Оптимизация рабочих движений и органов управления

§1. Оптимизация рабочих движений (РД)

При создании научных основ проектирования средств ДЧ в СЧМ как в советской, так и в зарубежной Э и инженерной психологии осн. внимание уделялось разработке требований к ИМ и средствам предъявления И, и значительно меньшее – разработке требований к органам управления, которые представляют элементы РМ, предназначенные для пе­редачи управляющих воздействий от человека к машине. Для ком­плексного решения проблемы одинаково важно проектирование на современном уровне как средств предъявления И, так и органов управления с учетом ЭТ.

Характер, последовательность, темп и ритм РД во многом задаются формой и конструкцией инструментов, органов управления, машин и др. оборудования, а также организаци­ей РМ. Поэтому при их конструировании и организации необходимо учитывать след. правила экономии движений:

– при работе двумя руками движения их должны быть по воз­можности одновременными, симметричными и противоположными по направлению. Одновременность и симметричность движений обеспечивают равновесие всего корпуса, что облегчает выполне­ние работы;

– проектируемые движения должны быть простыми, плавны­ми и закругленными. Для выполнения рабочей операции необхо­димо применять наименьшее количество движений;

– траектория РД не должна выходить за пределы рабочей зоны;

– движения должны отвечать анатомической структуре тела и осуществляться по возможности в зоне зрительного контроля. Ка­ждое движение должно заканчиваться в положении, удобном для начала след. движения, причем последующее и предыдущее движения должны быть плавно связаны между собой;

– движения должны быть не только простыми, но и ритмичны­ми. Нельзя допускать слишком медленных или слишком быстрых ритмов. При этом следует иметь в виду, что «т.н. «не­ритмичные» движения – это не лишенные ритма движения, а дви­жения либо с отклонениями от заданного ритма, либо нерациональ­ные движения, что отражается на ритме»;

– движения должны быть привычными для рабочего. При обу­чении новой операции или знакомстве с новым оборудованием сле­дует учитывать особенности ранее сформированных у рабочего на­выков;

– необходимо создать условия, при которых для преодоления слабых сопротивлений использовались бы малые мышечные груп­пы, а при наличии значительных препятствий включались в дейст­вие большие группы мышц;

– с целью уменьшения мышечной работы в максимально воз­можной степени должна использоваться кинетическая энергия объекта работы.

Не следует проектировать элементы оборудования, требующие приложения больших физ. усилий или обусловливающие нерациональные рабочие позы. Так, рабочий не должен продолжи­тельное время держать руки над головой, т.к. при этом очень быстро наступает утомление. Очень утомительна также поза, при которой рабочему надо ложиться на землю, сгибаться или стано­виться на корточки.

При проектировании оборудования необходимо создать предпо­сылки для обеспечения рациональных РД. Поэтому следует проектировать такие орудия труда, которые максимально приспособлены к энергетическим, силовым и скоростным характе­ристикам и возможностям человека.

Для обеспечения рациональных РД из трудово­го процесса необходимо исключить лишние, малоэффективные и утомительные движения и действия, такие, как перекладывание предметов труда или инструмента из одной руки в другую, посто­янное поддерживание руками деталей во время ее обработки, из­лишние нагибания, повороты, приседания и др. ненужные дви­жения, вызывающие преждевременное утомление работающих, и выбирать из всех возможных движений наиболее короткие по тра­ектории и требующие минимальных усилий.

При проектировании оборудования следует учитывать некото­рые, обусловленные физиологическими, психологическими и анато­мическими особенностями человека правила и положения, каса­ющиеся скорости и точности РД и экономии рабо­чих усилий.

Скорость РД:

– там, где требуется быстрая реакция, движение к себе пред­почтительнее;

– в горизонтальной плоскости скорость рук быстрее, чем в вер­тикальном направлении, наибольшая скорость движений сверху вниз, наименьшая от себя – снизу вверх;

– скорость движений слева направо для правой руки больше, чем в обратном направлении;

– скорость движения правой руки больше, чем левой;

– скорость движения под углом к вертикальной и горизон­тальной плоскости меньше, чем в этих плоскостях;

– вращательные движения быстрее, чем поступательные;

– движения с большим размахом более быстрые;

– плавные криволинейные движения рук осуществляются быстрее, чем прямолинейные с внезапным изменением направ­ления;

– скорость движения уменьшается с увеличением нагрузки;

– движения, ориентированные механизмами, быстрее, чем дви­жения, ориентированные на глаз;

– движения одной рукой совершаются с наибольшей ско­ростью под углом 60° к плоскости симметрии, двумя руками – под углом 30°;

– максимальный темп вращательных движений – 4,0–4,8 об/с, нажимных движений для ведущей руки – 6,6 нажимов в 1 с, для неведущей – 5,3 нажима в 1 с. Максимальный темп ударных дви­жений – от 5 до 14 уд/с, оптимальный для длит. работы 3,5–6,0 уд/с.

Точность движений:

– точные движения лучше выполняются сидя, чем стоя;

– наибольшая точность движений достигается в горизонталь­ной плоскости в зоне, расположенной на расстоянии 15–35 см от средней линии тела, при амплитуде движения в локтевом сус­таве 50–60°;

– точность попадания рукой в заданную точку составляет 15–20 см в средней зоне ниже груди и 30–40 см в крайних зо­нах;

– при работе вслепую в горизонтальной плоскости короткие расстояния человеком преувеличиваются, а длинные преуменьша­ются, в вертикальной плоскости – преувеличиваются;

– наиболее точно оцениваются движения с амплитудой 8–12 см;

– при движениях в вертикальной плоскости ошибки меньше, чем в горизонтальной. Наилучшие направления движений в этом отношении – влево вверх и вправо вниз под углом 40° к горизон­тали;

– точность движений обеих рук при оптимальных для каждой руки амплитудах движений одинаковая, но оптимальные амплитуды для обеих рук различны – для правой руки амплитуда боль­ше, чем для левой, на 4–5°;

– простр. точность движений при небольшой нагрузке (до 25% максимального усилия) наилучшая, при значи­тельных усилиях снижается.

Зависимость простр. точности движений от их ско­рости следующая:

– для вращательных движений наилучшая точность при ско­рости 140–200 об/мин, для ударных – 60–70 движений в минуту.

Экономия усилий:

– сила, развиваемая рукой, зависит от ее положения: давление и тяга сильнее при движении руки перед корпусом, чем при дви­жении сбоку;

– если при работе используются обе руки, то следует учесть, что сила правой руки больше, чем левой, на 10% для сгибателей пальцев и на 3–4% для сгибателей и разгибателей предплечья;

– максимальные усилия в положении стоя развиваются на уровне плеча, в положении сидя – на уровне локтя;

– наибольшая сила в положении стоя развивается движением на себя;

– сила давления больше при согнутой руке, чем при вытянутой;

– сила тяги по горизонтали больше при движении перед собой, чем при движении сбоку;

– в положении сидя давление сильнее, чем тяга;

– сила сгибателей предплечья больше при согнутой, чем при вытя­нутой руке;

– величина усилий, развиваемых рукой в положении сидя, при движении в разл. направлениях, располагается примерно в след. порядке: давление (горизонтальное), тяга (гори­зонтальная), движение вверх, движение вниз, движение к себе (сбоку), движение от себя (сбоку);

– сила вращения руки зависит от ее положения и направления вращения – при повороте внутрь развивается более значитель­ная сила, чем при обратном движении;

– сила давления ног сидящего человека больше, когда они вытя­нуты вперед (с тупым углом в коленном суставе), чем при по­ложении с прямым углом в коленном суставе. В психологии труда выявлено, что движения организуются не только пространственно, но и музыкально, подчиняясь опред. ритму. В свое время обратили внимание на то, что наиболее квалифицированные наборщики при составлении полосы набора из отд. букв выполняют круговые движения, которые, на первый взгляд, кажутся менее целесообразными, чем прямолиней­ные. Между тем круговая (дуговая) линия в большей степени обеспечивает непрерывность ритма и подчиненность движения оп­ред. ритмической структуре. Поэтому в опред. слу­чаях не самое скорое движение – самое рациональное и не самое короткое движение – тоже самое рациональное. Выявление соот­ветствующих закономерностей организации движения возможно только на основе глубокого психол. анализа Д.

 

§2. Общие требования к органам управления (ОУ)

Каждому типу исполнительных (управляющих) действий опе­ратора свойственны свои биомеханические особенности, учет кото­рых необходим при выборе конструкции и размещении ОУ. Поэтому осн. внимание уделяется ОУ, обеспечивающим реализацию решений, принимаемых опера­торами автоматизированных систем, т.е. обеспечивающим ручной ввод И, ее вызов на устройство отображения и контро­ля, установку измеряемых или отсчитываемых величин, а также воздействие на исполнительные органы объектов управления (пуск и остановку механизмов, переключение режимов работы и т.п.). Поскольку разл. ОУ могут применяться для осуществления одних и тех же функций, постольку при выбо­ре этих органов следует учитывать удобство их эксплуатации, бе­зопасность, технологичность конструкции, а также принципы тех­. эстетики. Такой учет представляет собой трудную зада­чу, т.к. оцениваемые подобным образом параметры ОУ должны, помимо того, обязательно соответствовать антроп. и биомеханическим данным. Результаты сово­купной оценки, как правило, обобщаются. На их основе создаются стандарты и нормали, хотя многие из этих результатов еще оста­ются на уровне общих требований.

К общим требованиям относятся следующие. ОУ выбираются с таким расчетом, чтобы на­правление их движения соответствовало направлению движения связанного с ними индикатора, элемента оборудования или средст­ва передвижения. Движение ОУ вперед, по часо­вой стрелке, вправо или вверх, а также нажатие на него должны соответствовать включению оборудования или его элемента, увели­чению измеряемой (отсчитываемой) величины, а также движению оборудования или его элементов вперед, по часовой стрелке, впра­во или вверх.

Вращающиеся регуляторы клапанов должны открывать кла­паны при вращении против часовой стрелки. ОУ клапанами снабжаются двунаправленными стрелками, показыва­ющими направление закрывания и открывания клапана с соответ­ствующими надписями (н-р «Открыто», «Закрыто»).

Если воздействия на ОУ осуществляются в оп­ред. последовательности, то ОУ должны быть соответствующим образом сгруппированы. При этом их сле­дует располагать так, чтобы облегчить оператору работу (сохра­няя привычный порядок действия – слева направо и сверху вниз). Особо важные и часто используемые ОУ должны иметь наиболее удобное расположение для их досягаемости и за­хвата. Это относится в первую очередь к вращающимся ОУ и требующим тонкой установки (настройки).

ОУ, применяемые исключительно для тех. обслуживания и регулировки, относятся к категории ред­ко используемых, поэтому они должны быть закрыты, но вместе с тем легко досягаемы.

ОУ, выполняющие сходные функции, распола­гаются единообразно на разных панелях. ОУ, ис­пользуемые для выполнения одних и тех же функций на разл. панелях, должны быть одного и того же размера.

Формы ОУ должны легко идентифицироваться и не иметь острых краев.

ОУ должны быть удобными и при работе в ру­кавицах или перчатках. Для этого размеры ОУ дополнительно уточняются. Если необходимо работать вслепую, ОУ должны кодироваться формой или находиться на расстоянии не менее 12см от соседних ОУ.

ОУ конструируются и располагаются т.о., чтобы их нельзя было случайно сдвинуть. Особое внима­ние обращается на критичные ОУ, неосторожное и случайное перемещение которых может привести к повреждению оборудования, ранению операторов или ухудшению системы. Рас­положенные на внутренней части панели или открытые оУ следует защищать от случайного срабатывания. Для за­щиты ОУ от случайного срабатывания в зависи­мости от конкретных условий необходимо:

– располагать и ориентировать ОУ т.о., чтобы оператор при нормальном выполнении своих функций не мог случайно задеть или передвинуть их;

– использовать экранирование и др. способы защиты;

– обеспечить ОУ надежной блокировкой;

– создать в ОУ мех. сопротивление (т.е. вязкое или кулоновское трение, нагрузку пружиной или инер­цию), чтобы для перемещения ОУ нужно было приложить опред. усилие;

– обеспечивать ОУ замками для предотвращения перехода в запрещенное положение;

– использовать вращающуюся конструкцию ОУ. Автоматический тормоз, который обеспечивает автоматическое переключение системы в некритическое рабочее состояние в слу­чае снятия усилия, применяется во всех случаях, когда оператор не способен выполнить работу, и это может привести к критичес­кому состоянию системы.