Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

Основы эргономики Лекционный курс

Методические указания для студентов

Красноярск

СФУ

2012

УДК 73/76

ББК 85.11

И…

Рецензенты: Смирнова И.Н., старший преподаватель кафедры Дизайн архитектурной среды Института архитектуры и дизайна СФУ

Составитель Истомина В.Н..

И…Основы эргономики. Лекционный курс: Методические указания для студентов/В.Н.Истомина. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 28 с.

Лекционный курс знакомит студентов с основами эргономического проектирования архитектурной среды и служит в дальнейшем теоретической основой для их творческой проектной деятельности. Методические указания предназначены для студентов специальности 270302.65 - Дизайн архитектурной среды.

УДК 73/76

ББК 85.11

© Сибирский

федеральный

университет, 2012

Введение

Методические указания предназначены для самостоятельного изучения теории дисциплины «Основы эргономики».

Целью лекционного курса дисциплины является получение студентами теоретических знаний по эргономическому проектированию архитектурной среды.

Структура методических указаний содержит Модуль 1. Антропометрия в эргономике, в составе которого 6 тем лекционных занятий. Модуль 2. Эргономика архитектурно-дизайнерской среды, в составе которого 12 тем. Методические указания завершаются вопросами к экзамену и литературой.

Модуль 1. Антропометрия в эргономике

Лекция 1.1.

Предмет и основные задачи эргономики.

Название эргономика происходит от греческого ergon – работа, nomos – закон. Эргономика вырабатывает требования, прежде всего, к организации производства: рабочих мест, средств управления, информации. Эргономика исследует человека в его разных видах деятельности.

Предметом эргономики является изучение закономерностей взаимодействия человека (или группы людей) с искусственной средой, с техническими средствами в разных видах деятельности.

Задачей эргономики является проектирование и совершенствование процессов выполнения той или иной деятельности человека в контакте с предметной средой, влияющей на его психофизиологическое состояние.

Междисциплинарные связи эргономики. Эргономика руководствуется данными различных областей знаний:

гигиены труда, изучающей влияние на организм человека трудовых процессов, воздействий производственной среды и разрабатывающей гигиенические нормативы и мероприятия по обеспечению благоприятных условий труда и предупреждению профессиональных заболеваний;

функциональной анатомии человека, которая выявляет взаимосвязи особенностей строения органов и систем человеческого организма с характером их функционирования (особый интерес представляет здесь взаимная обусловленность морфологических, биохимических и психических характеристик);

антропометрии, разрабатывающей систему измерений человеческого тела;

различных отраслей психологии (классической психологии, психологии труда, социальной психологии и психологии личности, инженерной психологии, психогигиены и психоневрологии и др.)

технических и математических наук (кибернетики, системотехники, общей теории систем, квалиметрии.)

Эргономические требования к проектируемым объектам делятся на антропометрические, физиологические, психофизиологические, социально-психологические, гигиенические.

Лекция 1.2.

Понятие «функциональное состояния» человека

Функциональное состояние человека является сложной системной реакцией индивида. Для разных состояний характерны определенные сдвиги в основных психических процессах – восприятии, внимании, памяти, мышлении, эмоционально-волевой сфере. Многочисленны состояния, которым сопутствуют комплексы субъективных переживаний: усталость, вялость, бессилие – при утомлении; скука, апатия, сонливость – при монотонии; тревога, нервозность, переживания опасности страха – при повышенной эмоциональной напряженности.

При некоторых видах утомления меняются показатели сердечно-сосудистой системы, в частности уменьшение силы сердечных сокращений и объема выталкиваемой крови. При интенсивной физической нагрузке увеличиваются энергетические потребности организма, что приводит к увеличению скорости и объема кровотока.

Основанием для классификации функциональных состояний служит критерий адекватности ответной реакции организма на требования выполняемой деятельности. Согласно этой концепции все состояния человека можно разделить на состояния адекватной мобилизации и динамического рассогласования. Состояние адекватной мобилизации характеризуется полным соответствием степени напряжения организма условиям деятельности. При ее отсутствии возникает состояние динамического рассогласования.

Понятия «надежность системы человека-машины» и «цена деятельности». Выполнение любой деятельности возможно лишь при нормальном режиме функционирования системы человек-машина. Для оценки эффективности работы этой системы в эргономических исследованиях обычно используется понятие: надежность системы человек-машина. Критерием надежности является безотказность, безошибочность и своевременность выполнения необходимой деятельности всей системы человек-машина. Поскольку самым сложным ее элементом является человек, то труднее всего разработать критерии надежности применительно к нему.

С этой точки зрения важнейшим оказывается понятие цена деятельности, т.е. величина физиологических и психологических затрат, обеспечивающих выполнение той или иной деятельности.

Понятия надежности и цена деятельности служат основанием для наиболее общей классификации функциональных состояний. Все их множество делится на два класса: допустимые и недопустимые (разрешенные и запрещенные).

Лекция 1.3.

Антропометрические характеристики в эргономике

Антропометрические характеристики человека служат основой при нормировании функциональных размеров всей предметно-пространственной среды.

Измерениями человеческого тела занимается антропология, которая представляет собой метод изучения человека, основанный на измерении морфологической и функциональных признаков его тела.

Классические и эргономические антропометрические признаки. Классические используют при изучении пропорций и конструкции тела, возрастной морфологии, для сравнения морфологических характеристик различных групп населения, а вторые – при проектировании изделий и организации труда.

Ориентирами антропометрических признаков выступают антропометрические точки, линии и плоскости. Пространственную ориентацию тела и его частей осуществляют в системе трех взаимно перпендикулярных осей, в соответствии с которыми различают и три основные плоскости:

сагиттальную, проходящую вертикально через переднюю и заднюю серединные линии (она делит тело человека на правую и левую части);

фронтальную, проходящую вертикально и являющуюся перпендикулярной по отношению к сагиттальной (она делит тело на переднюю и заднюю части);

горизонтальную, проходящую параллельно линии горизонта (она делит тело на верхнюю и нижнюю части).

Статические и динамические антропометрические признаки. Эргономические антропометрические признаки по способам измерений и в зависимости от сферы использования можно разделить на статические и динамические. Те и другие в свою очередь делятся на габаритные и размеры отдельных звеньев тела, а также на линейные, периметровые и угловые. Линейные признаки делятся на продольные, поперечные, передне-задние и т.п.

Статические антропометрические признаки – это размеры тела, измеренные однократно в статическом неизменном положении тела человека.

Они включают размеры от дельных частей тела и габаритные, т.е. наибольшие размеры в разных положениях и позах человека.

К динамическим антропометрическим признакам относятся размеры тела, изменяющие свою величину при угловых и линейных перемещениях измеряемой части тела в пространстве.

При использовании числовых значений антропометрических признаков следует учитывать их особенности, обусловленные полом, возрастом, национальностью и другими факторами. Особое внимание следует обращать на значительные половые различия большей части признаков, т.к. многие изделия предназначены одновременно и для мужчин и для женщин.

Национальные различия несколько меньше, чем половые, но также значительны, особенно по продольным размерам в положении стоя. Возрастные различия антропометрических признаков взрослого населения выражены не резко. Для определения размеров элементов и изделий детской мебели пользуются антропометрическими признаками, объединенными по ростовым группам.

Лекция 1.4.

Метод перцентилей в эргономических расчетах

В основу общих правил использования антропометрических данных при расчете параметров рабочих мест и производственного оборудования положен метод перцентилей.

Перцентиль – сотая доля измеренной совокупности людей, выраженная в процентах, которой соответствует определенное значение антропометрического признака.

Если площадь, ограниченную кривой распределения, или всю совокупность наблюдений разделить на 100 равных частей, то получим 99 перцентилей. Каждый перцентиль имеет свой порядковый номер: 1-й перцентиль отсекает в распределении частоты наименьших значений антропометрического признака, соответствующие 1% от суммы всех частей; 2-й перцентиль – значения, составляющие 2% и т.д.; 50-й перцентиль в нормальном распределении соответствует средней арифметической величине.

При проектировании изделий, оборудования, организации рабочих мест и интерьеров необходимо помнить, что удобство их эксплуатации должно обеспечиваться для 90% работающих или отдыхающих. Поэтому в практике проектирования чаще используют значения признаков, соответствующие 5-му и 95-му перцентилям, а также 50-му.

Например, если необходимо определить высоту или ширину прохода, высоту пространства под крышкой стола ( для размещения ног сидящего), то надо принимать значения 95-ого перцентиля, а при определении высоты сиденья – 50-ого перцентиля. В таком случае принятые габаритные размеры пространства или изделия будут удовлетворять максимальное число людей.

Лекция 1.5.

Положение тела.

Рабочая поза. Формы рабочих движений

Пространственная компоновка рабочего места, величина усилий на органы управления, параметры обзорности определяются, прежде всего, положением тела работающего.

Наиболее распространены положения стоя и сидя, реже – лежа. Каждое из положений характеризуется определенными условиями равновесия, степенью напряжения мышц, состоянием кровеносной и дыхательной систем, расположением внутренних органов и, следовательно, расходом энергии.

Выбор рабочего положения связан с размерами моторного пространства, величиной и характером (статическая, динамическая) рабочей нагрузки, объемом и темпом рабочих движений, требуемой степенью точности выполнения операций, особенностями предметно-пространственного окружения.

Положение стоя характеризуется неустойчивым равновесием. Площадь опоры в этом положении исчисляется поверхность. Стоп, соприкасающихся с опорой, и пространством, заключенным между ними. Положению стоя свойственно более естественное положение позвоночного столба, грудной клетки, таза. В этом положении человек имеет благоприятные условия для зрительного обзора, перемещения и зрительно-моторной координации. Однако оно более утомительно по сравнению с другими положениями, т.к. требует значительной работы мышц по удержанию равновесия тела и выпрямленной позы.

При длительном сохранении позы в положении стоя увеличивается давление в сосудах нижних конечностей, вызывающее застой крови в них, что может способствовать возникновению патологических изменений. Поэтому в положении стоя следует избегать фиксированных поз, рекомендуются частая их смена и кратковременные перерывы для отдыха в положении сидя.

Положение лежа обеспечивает устойчивое равновесие тела ввиду большой опоры и низкого расположения общего центра масс. В этом положении активность мышц, поддерживающих конкретную позу человека, незначительна, однако более выражена активность мышц, непосредственно соприкасающихся с опорной поверхностью.

Положение лежа допускается в исключительных случаях, так как оно резко ограничивает моторные функции человека, ухудшает моторную координацию, уменьшает зону обзора. Выполнение основных рабочих операций в положении лежа сопровождается утомительной статической работой, связанной с напряжением шейных мышц и плечевого пояса при удержании головы и рук.

Положение сидя характеризуется неустойчивым равновесием, но площадь опоры здесь значительно больше благодаря использованию приспособлений для сидения. Работа сидя имеет преимущества перед работой стоя: происходит разгрузка мышц нижних конечностей и органов кровообращения, что снижает энергетические затраты организма на 10-20%. Однако, длительное пребывание в положении сидя также может способствовать возникновению ряда патологических явлений: расслаблению мышц живота, сутулости, опущению внутренних органов, появлению остеохондрозов, радикулитов и т.п.

При сидении человек больше устает от недостатка движения. Кроме того, в положении сидя ограничивается возможность передвижения, сокращаются зоны досягаемости, а также уменьшаются силовые возможности.

Рабочая поза. Поза – взаиморасположение звеньев тела, независимое от его ориентации в пространстве и отношения к опоре. Термин «рабочая поза» обозначает наиболее частое и предпочтительное взаиморасположение звеньев тела при выполнении трудовых операций (корпус выпрямлен, наклонен вперед, откинут назад, руки на подлокотниках, на весу, ноги на педалях, на подставке и т.п.). Рабочая поза динамична.

Формы рабочих движений подразделяются на механические, физиологические и психические.

Механическая форма рабочих движений определяется следующими параметрами: пространственными, характеризующимися амплитудой (длиной), траекторией (формой), направлением (поступательным, вращательным), степенью симметричности или асимметричности; временными, обусловленными скоростью, ускорением, темпом, ритмом, цикличностью или ацикличностью; силовыми, характеризующимися величиной и направлением усилий, развиваемых основными работающими группами мышц при взаимодействии с предметами и средствами труда; точностными (во времени, пространстве, по силе и т.п.).

Физиологические рабочие движения обеспечиваются двумя простейшими формами мышечной активности: динамической (собственно движение); статической (поддержание рабочей позы).

Психические формы рабочих движений классифицируются: по функции в трудовом процессе; по решаемой в движении задаче; по степени выраженности сознательного контроля за выполнением движений (автоматизированные или неавтоматизированные).

Лекция 1.6.

Базы отсчета при конструировании рабочего места

Под пространственной организацией рабочего места понимается размещение в определенном порядке элементов основного и вспомогательного оборудования относительно работающего человека (или людей). Рабочее место складывается из пространства необходимого для оборудования, его ремонта, для прохода и сенсомоторного пространства.

Расчеты и измерения компоновочных параметров рабочих мест следует проводить в ортогональной системе координат с внешней относительно тела человека базой отсчета. Преимуществом этой системы по сравнению с внутренней (на теле человека) является отсутствие погрешностей в установлении нулевой точки отсчета (пол, край оборудования, воображаемые линии, плоскости и т.п.), т.к. она фиксирована неподвижно. Имеется лишь погрешность при нахождении конечной точки.

Нулевые точки в положении стоя:

на плоскости пола или горизонтальной плоскости, параллельной полу;

на фронтальной плоскости, параллельной переднему краю оборудования;

на срединно-сагиттальной плоскости.

Нулевые точки в положении сидя:

на плоскости пола, сиденья или горизонтальной плоскости, параллельной полу;

на фронтальной плоскости, касательной к наиболее выступающим назад точкам спины (параллельной полу и заднему краю сиденья при подвижности сиденья в передне-заднем направлении по направляющей, или же на фронтальной плоскости, параллельной переднему краю оборудования, если сиденье подвижно;

на плоскости, проходящей через середину сиденья, совпадающей со срединно-сагиттальной плоскостью тела.

Конечными точками измерений будут те элементы оборудования, которые работающий может свободно, без напряжения достать, не меняя положения тела и позы. На каждом рабочем месте, в каждом участке сенсомоторного пространства конечные точки будут различны.