некоторые задачи охраны труда оператора. Например, выбор высоты и расположения ограждения рабочей зоны.
При проектировании рабочих мест и оборудования, требующего значительных усилий оператора необходимо иметь ввиду, что сила человека зависит от возраста, пола, тренированности, удобства рабочей позы, психического состояния и других причин. В трудовых процессах требуемые усилия оператора не должны превышать 1/3 максимально развиваемого человеком усилия. (Женщинам запрещено регулярно поднимать и переносить грузы свыше 15 кг, а мужчинам – свыше 30 кг)
Величина развиваемой человеком силы в значительной степени зависит от направления движения рук и ног. Так, движение в направлении к телу более эффектно в положении сидя, чем стоя. Мгновенная максимальная сила “притягивания” в положении сидя может достигать 1100 Н (при средней силе 300…500 Н), а сила, развиваемая ногами (в положении сидя), может достигать 1600…2000 Н в физиологически оптимальной зоне ног.
В дизайнерской практике при анализе удобства обслуживания проектируемой машины оператором широко используют метод соматографии и подвижные модели фигуры человека. Соматография (от греч. Soma - тело) – это схематическое изображение на геометрических чертежах обслуживаемой машины тела человека-оператора (обычно в масштабе М1:10) в ортогональных проекциях. При этом изображают также оптимальную рабочую зону и зону максимального захвата, а также зрительное поле оператора. Обычно используют контурное изображение человека (рис.3.5). Удобно для этих целей использовать подвижные масштабные модели фигуры человека, выполненные на шарнирах из тонкого прозрачного листового материала. Модели придается нужная поза, она накладывается на чертеж общего вида проектируемого изделия, обводится и анализируется проектная ситуация. При этом следует иметь ввиду, что соматография не учитывает особенности отдельного человека и ориентирована на средние размеры человека-оператора.
Эргономический анализ существующих машин и оборудования обычно производится в такой последовательности: позиционный анализ, динамический анализ взаимодействия оператора с машиной, анализ усилий, прикладываемых к органам управления, анализ информации о работе машины и средств ее отображения.
Позиционный анализ выявляет положение тела оператора во время работы и соответствие ему расположения органов управления и контроля.
Динамический (скорее – кинематический) анализ выявляет траектории движения оператора, изменение поз, длительность рабочих операций (поз) и проч. Хорошую помощь в этом оказывает фото- и видеосъемка. Уточняется частота и алгоритм использования всех органов управления и контроля, составляется матрица частоты использования органов управления. Такой анализ позволяет предложить более рациональную компоновку органов управления и контроля машины.
Удобство работы оператора во многом зависит от усилий, которые он должен прикладывать к органам управления, от их направленности, траектории и требуемой плавности движения. Эргономический анализ модернизируемого оборудования позволяет предложить конструктивные решения, повышающие удобство его эксплуатации. Если оборудование только проектируется, то достоверность результатов эргономического анализа и проектирования существенно повышается при компьютерном трехмерном моделировании работы оператора и машины, а также при натурном макетировании.