2.9 Метрический повтор
Метрический повтор или “метр” – это многократное повторение какого либо элемента через равные интервалы в форме изделия. В технике метрический повтор часто обусловлен конструкций, использованием унифицированных и стандартных элементов: окна – иллюминаторы на фюзеляже самолета или корпусе корабля; ряд одинаковых пневматических манипуляторов и пультов управления, расположенных вдоль транспортера автоматической сборочной линии; ряды кнопок, тумблеров и индикаторных приборов в пультах управления, кнопки клавиатуры ЭВМ, болты и др.
Зачастую в одном техническом объекте развивается несколько рядов метрически повторяющихся объектов (окна, двери и вагоны электрички метро, ряды парт, сидений и светильников в этой аудитории и т.д.)
Композиционная стройность такой системы покоряет своей упорядоченностью, облегчает целостное восприятие формы и упорядочивает трудовой процесс человека с таким объектом.
Однако наличие метрического повтора еще не гарантирует гармонии. Напротив, однообразие повтора одного элемента может вызвать то же уныние, которое возникает при взгляде на уходящий вдаль дощатый забор.
Рассмотрим на условных моделях некоторые общие закономерности композиции, связанные с метрическим повтором. Вот 3 квадрата – это ряд? Скорее нет. Число элементов здесь (Рис. 2.27) невелико и поэтому это воспринимается просто как 3 отдельных элемента.
Метрические ряды бывают простые (повтор одного элемента) и сложные. Когда метрических рядов несколько, следует выделить главный и второстепенный ряд и сделать так, чтобы второстепенный дополнял главный (рис. 2.29, 2.30, 2.31).
Смотрите на столы у доски (ауд. 41). Это, ряд. Но вот он объединен единой линией состыкованных столешниц. И это резко ослабило видение ряда. То же – продольная линия на вагонах метро ослабляет влияние повтора.
Заметим, что в таких композициях недопустимо даже малое (почти незаметное) изменение шага, формы или цвета выделяемого элемента. Композиция этого не терпит. (Но: Парфенон – крайние колонны, смотрящиеся на просвете неба, умышленно сделаны чуть толще других, иначе бы из-за особенности зрительного восприятия мы как раз бы и ощутили это малое отклонение их шага).
2.10 Ритм
В ритмических рядах мы видим закономерность постепенных количественных изменений в рядах чередующихся элементов – в нарастании или убывании чередований, объема или площади, сгущений или разрежений структуры. Таким образом, ритм проявляется в закономерном изменении порядка, и зрительная реакция на ритм – это тоже реакция на порядок, но порядок ритмический. Ритм задает форме активное композиционное движение, связанное с проявлениями динамичности и с композиционным равновесием. В художественном конструировании он используется обычно в объектах, в которых сама конструкция предопределяет его наличие (например, высоковольтная мачта).
Готическая архитектура – острейший, напряженный ритмический строй. Но ритмический ряд имеет особую проблему - конца и начала (смотри, например, рисунки на тканях – рис. 2.32, 2.33, 2.34).
ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
3.1 Эргономические требования к системам «Человек-машина-окружающая среда» и пути их реализации при проектировании
Любое техническое изделие, - будь-то инструмент, швейная машина, станок, автомобиль или подводная лодка, - обслуживается человеком и поэтому должны создаваться с учетом “человеческого фактора”.
Часто человек и машина в процессе ее функционирования как бы сливаются в единую органически целостную систему “человек-машина”: водитель-автомобиль, летчик-самолет, велосипедист-велосипед (в этом последнем случае человек не только управляет движением велосипеда, но и выполняет роль движителя). Очевидно, что функционирование таких систем непосредственно связано и с состоянием окружающей среды. Водитель, например, управляет движением автомобиля в соответствии с качеством дороги, движением другого транспорта, сменяющими друг друга дорожными знаками и проч.
Подобная ситуация имеет место и при эксплуатации других технических объектов, в том числе машин-автоматов, хотя на первый взгляд кажется, что машина-автомат может создаваться без оглядки на “человеческий фактор” (ведь на то она и автомат, чтобы функционировать без участия человека!). На самом же деле и здесь все – от сборки, наладки до обслуживания автомата – тоже непосредственно связано с удобством выполнения этих операций человеком в конкретных условиях внешних воздействий окружающей среды.
Поэтому при создании машины должны учитываться требования не только к ней, но и ко всей системе “человек - машина – окружающая среда” (ЧМС). Такой подход обусловил неразрывные связи между техническими дисциплинами и науками о человеке, его трудовой деятельности. На их стыке и возникла комплексная наука – эргономика.*
Она базируется на технических науках, инженерной психологии, гигиене труда, социологии, физиологии, антропометрии и др. Эргономика изучает функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью обеспечения функциональные возможности человека в трудовых процессах с целью обеспечения ему удобства и оптимальных условий для высокопроизводительного труда (Примеры: цветные страницы и вырезы для букв алфавита в справочниках, построение клавиатуры ЭВМ и сервисных программ, кресло дантиста, рабочая зона токарного станка и др.).
Одной из важнейших задач проектирования современных ЧМС, обеспечивающих надежность их функционирования, является правильное распределение функций между машиной и оператором с учетом психофизиологических и иных возможностей человека (Примеры: просчет конструкторов первых РЛС в Англии, полуавтомат сварки сеток генераторных ламп на “Светлане” и др.).
Другой важнейшей задачей эргономического проектирования является снижение утомляемости человека-оператора, создание ему комфортных условий труда.
В целом эргономические показатели качества промышленных изделий, их классификация и номенклатура отражены в ГОСТ 16035-81. В крупном плане эргономичность технических объектов оценивается следующими свойствами: управляемость, обслуживаемость, освояемость, обитаемость. Эти свойства обеспечиваются при проектировании с учетом следующих групп эргономических требований: гигиенических, антропометрических, физиологических и психофизиологических, психологических и социально-психологических.
Гигиенические требования устанавливаются соответствующими санитарно-гигиеническими стандартами, нормативами и рекомендациями (по уровню освещенности рабочей зоны, шума, вибрации, температуры и т.п.). Они определяют безопасные условия работы человека-оператора, обеспечивают гигиенические условия жизнедеятельности и работоспособности человека при его взаимодействии с изделием и средой.
Антропометрические характеристики определяются полом, размерами, формой тела человека-оператора и его отдельных частей. Учет антропометрических требований должен обеспечить рациональную позу оператора, предохраняющую его от быстрого утомления, удобство взаимодействия с органами управления машиной.
Физиологические требования определяются соответствием технического объекта силовым, скоростным, энергетическим и другим биомеханическим возможностям человека-оператора. Психофизиологические требования ориентируют проектировщиков на приспособление создаваемого изделия к особенностям функционирования органов чувств человека. Это позволяет человеку получать без искажений оперативную информацию об объекте управления.
Психологические требования устанавливают соответствие проектируемого объекта возможностям и особенностям восприятия, памяти, мышления, образования, закрепленными и вновь формируемым навыкам человека-оператора (например, сонаправленность движений органа управления и управляемого объекта - станок 16К20).
Социально-психологические требования прежде всего важны для создания технических объектов, управляемых группой операторов на своих рабочих местах (орудийный расчет, экипаж самолета и др.)
Кратко рассмотрим эти группы эргономических требований.
Отметим основные физиолого-гигиенические требования ко всей проектируемой системе ЧМС и особенно к рабочему месту (РМ) оператора. Основными факторами, влияющими на качество выполнения работы, работоспособность оператора и сохранение его здоровья являются: освещенность, вибрация, шум, микроклимат и проч.
При проектировании рабочего места необходимо учитывать ряд психофизиологических требований. Так, во время работы движения человека должны подчиняться принципам естественности, одновременности, симметричности, ритмичности, экономии движений, а также некоторым закономерностям, связанным со скоростью и точностью движений.
В соответствии с принципом естественности необходимо, чтобы движения завершались в пределах поля зрения, и каждое из них завершалось в положении удобном для начала следующего движения. Желательно, чтобы предыдущие и последующие движения были плавно связаны.
В соответствии с принципом одновременности необходимо, чтобы обе руки по возможности одновременно начинали и заканчивали действия и выполняли одну и ту же операцию. Если работает одна рука, то другая не должна бездействовать.
Принцип симметричности движений требует, чтобы при работе двумя руками движения их были симметричными и противоположными по направлению.
В соответствии с принципом экономии движений они должны производиться с максимальной начальной скоростью (толчком), которая затем постепенно уменьшается. Движения, по возможности, должны быть направлены вниз (в сторону действия силы земного тяготения). Такие движения наименее утомительны.
Принцип ритмичности движений заключается в том, что движения должны быть не только пространственно ограниченными и простыми, но и ритмичными, конечно предпочтение следует отдать свободному ритму.
Отметим некоторые закономерности, связанные со скоростью и точностью рабочих движений:
плавные движения по кривой быстрее движений по прямой или ломаной траектории;
движения рук в горизонтальной плоскости осуществляется быстрее и точнее, чем в вертикальной;
диапазон скоростей движений руки колеблется от 0,0001 (движения пальцев при очень точной регулировке) до 8,0 м/с (движение кисти при метании).
Освещенность РМ естественным светом предпочтительна, а окраска и фактура стен и потолков должны способствовать хорошему отражению и рассеиванию света.
В соответствующих стандартах по охране труда имеются нормы и правила выбора освещенности для различных видов работ.
Здесь отметим рекомендации по освещенности РМ, связанные с особенностями зрительного восприятия:
для мелких темных предметов, с которыми работает оператор, следует создавать как можно более светлый фон, а для светлых – темный;
блестящие предметы следует освещать рассеянным светом;
фактура предметов выявляется лучше, если они освещаются светом, падающим на поверхность предмета под небольшим углом;
следует избегать резкого контраста в освещении объекта обработки и окружающего фона (соотношение освещенностей не должно превышать 10:1);
в поле зрения не должно быть источников блесткости;
избегать ритмического чередования в поле зрения темных и светлых поверхностей.
Весьма важно также место расположения источника искусственного освещения над рабочей зоной и то, чтобы свет рассеивался без резких теней.
С точки зрения психологии желательно, чтобы цвет искусственного освещения (по спектральному составу) максимально приближался к спектру естественного света. Так, если производительность труда оператора при дневном освещении принять за 100%, то при желтом свете она составит 93%, при зеленом – 92%, при голубом – 78%, при красном и оранжевом – 76%.
Вибрации. Рабочий инструмент, приводы и машина в целом часто является источником повышенных вибраций, которые вызывают утомление оператора, а при превышении установленных норм вредно воздействует на здоровье человека. (Пример: обработка пневмоинструментом крупных отливок на Невском машиностроительном заводе.)
Вред
от вибрации зависит от ее частоты,
амплитуды
,
энергии и других параметров. При этом
нужно иметь ввиду, что каждая часть тела
человека имеет свою собственную
резонансную частоту. Во избежание
опасных последствий внутренние органы
человека не должны подвергаться
колебаниям свыше 5…6 Гц, позвоночник и
грудная клетка – 11 Гц, глаза – 75 Гц,
челюсть – 100 Гц, шея (поперек) – 28…34Гц.
Поэтому при проектировании систем ЧМС нужно стремиться устранить источники вибраций или снизить их уровень, или же изолировать от них рабочую зону оператора.
Если же работа оборудования по своей сути связана с вредной вибрацией, то необходимо проектировать систему ЧМС так, чтобы уровень вибраций, воздействующий на оператора, не превышал следующих значений:
2…6 Гц – на сидящего человека,
4…12 – на стоящего человека,
20…50 – на голову,
30…40 – на руку и кисти рук,
60…90 – на глаза.
Следует иметь в виду, что человек хуже переносит колебания, направленные вдоль оси тела (т.е. вертикальные), нежели поперечные (горизонтальные), а также то, что возможность амортизации колебаний у сидящего оператора меньше, чем у работающего стоя.
Шум. Уровень шума в промышленности, на транспорте, на улицах постепенно растет. Шум снижает производительность труда, вызывает головные боли, бессонницу, нервные и другие расстройства. Например, длительное воздействие шума с интенсивностью 90 дБ снижает производительность на 30…60%. Высокочастотный шум утомительнее низкочастотного. Самое вредное воздействие оказывает узкополосный шум, имеющий в своем составе высокие тона. Инфразвуки (2…15 Гц) также снижают внимание человека, увеличивают время его реакции и затрудняют мышление.
Для умственной, сосредоточенной работы уровень шума не должен превышать 40…55 Гц. При 85…90 дБ уже нельзя поддерживать голосовую связь даже через громкоговоритель.
Вот примеры уровня шума в различных ситуациях:
30 дБ – читальный зал, операционная палата;
50 дБ – разговорная речь на расстоянии 1 м;
75 дБ – звонок телефона;
70…80 дБ – механические цеха;
110…120 дБ – клепка, чистка отливок пневмоинструментом;
140 дБ – реактивный самолет.
При этом нормальный шум жизненного пространства человек не воспринимает. Он ему просто необходим. Абсолютная тишина непривычна для человека и плохо влияет на его психику. Некоторые разновидности “шума” просто приятны для человека: шум морского прибоя, шум леса, ветра и т.д.
Исследование показали, что тихая и ненавязчивая инструментальная музыка способствует повышению производительности труда (на 6…10%), улучшает настроение, снижает нервное напряжение. Но к выбору музыки нужно подходить со знанием дела, иначе можно получить противоположный результат. Нельзя, например, чтобы музыка звучала непрерывно всю смену.
В арсенале разработчиков имеются самые разнообразные конструктивные меры для уменьшения уровня шума (глушители, звукоизоляционные покрытия и материалы, противошумные шлемы и т.д.). Но лучше всего не бороться с шумом, а находить конструктивные решения с меньшим уровнем вредного шума.
Микроклимат рабочего места также влияет на производительность труда, на настроение и здоровье оператора. Почти 50% профессиональных заболеваний связано с воздействием микроклимата (высокая запыленность, сквозняки, отклонения температуры от нормы, горячая штамповка, запахи и др.). Неблагоприятные микроклиматические условия существенно снижают производительность труда. Поэтому проектирование системы ЧМС должно предусматривать возможность регулировки параметров оборудования и окружающей среды, конструктивное решение рабочей зоны, обеспечивающих комфортные условия труда. (Но и здесь вопрос следует решать с системных позиций – пример просчета с “чистыми зонами” на “Светлане”.) Заметим также, что с позиций технической эстетики, ольфатроники, запахи от нечистот не следует маскировать приятно пахнущими веществами. Их следует всемерно устранять (птицефабрики, мясокомбинаты).