Антропометрические основы проектирования. Наука о размерах тела

Схема распределения людей по характеристикам роста показывает процент неучитываемых при проектировании изделий людей, чей рост меньше 5 и превышает 95 перцентили. Это женщины рост которых от 115 см и больше 175 и мужчины ростом больше 180 см. т.е. если у вас в легковой машине голова в потолок упирается или ноги не убираются - это работает правило антропометрической схемы для промышленных товаров. Параметрический анализ тела человека (мужчина, женщина) сидя, стоя, в нормальном, напряженном и расслабленном состоянии (65 к). По М. Шмидт.

 

ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ АНТРОПОЛОГИЯ: ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

Эргономика сложилась на соединении технических, естественных и общественных наук в 60 – 80-х годах XX-го столетия. Данная наука переживает период интенсивного сбора материала о составляющих элементах эргономических систем (человек, машина, среда), поиска адекватных методов исследования, методов использования данных о системах в процессе конструировании, методов оценки степени эргономичности этих систем и т. п.

Накопление данных шло в процессе решения большого количества частных практических задач, а именно:

обследования и эргономической оценки эксплуатируемой техники с целью ее модернизации или замены новой (рабочие места станочников различных профессий, кабины машинистов кранов, экскаваторов, диспетчеров энергосистем, вокзалов и т. п.); сбора материала об особенностях человека, проявляющихся в том или ином виде деятельности (трудовой, учебной, бытовой, игровой, досуге и т.п.).

После такого периода научного поиска обычно наступает время осмысления данных, синтеза накопленных знаний.

Свидетельством этому служит оформление эргономической антропологии.

Создание эргономической антропологии как комплексного и системного направления исследований представляет собой попытку объединения биологических и психологических аспектов эргономики на стыке антропологии, физиологии, биомеханики, психологии труда, психофизики.

Объектом исследования в эргономической антропологии выступает работающий человек как социобиологический субъект, который в сфере трудовой деятельности включен в эргономическую систему как ее формирующий и ведущий компонент.

Предметом исследования является морфо-психологический статус работающего человека и его роль при решении задач проектирования и оценки предметно-пространственной, или антропогенной среды. Морфо-психологический статус работающих выражается двояко.

Во-первых, через специфические, соматометрические признаки, названные эргономическими размерами тела, которые позволяют рассчитать оптимальные параметры элементов рабочего места, предметно-пространственного окружения человека и которые в первую очередь отражают позную и двигательную активность человека.

Во-вторых, психологическая сторона этого статуса проявляется через субъективные ощущения работающего степени выраженности комфорта или дискомфорта опорно-двигательного аппарата человека, т. е. соматического комфорта или дискомфорта, удобства и неудобства рабочей позы. Последняя задается опорными поверхностями основных элементов рабочего места (рабочая поверхность, поверхность сиденья, спинки, подлокотников, подставка для ног), параметры которых рассчитываются на основе эргономических размеров тела (Строкина, 1999).

В эргономической антропологии используются методы исследования, заимствованные из смежных с эргономикой областей знаний: анатомии, биомеханики, антропологии, физиологии, психологии труда, психофизики. Это метод антропометрии, анатомического анализа движений, гониометрии, контурографии, психофизического шкалирования, хронометража, субъективного наблюдения, регламентированного опроса, опроса-интервью. Перечисленные выше методы исследования используются не путем простого переноса, а путем их трансформации, модификации. Они приобретают определенную специфику в силу иных задач исследования и иных условий эксперимента, которые ставит эргономика (Строкина, Лидова, 1978; Строкина, 1997; Строкина, 2002).

В эргономической антропологии решается три группы методологических задач:

1. Адаптация метода антропометрии (соматометрии) применительно к задачам эргономики и выявление его специфики с учетом правил, сложившихся в классической антропологии (определение номенклатуры антропометрических признаков, выявление их ориентации на теле, выбор баз отсчета и разработка приемов их измерений). Выбор методов биометрии, которые позволяют определить сходство и различия между классическими и эргономическими размерами тела (кластерный анализ), выявить особенности эргономических размеров тела (размах изменчивости каждого признака, межгрупповые различия, нормальность распределений, достоверность различий, трансгрессия).

С практической точки зрения обязательный и грамотный учет только одних размеров тела (без физиологических и психологических данных) позволяет создать в значительной степени оптимальные условия для поддержания рациональной рабочей позы и выполнения рабочих движений; рассчитать границы досягаемостей для руг и ног, параметры безопасных рабочих пространств и доступов к узлам монтажа, наладки и ремонта, безопасных расстояний, проходов, аварийных выходов, лестниц, оградительных устройств, площадок, временных вспомогательных сооружений и т.п.

 

 

2. Вторая методологическая задача связана со спецификой эргономики как научно-практической дисциплиной.

Эргономика является научной основой дизайна, эргодизайном. Использование данных о человеке, его строении и функциях, восприятии внешнего мира и ответных реакциях и т. п. является неотъемлемой частью процесса создания предметно-пространственной среды.

В силу сказанного выше второй методологической задачей эргономической антропологии является разработка путей и методов учета эргономических размеров тела при конструировании, анализе и оценке рабочих мест и производственного оборудования (Строкина А.Н., Пахомова В.А., 1999, Практикум по инженерной психологии и эргономике, 2003).

Учет морфологического разнообразия населения РФ с целью создания оптимальных условий эксплуатации техники и увеличения объема удовлетворенных пользователей этой техникой обеспечивается двумя путями, а именно:

спецификой конструктивных решений (наличие регулируемых параметров оборудования, подвижности отдельных элементов рабочего места; подвижность всего поста управления и т.п.) и использованием биологических закономерностей изменчивости эргономических размеров тела.

Известно несколько путей повышения удовлетворенности пользователей параметрами техники.

Во-первых, использование метода перцентилей для обеспечения максимального объема (90-95%) удовлетворенных пользователей техническими средствами деятельности (метод перцентилей).

Во вторых, минимизация количества антропологического материала (групп населения, статистических параметров), представляемого в справочниках и нормативных документах, с целью более корректного его использования конструктором.

В третьих, представление числовых данных антропометрических признаков в формах, наиболее наглядных для конструктора и эргономиста (табличных, графических и модельных) и приемлемых для использования на различных стадиях конструирования (Строкина, 2000).

Основу расчетов параметров рабочих мест и других технических средств составляет метод перцентилей. Используют пороговые (крайние) значения размеров тела признаков, соответствующие только 5-му или только 95-му перцентилям или одновременно тому и другому, если параметр техники регулируемый, что удовлетворяет 90 – 95% пользователей. Выбор перцентиля зависит от вида параметра. Если параметр машины обеспечивает не только удобство, но и безопасность пользователя, то его значения рассчитываются соответственно 1-му и 99-у перцентилям (Строкина, Пахомова, 1999).

Пороговые значения эргономических размеров тела рассматриваются как антропологические критерии. Это те предельные значения размеров тела, в границах которых соблюдается оптимальная степень соответствия параметров изделия соматическим возможностям человека и обеспечивается максимальный объем удовлетворенных пользователей. Специфика антропологических критериев обусловлена особенностями эргономических размеров тела, их множественностью, большой вариабельностью и независимой диагностической значимостью.

Эргономические размеры тела следует рассматривать как инструмент проектирования рациональной рабочей позы (особенно в положении сидя) через посредство расчетов на их основе опорных поверхностей основных элементов рабочего места (рабочие поверхности, поверхность сиденья, спинки и подлокотников, подставка для ног). Последние постоянно и непосредственно соприкасаются с телом человека и позволяют поддерживать ту или иную позу. Они являются базовыми для расчетов других материальных и пространственных параметров рабочего места.

Разработчик, эргономист или конструктор, решает, как организовать рабочее место, руководствуясь чаще всего объективными научными данными о человеке. Иными словами, разработчик решает за пользователя, что ему рациональнее и удобнее.

 

3. В связи сказанным выше возникает третья методологическая задача эргономической антропологии, а именно: выбор адекватных и доступных методов оценки степени удобства или дискомфорта рабочей позы, а через нее и тех опорных поверхностей основных элементов рабочего места (рабочая поверхность, сиденье подставка для ног), которые способствуют ее поддержанию и стабилизации. Важна адаптация этих методов к задачам и условиям эксперимента и выявление специфики их применения (Бардин, 1976; Забродин, Лебедев, 1977)

При проектировании деятельности и соответствующего ей рабочего места, прежде всего организуется рабочая поза, а к ней привязываются уже другие проявления человека. Она является фактором, определяющим соотношение высот опорных поверхностей, она служит граничной фазой рабочих движений, она создает определенную степень соматического комфорта, комфорта опорно-двигательного аппарата как неотъемлемую часть функционального комфорта в целом (Гурфинкель, Шик, Коц, 1965, Аруин, Зациорский, 1989; Мясников, Козаренко, Рудометкин, 1977; Чайнова, 1998).

Соматический комфорт состояние положительной физической напряженности опорно-двигательного аппарата без проявления каких-либо признаков дискомфорта сомы (ишемических и травматических реакций). Это состояние обеспечивается работой костного аппарата как системы рычагов, которые посредством статического напряжения мышц поддерживают оптимальные угловые соотношения звеньев тела, т. е. позу; уровнем чувствительности проприорецепторов, а так же функциональным состоянием систем, обеспечивающих работу опорно-двигательного аппарата (дыхательной и сердечно-сосудистой).

Изучение удобства рабочей позы подразумевает изучение неудобства, дискомфорта. Есть признаки дискомфорта, субъективно ощущаемые (раздражение, ерзанье, онемение, покалывание, боль, желание сменить позу и т. п.) и объективно регистрируемые (изменение формы позвоночного столба и угла наклона таза, отеки голеней, увеличение напряжения в мышцах, повышение внутридискового давления и т. п.). Для изучения дискомфорта позы можно использовать как объективные (инструментальны) методы исследования (электромиографию, контурографию, хронометраж, антропометрию и др.), так и субъективные (регламентированное наблюдение, опрос, психофизическое шкалирование). Показано, что субъективные методы являются более тонким индикатором чувствительности в силу того, что при субъективной оценке человек получает одновременную информацию в виде суммарного ощущения от всех видов проприорецепторов, вестибулярного аппарата, тактильных рецепторов кожи. Объективные же методы оценки дискомфорта сомы позволяют оценить только один признак, степень напряжения в мышце, угол наклона таза, смещение общего центра тяжести и т. п.

Использование соматических особенностей человека и психофизиологических проявлений через рабочую позу в процессе деятельности пример сочетания системного и деятельностного подходов при решении эргономических задач.

 

 

Среда - система - человек - машина
Деятельность - это взаимодействие человека со средой, в которой он достигает сознательно поставленной цели.Схема влияния факторов, системы человек - вещь - среда. Среда обитания подразделяется на естественную, искусственную и смешанную. Предметы взаимодействуют полями. Поля подразделяются на магнитное, электростатическое, электромагнитное, биополя. Равнонаправленное поле имеет форму сферы. Динамичное поле устремлено визуальной массой по одной из осей. По направлению таких осей идет энергетика максимальной силы.

Внедрение результатов эргономических исследований в практику дает ощутимый социально-экономический эффект. Как отечественный, так и зарубежный опыт внедрения эргономических требований свидетельствует о том, что приводит к существенному повышению производительности труда. При этом грамотный учет человеческого фактора представляет собой не разовый источник повышения, а постоянный резерв увеличения эффективности общественного производства.

Распределение информации между воспринимающими каналами человека
Между воспринимающими каналами человека информация должна распределятся на основе психологических восприятия информации различными анализаторами. Необходимо также учитывать взаимодействие и взаимное влияние анализаторов, их устойчивость к воздействию различных факторов среды: гипервесомости и невесомости, вибрации, гипоксемии, изменение способности к восприятию информации в процессе длительной работы и др. Весьма существенное значение имеет вид информации, условия ее приема, а также характер деятельности оператора.

Выбор канала восприятия в зависимости от вида информации.
Передача количественной информации. Для передачи количественной информации используются зрительный, слуховой и кожный каналы восприятия. Выбор канала обусловливается числом градаций признака.
1. Зрительный канал обеспечивает наибольшую точность определение величины признака, особенно при использовании цифровых кодов, шкал, изменений положений указателей приборов. Он позволяет сравнивать и измерять информацию одновременно по нескольким признакам. Наименьшая точность наблюдается при кодировании величины яркостью.
2. Слуховой канал по точности восприятия количественной информации может конкурировать со зрительным только при передаче количественной информации в виде речевых сообщений. Точность приема количественной информации, закодированной с помощью частоты или интенсивности звукового сигнала, повышается при использовании эталона сравнения. Человек способен воспринять до 16 - 25 градации тональных сигналов, различающихся по высоте или громкости.
3. Кожный канал при передачи количественной информации значительно уступает зрительному и слуховому каналу. С его помощью можно передать более 10 градаций величины за счет использования частоты вибротактильных или электрокожных сигналов (после соответствующей тренировке).

Передача многомерных сигналов.
Использование многомерных сигналов, различающихся по нескольким признакам, способствует более экономной передаче информации. С точки зрения возможности приема многомерной информации различные воспринимающие каналы человека не являются идентичными.
1. Зрительный канал, обладающий хорошо выраженными аналитическими свойствами, позволяет одновременно использовать несколько признаков в сигнале. Информация для этого канала восприятия может быть закодирована одновременно с помощью интенсивности и цвета световых раздражителей, формы, площади, пространственного расположения сигналов, отношений их отдельных параметров. Способность к поэлементному анализу большого числа отдельных составляющих сложного сигнала позволяет воспринимать с помощью этого канала большой объем информации, несмотря на то, что по шкалированию некоторых из них (например, интенсивности, частоты). Зрительный анализатор не обладает выраженными преимуществами по сравнению с другими анализаторами. Значительно повышает пропускную способность данного канала по отношению к многомерным кодовым сигналам синтез различных компонентов сигналов в единый зрительный образ. В этом отношении большую роль играет наличие возможности одновременного восприятия нескольких пространственно разобщенных зрительных образов.
2. Слуховой канал позволяет использовать при передаче многомерных звуковых сигналов интенсивность и частоту, тембр и ритм. Распределение частот по октавам и модулирование звуковых сигналов также повышает их распознаваемость. Однако общий набор сигналов и возможность варьирования ими для этот анализатора меньше, чем для зрительного. Значительно ограничивает использование этого каната трудность приема и анализа информации, поступающей одновременно более чем от одного источника сигналов.
3. Кожный канал обладает меньшими возможностями для приема многомерных сигналов, чем два предыдущих. При передаче по нему многомерных сигналов практически могут быть использованы частота сигналов и их пространственная локализация.

Передача информации о положении объектов в пространстве.
1. Зрительный канал дает самую полную информацию о положении наблюдаемых объектов в пространстве (по трем координатам). Большая точность в оценке пространства и пространственны отношений обеспечивается за счет выраженной аналитической способности зрительного анализатора, константности восприятия, визуализации представлений, широкой возможности оперирования пространственными зрительными образами.
2. Кожный канал при передаче этой информации можно поставить на второе место. Он обеспечивает определение положения объекта в пространстве по двум координатам при непосредственном соприкосновении с объектом и при дистанционном определении положения его в пространстве за счет искусственных кодовых признаках. Такими кодовыми признаками могут быть частота вибротактильных или электрокожных сигналах и их локализация. Применения для этого изменение амплитуды, величины и площади давления тактильных сигналов ограничивается быстрым развитии адаптации в тактильном анализаторе.
3. Слуховой канал при бинауральном восприятии обеспечивает высокую точность определения направление на источник звука. Когда же применяется искусственный код (обычное изменение частоты акустического сигнала, его тона), точность локализации оказывается ниже, чем при использовании зрительного и кожного анализаторов. В основном, в этом случае с помощью слухового анализатора можно определять изменение положения объекта в пространстве только по одной координате.

Восприятие времени.
Точность восприятия временных интервалов зависит от их длительности, от того, заполнены они или не заполнены раздражителем и от ряда других причин. Наибольшая точность отмечается при оценки заполненных временных интервалах.
1. Слуховой канал обеспечивает наибольшую точность в оценке временных характеристик сигналов (их длительности, темпа, ритма и т.п.). Ошибка в воспроизведении 3-, 5-, 10- секундных заполненных временных интервалов составляет при использовании слухового анализатора 1.2 - 4.7 % заданных стандартов.
2. Кинестетический канал также может успешно использоваться для передачи информации по параметру длительности. При поступлению по этому каналу заполненных временных интервалов длительностью в 4.8 и 9.1 с., ошибка в точности воспроизведении колеблется в пределах 6.4 - 16 %.
3. Тактильный канал по точности оценки времени занимает третье место. Ошибка точности воспроизведения 5, 10 - секундных интервалов при использовании этого анализатора составляет 7.4 - 24.8 % определяемых величин. 4. Зрительный канал обеспечивает наименьшую точность передачи временной информации. Пир поступлении сигналов в этот канал наблюдается меньшая точность и большая флюктуация в оценке длительности временных интервалов, чем при поступлении их по слуховому, кинестетическому и тактильному каналам. Ошибка в точности воспроизведения 3-, 5- и 10- секундных интервалов времени при использовании зрительного анализа составляет 13.8 - 18 % стандарта, а флюктуация - 1.2 - 2.9 с.

Передача информации об аварийных ситуациях.
Сигналы, несущие информацию об аварийных ситуациях, можно подразделить на предупреждающие и сигналы, свидетельствующие об аварии и переключающие человека на деятельность по новому алгоритму. Предупреждающие сигналы не должны нарушать заданного режима рабочей деятельности. Следствием аварийных сигналов должно быть изменение алгоритма работы для предотвращения развития аварийной ситуации и восстановления нормального функционирования системы. Для передачи предупреждающего сигнала можно использовать любой канал связи (зрительный, слуховой, тактильный). Выбор его зависит от структуры деятельности, загруженности того или иного анализатора и вида алгоритма, на который должен быть переключен оператор. Выбор канала связи для передачи аварийного сигнала обусловливается тем, что сигнал должен быть обязательно и немедленно воспринят при любых обстоятельствах, не зависимо от характера работы.
1. Слуховой канал восприятия при передачи информации об аварийном состоянии имеет те преимущества, что слуховой анализатор обладает выраженной способностью к экстренной мобилизации. Звуковой сигнал хорошо воспринимается независимо от местоположения его источника по отношению к оператору. Отрицательным свойством длительного интенсивного звукового сигнала его выраженное тормозное влияние на высшую нервную деятельность.
2. Зрительный канал восприятия при передаче аварийной информации является также достаточно эффективным. Недостатком его является то, что источник информации обязательно должен находиться в поле зрения. Особенно важное значение приобретает канал в условиях интенсивного шум.
3. Кожный канал восприятия также может быть использован при подаче аварийных сигналов. При передаче аварийного сигнала в некоторых случаях может использоваться болевая чувствительность, однако данный вопрос требует дополнительно изучения.

Смотри также статью "Курс эргономики"

 

 

Некоторые стандартные размерения (см)
210 - зона досягаемости руки в положении стоя
197 - высота двери
195 - верхний предельный уровень зоны удобной досягаемости
190 - максимальная высота полки
180 - максимальная высота размещения органов управления
176 - зона досягаемости руки в положении сидя
175 - максимальная высота размещения индикаторов
160 - уровень глаз в положении стоя
140 - стенные выключатели электросети
135 - предельная высота вертикального индикатора для отсчета стоя
120 - заградительная решетка у оборудования
118 - уровень глаз сидящего мужчины (175) сидение (43)
105 - дверная ручка
100 - минимальная высота загородительной решетки
80 - высота размещения органов управления, высота строгального станка, верстака, нижняя предельная зона досягаемости рук
75 - 70 - рабочий стол
68 - 65 - стол для пишущей машинки
60 - минимальное пространство для ног
50 - минимальная высота управления сидя
43 - сидение для мужчины
40 - сидение для женщины
30 - оптимальная высота ступени стремянки
17 - оптимальная высота ступени лестницы
4 - женский каблук
2,5 - мужской каблук