Эргономическое проектирование рабочей системы

Таблица. Критерии выбора рабочих положений

рабочее положение	Величина Усилий, Н	Степень Перемещения работающего	Направление движения рук	База отсчета зон досягаемости	Величина рабочей зоны, мм
Сидя	До 30	Ограниченная	Вперед-назад В стороны	Фронтальная плоскость, параллельная заднему краю сиденья Плоскость симметрии сиденья	Не более 600 Не более 500
Переменное	30-100	Обычная	Вперед-назад В стороны	Фронтальная плоскость, параллельная заднему краю сиденья Плоскость симметрии сиденья	Не более 600 Не более 750
Стоя	100-150	повышенная	Вперед-назад В стороны	Фронтальная плоскость, параллельная переднему краю оборудования Срединно-сагитальная плоскость тела	Не более 300 1000

При этом важно иметь в виду, что негативное воздействие оказывает не столько сама поза, сколько время, в течение которого человек в ней находится. Оптимальная рабочая поза должна служить исходным моментом при расчетах размеров досягаемости для рук и ног в пределах пространства движений человека.

Таблица. Оптимальная рабочая поза

Рабочая поза	Характеристика оптимальной рабочей позы	Условия для поддержания оптимальной рабочей позы
Положение стоя	Корпус выпрямлен Равномерная опора на обе стопы Отсутствие крайних положений в суставах верхних конечностей Экономичность рабочих движений	Возможность смены позы Возможность кратковременного отдыха сидя Наличие подставки для ног Оптимальные размеры моторного пространства
Положение сидя	Корпус выпрямлен Сохранены естественные изгибы позвоночного столба и угол наклона таза Тупые углы в суставах нижних конечностей Отсутствие крайних положений в суставах верхних конечностей Экономичность рабочих движений рук, опора на обе стопы Отсутствие частых наклонов туловища и поворотов головы	Возможность смены позы Форма и размеры рабочего сиденья Наличие опоры для всей спины Наличие подлокотников Наличие подголовника Возможность откидывания спинки сиденья для отдыха Оптимальное соотношение высоты сиденья и рабочей поверхности Оптимальные размеры моторного пространства Наличие подставки для ног (регулирование высоты сиденья и подставки для ног)

Неудобная поза, вызванная недостаточным пространством для ног при работе сидя, приводит к значительному снижению точности тонких ручных операций.

2.4.3 Расчет параметров рабочего места и его элементов. Параметры рабочих мест измеряются в различных положениях тела (стоя, сидя, лежа) и позах (руки вытянуты в стороны, вверх, корпус выпрямлен, наклонен вперед, откинут назад). При измерении этих признаков в качестве баз отсчета чаще всего используются ограничительные плоскости. Эргономические антропометрические признаки по способам измерений и в зависимости от сферы использования разделяются на статические и динамические. Те и другие в свою очередь делятся на габаритные размеры и размеры отдельных частей тела (линейные, периметровые и угловые). Линейные размеры, в свою очередь делятся на периметровые, поперечные, передне-задние.

Статические антропометрические признаки - это размеры тела, измеренные однократно в статическом положении испытуемого. Условность и сохранение постоянства позы обеспечивают идентичность измерений. Эти признаки используются для расчета свободных (несопряженных) параметров элементов рабочих мест, для определения диапазона регулирования изменяемых параметров, конструирования манекенов, создания математических моделей тела человека.

К динамическим антропометрическим признакам относятся размеры тела, изменяющие свою величину при угловых и линейных перемещениях измеряемой части тела в пространстве. Динамические антропометрические признаки используются для определения: амплитуды рабочих движений; величины рабочих перемещений приводных элементов органов управления; размеров зон моторного пространства.

При расчете параметров рабочего места на основе антропометрических данных необходимо учитывать: выбранную систему координат и соответствующие базы отсчета; рабочее положение работающего; возможность изменения положения тела; величину размаха рабочих движений; количество элементов рабочего места; параметры обзорности; требования ограничения рабочего пространства (кабины, площадки, отсеки); возможность регулирования параметров элементов рабочего места; возможность подвижности элементов рабочего места (сиденья, подставки для ног, педали).

При использовании числовых значений антропометрических признаков следует учитывать их особенности, обусловленные полом, возрастом, национальностью и другими факторами. Особое внимание нужно обращать на значительные половые различия большей части антропометрических признаков, так как многие элементы производственного оборудования предназначены одновременно и для мужчин и для женщин. Эти различия в размерах достаточно значительны для положения как стоя, так и сидя. Так, продольные размеры в положении стоя (высота точек над полом) у мужчин больше, чем у женщин на 7-12 сантиметров, а в положении сидя (высота точек над сиденьем) - на 3-6 сантиметров; поперечные передне-задние и периметровые размеры по отношению к верхней части тела у мужчин больше, чем у женщин на 1-3 сантиметра, но по отношению к нижней части тела (таз и бедра) - у женщин больше чем у мужчин на 2-4 сантиметра; габаритные размеры у мужчин также больше: длина руки на 7-15 сантиметров, а длина ноги - на 6-19 сантиметров.

Национальные различия по группам размеров несколько меньше, чем половые, но также значительны, особенно по продольным размерам в положении стоя.

Возрастные различия антропометрических признаков взрослого населения выражены нерезко. Имеется тенденция к увеличению (на 5 сантиметров) всех продольных размеров у лиц молодого возраста (20-29 лет) и поперечных, передне-задних и обхватных размеров у лиц старшего возраста (30-50 лет).

При расчете параметров оборудования по высоте следует учитывать, что наибольшие половые, национальные и возрастные различия наблюдаются в продольных размерах тела в положении стоя. В положении сидя эти различия уменьшаются или вовсе исчезают. Это объясняется тем, что в первом случае в состав размеров входит длина ноги - признак сильно варьирующий, увеличившийся за последние 100 лет на 7-8 сантиметров. Во втором случае в состав размеров входит длина туловища - признак слабо варьирующий, мало изменившийся в процессе акселерации (всего на 1 сантиметр).

При использовании антропометрических данных необходимо:

Учитывать количество регулируемых параметров производственного оборудования и рабочих мест;

Помнить о том, что наибольшие различия в размерах тела - индивидуальные (внутригрупповые), а затем межгрупповые (половые, национальные, возрастные);

Рассчитывать требуемый минимум свободного пространства для размещения тела человека или его перемещения, исходя из антропометрических данных людей, характеризующихся наибольшими продольными, поперечными и передне-задними размерами тела;

Рассчитывать те части рабочего пространства, которые связаны с различными видами досягаемости, на основе антропометрических данных людей, характеризующихся наименьшими продольными, поперечными и передне-задними размерами тела;

Помнить, что люди отличаются друг от друга не только общими размерами тела, но и соотношениями этих размеров;

Использовать базы отсчета, которые соотносятся с базами, взятыми при измерении размеров тела, и не требуют сложных перерасчетов;

Округлять цифровые значения антропометрических данных, заимствованные из таблиц, но не более чем на 1 сантиметр или 1 градус.

При измерении многих антропометрических признаков в качестве баз отсчета используют следующие ограничительные плоскости:

в положении стоя: плоскость пола (горизонтальная плоскость для измерения высот точек над полом); стенку стенда (вертикальная плоскость для измерения передне-задних и поперечных размеров тела);

в положении сидя: плоскость пола; плоскость сиденья; спинку сиденья, перпендикулярную заднему краю сиденья.

2.4.4 Рабочая поверхность. Рабочая поверхность - это элемент оборудования рабочего места, на которой работающий, используя необходимые средства, выполняет действия с предметом деятельности. Характеристики рабочей поверхности определяются спецификой деятельности, положением тела, антропометрическими данными, числом и размерами предметов и средств деятельности.

Для рабочих поверхностей рассчитывают: габаритные размеры; максимальные и минимальные границы досягаемости по высоте, ширине, глубине; размеры пространства для ног (сидя) и стоп (стоя); размеры подходов к каждой из них, а также требуемую обзорность.

Для оптимальной организации рабочего места необходимо учитывать размеры соотношения параметров рабочей поверхности и параметров других элементов рабочего места, из которых наиболее существенны: соотношение по высоте между рабочей и опорной поверхностями при работе стоя и сидя (сиденье, подставка для ног, пол); расстояние между передним краем сиденья и краем рабочей поверхности; соотношение по ширине между рабочей поверхностью и подставкой для ног.

Высота рабочей поверхности определяется антропометрическими данными работающего, характером выполняемой работы, степенью ее тяжести и требуемой точностью. Человек может субъективно различать изменение высоты и угла наклона рабочей поверхности, сиденья и подставки для ног соответственно на 1 см и 1 градус.

При нерегулируемой по высоте рабочей поверхности для работы стоя необходима подставка, регулируемая по высоте, с целью обеспечения каждому работающему удобства на рабочем месте. В этом случае высота рабочей поверхности рассчитывается на самого высокого рабочего, диапазон регулирования высоты подставки для ног равен разнице в росте самого высокого и самого низкого человека в группе работающих.

Если часть тела работающего соприкасается с рабочей поверхностью, то рекомендуется использовать материалы, обладающие низкой теплопроводностью. Покрытие рабочей поверхности должно обеспечивать оптимальный цветовой и яркостный контраст с предметом труда и не давать бликов.

2.4.5 Рабочие сиденья. Рабочее сиденье -- это элемент рабочего места, который обеспечивает поддержание рабочей позы в положении сидя. Основное назначение сиденья -- не только снизить нагрузку на ноги человека, но и создать опору сидящему, чтобы он мог поддерживать стабильную позу во время работы и расслабить те мышцы, которые не участвуют в работе (рис

Рис. Типы рабочих сидений

При выборе типа рабочего сиденья учитываются специфика работы, объем рабочего пространства, пространственные соотношения с другими элементами рабочего места, вид рабочего места, возможность смены рабочих поз, рабочего положения, величина развиваемых усилий, диапазон движений частей тела, наличие вибрации, условия безопасности.

Рабочие сиденья должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать такое положение тела, при котором нагрузка на мышцы будет оптимальной;

создавать условия для изменения рабочей позы с целью снятия статического напряжения мышц спины и предупреждения общего утомления;

способствовать нормальному функционированию сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем;

обеспечивать удобство усаживания и вставания; свободное перемещение корпуса и конечностей относительно друг друга в процессе работы;

создавать надежную опору позвоночнику и тазу и сохранять их естественное выпрямленное положение;

свободно перемещаться относительно рабочей поверхности, а также фиксироваться при обширной зоне вращения;

иметь регулируемые параметры.

Требование обеспечения достаточной опоры иногда вступает в конфликт с требованиями комфорта. Например, большая часть веса тела человека, сидящего на плоской доске, распределяется на небольшой участок седалищной поверхности. Хотя этот участок тела в целом хорошо адаптирован к сдавливанию тканей, однако совсем жесткое сиденье вызывает через некоторое время ощущение дискомфорта. Большинство современных проектировщиков используют в сиденьях пружины или подушки, которые ведут к перераспределению нагрузки и уменьшению давления в одной, отдельно взятой точке. Однако при этом возникает опасность того, что слишком мягкая подушка не создает твердой опоры для тела там, где это особенно необходимо, и стабилизация позы вновь обеспечивается работой мышц. Любое проектное решение неизбежно является компромиссом .

Конструируя рабочее сиденье, следует соблюдать следующие условия распределения давления при сидении:

1) давление на область седалищных бугров должно быть снижено слабым профилированием поверхности сиденья в области расположения ягодиц;

2) спинка должна быть профилирована, чтобы обеспечить поддержку для поясничного отдела позвоночника;

3) давление на заднюю поверхность бедер должно быть сведено к минимуму;

4) угол между сиденьем и спинкой должен составлять 95-105 градусов, что также способствует оптимизации распределения давлений;

5) обивка и покрытие сиденья и спинки должны быть достаточно эластичны, чтобы принимать на себя локальные давления тела;

6) поверхность сиденья не должна сдавливать и ограничивать область расположения больших бугров бедренной кости;

7) поверхность сиденья и спинки должны иметь размеры, удовлетворяющие размерам тела человека.

Рабочие стулья и кресла предназначены в основном для длительного пользования, состоят из сиденья, спинки, поддерживающих конструкций, подлокотников (для кресел). Спинка кресел может быть обычной или высокой. В конструкцию кресла могут входить также подставка для ног и подголовник. Сиденья должны регулироваться по высоте и углу, наклона спинки (рис. 7-8). РИСУНОК

Изменение параметров кресла и стула должно осуществляться быстро, без приложения значительных усилий и использования специального инструмента. Регулирование параметров рабочего сиденья может быть плавным или ступенчатым. Шаг ступенчатой регулировки для линейных параметров -- 10 мм, для угловых -- 1 градус.

Рекомендуется соблюдать меру при определении числа регулируемых параметров как кресла, так и других видов оборудования, имея при этом в виду, что: любая дополнительная возможность регулирования повышает неустойчивость оборудования и влечет за собой проблему стабилизации; чем больше возможностей для регулирования оборудования, тем больше вероятность ошибки при пользовании им; каждый работающий должен быть осведомлен о точных критериях выбора для себя наиболее удобной рабочей позы.

Там, где нет достаточного пространства для размещения ног, обычно используют сиденья-поддержки для работы сидя-стоя (полуприсев на опору). Угол наклона таких сидений вперед достигает 45 градусов. Положение сидя-стоя предпочтительнее положения стоя, поскольку увеличивается стабилизация корпуса и рук для более эффективного выполнения точных движений и уменьшения энергозатрат для поддержания позы. Стулья-поддержки удобны только при кратковременном их использовании.

2.5 Рабочий инструмент

Конструкция инструмента должна быть ориентирована на создание функционального единства с рукой как по форме управляющей части (грифов, рукояток, пусковых кнопок, курков) так и по направлению положения усилий. Форма захватных частей должна быть удобной, изготовленной из прочного материала, обладающего низкой теплопроводностью. При длительной работе инструмент не должен вызывать отрицательных ощущений (боль, термический дисбаланс), мозолей, деформации и искривления пальцев. Его конструкция должна быть простой и безопасной в обращении, ремонтопригодной, соответствовать биомеханическим свойствам двигательного аппарата человека и эстетическим запросам работника, быть технологичной и экономичной в изготовлении, предусматривать возможность удобного хранения и транспортирования.

Форма захватной части инструмента должна соответствовать морфологической структуре кисти. Давление на кисть руки в процессе работы должно равномерно распределяться по возможно большей площади соприкосновения с рукой.

Рукоятка инструментов должна иметь форму, которая на требовала бы чрезмерно большого усилия при ее сжимании рукой, не принуждала бы руку к одному и тому же положению, не увеличивала бы статического напряжения.

Управляющая часть рабочего инструмента должна быть безопасной, изготовлена из гигиеничного и прочного материала, который не бьется на осколки и имеет небольшую теплопроводность. Допустимо незначительное рефление поверхности для уменьшения скольжения пальцев. Конструкция инструмента должна предотвращать перегрузки мышц пальцев, кисти и предплечья, способствовать развитию навыков мастерства обращения с инструментом.

Управляющая часть инструмента по форме и размеру должна соответствовать форме и размерам руки основного контингента работающих, для которых инструмент проектируется.

Инструмент, в полной мере отвечающий требованиям эргономики и дизайна, должен содействовать развитию у работника гностических, различающих и управляющих способностей рук и вызывать положительные эмоции при пользовании инструментом.

2.6 Проектирование органов управления

Проектирование и выбор органов управления зависят от следующих факторов:

- структуры и особенностей деятельности оператора как при нормальной работе систем, так и при их отказе;

- антропометрических, психофизиологических характеристик человека;

- управляющих действий, которые должен производить оператор (включение, переключение, регулирование);

- рабочего положения тела человека; динамических характеристик рабочих движений (усилия, точность, диапазон, траектория и т.д.);

- технических характеристик объекта управления; информации, на которую должен отвечать человек или которую должен вводить в машину;

- места расположения органа управления (на панелях пульта или вне его);

- характеристик рабочей среды (освещенность, вибрация, помехи и т.д.);

- наличия или отсутствия спецодежды и средств индивидуальной защиты

Орган управления состоит из приводного элемента и исполнительной части. Размеры и форма приводного элемента рассчитываются в соответствии с размерами и формой тех частей тела человека, с которыми он соприкасается.

Различают ручные и ножные органы управления. Предпочтение следует отдавать ручным органам, поскольку руками можно управлять множеством органов различного типа, а для каждой ноги могут быть предназначены не более двух.

Ручные органы управления рекомендуется использовать тогда, когда важны точность установки органа управления в определенное положение, скорость манипулирования, а также когда нет необходимости в непрерывном или продолжительном приложении усилий в 90 Н и более.

Усилия, прилагаемые к органам управления, не должны превышать допустимые динамические и (или) статические нагрузки на двигательный аппарат человека.

Размещение органов управления на рабочем месте. При размещении органов управления следует учитывать:

- структуру деятельности человека; требования к частоте и точности движений; требования к величине прилагаемых усилий; положение тела и условия формирования рабочей позы; размеры моторного пространства; условия сенсорного контроля, поиска и различения органов управления;

- условия идентификации функций органов управления; опасность неумышленного изменения функционального положения органов управления.

Размещение органов управления на рабочем месте оказывает значительное влияние на эффективность и надежность работы системы. Органы управления должны быть сгруппированы в моторном пространстве рабочего места или на нескольких его участках. Органы управления постоянного действия, а также часто используемые и аварийные следует всегда размещать в пределах оптимальных границ, а органы управления периодического и эпизодического действия -- в пределах минимальных и максимальных границ моторного пространства. Справа следует размещать органы управления постоянного действия или наиболее часто используемые, поскольку большинство людей действует преимущественно правой рукой.

Размещение органов управления зависит от характера рабочего движения (толкание, давление, вращение и т.п.) и должно способствовать поддержанию рациональной рабочей позы (выпрямленный корпус, исключение частых наклонов туловища, поворотов головы, держания рук на весу и т.п.).

По возможности органы управления нужно размещать так, чтобы работающий мог менять положение тела и позу. Большинство ручных органов управления постоянного действия должно располагаться на уровне локтя (над полом, сиденьем) или чуть ниже, что является оптимальным для работ, выполняемых стоя и сидя (рис. 7-17). Редко используемые ручные органы (2 -- 3 раза в смену) могут располагаться на уровне плечевого пояса или луче-запястного сустава.

Органы управления должны отстоять от передней поверхности туловища оператора не менее чем на 150 мм. Оптимальная зона расположения органов управления находится на средней линии (+ 100 мм) от максимальной и минимальной границ досягаемости в горизонтальной плоскости по глубине и ширине (рис.).

Рис. 7-17. Рекомендуемые зоны для размещения органов управления в вертикальной плоскости

Рис. 7-18. Рекомендуемые зоны досягаемости по глубине в горизонтальной плоскости

Органы управления не следует располагать на внешних границах зон досягаемости для рук. Органы управления, которые при случайном изменении их положения могут привести к нежелательным последствиям в состоянии оборудования или безопасности работающих, следует располагать на периферии моторного пространства или применять другие меры предосторожности.

Часто используемые и функционально важные органы управления должны располагаться в пределах между минимальной и максимальной границами досягаемости моторного пространства.

На коллективных рабочих местах органы управления совместного пользования следует размещать в общей или пограничной между работающими зоне моторного пространства.

Оператор должен иметь возможность манипулировать органами управления при согнутом локте под углом 90--145 градусов. Положение органов управления должно легко контролироваться, если управляющая деятельность требует экстренного обзора группы органов управления. Хороший обзор и удобство использования органов управления достигаются путем ориентирования органов управления и пультов на каждого оператора.

При определении расстояния между приводными элементами во внимание принимаются одновременность или последовательность использования органов управления, способ захвата приводного элемента, его размеры, направление его перемещения, необходимость работы вслепую, возможность случайного включения, наличие спецодежды и спецобуви, наличие вибрации, степень подвижности рабочего места.

При последовательном использовании органов управления их следует располагать по горизонтали слева направо или сверху вниз, а в пределах ряда -- сверху вниз и слева направо и как можно ближе друг к другу.

При манипулировании органами управления вслепую расстояние между смежными краями приводных элементов должно быть не менее 150 -- 300 мм, в зависимости от зоны расположения органа управления. При работе с органами управления в перчатках это расстояние должно быть увеличено.

2.7 Специфика оценки проекта рабочей системы и его реализации

Приемка и утверждение рабочей системы - не то же самое, что оценка продукции. Система может быть вполне эффективной, но за счет здоровья и благополучия работающих людей. Если это так, значит она не отвечает требованиям стандарта, формулирующим эргономические принципы проектирования рабочих систем.

В соответствии с человекоориентированным проектированием рабочих систем международный стандарт устанавливает правило приемки и утверждения проектных решений людьми, которые будут работать в данной системе. Всюду, где эргономические данные должны применяться к конкретной рабочей задаче, выполняемой в системе, проектное решение должно пройти приемку и утверждение путем испытаний, в процессе которых представители будущего персонала работали бы в предполагаемых или реальных контролируемых условиях.

При эргономическом проектировании рабочей системы опасно предполагать, что компоненты системы можно извлекать, изучать изолированно и даже перепроектировать, а затем вновь включать в систему, не сообразуясь с возможными эффектами взаимодействия. Поэтому принятие проектных решений будущим ее персоналом должно осуществляться в контексте рабочей системы в целом.

В процессе приемки и утверждения рабочей системы необходимо принимать в расчет естественные отклонения, обусловленные полом или возрастом работника. Кроме того, необходимо также учитывать возможность кумулятивного эффекта с течением времени от кратковременных, но регулярно повторяющихся воздействий на человека неблагоприятных факторов.

При профессиональном применении принципов, методов и данных эргономики деятельность работающих людей оптимизируется, при этом никакого вреда для их здоровья, благополучия и безопасности не возникает. На рисунке представлены основные критерии оценки проекта рабочей системы

Рисунок. Критерии оценки проекта рабочей системы при ее приемке и утверждении.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Важно, чтобы работающие люди были способны добиваться производственных показателей (количество и качество продукции). Однако этот результат не должен достигаться за счет чрезмерного физического или психического напряжения. В противном случае можно совершенно обоснованно заключить, что цели системы превышают возможности людей и должны быть пересмотрены. Все три критерия оценки должны приниматься во внимание. Относительная важность каждого из них зависит от многих факторов. Четкое следование эргономическим принципам в процессе проектирования позволяет обнаружить, где и как система подводит работающих людей наиболее близко к установленным пределам, и таким образом выявить параметры, требующие наибольшего внимания при приемке и утверждении проекта.

Каждый из основных критериев имеет соответствующие показатели оценки и утверждения проект. Показатели выполнения работ могут быть наиболее однозначными: либо система достигает требуемых количества и качества, либо нет. При этом сбои системы должны быть рассмотрены со всей тщательностью. Показатели должны быть достаточно чувствительными, чтобы предусмотреть возможный сбой в системе на ранней стадии. Сбой может быть вызван либо ошибкой человека, либо несоответствием между человеком и производственным оборудованием вследствие неправильного проектирования. Идентификация опасного поведения или регистрация действий на гране ошибки как критерий безопасности предпочтительнее использования статистики несчастных случаев. Также более желательно по возможности регистрировать случаи физиологических перегрузок и даже субъективных жалоб, чем дожидаться неожиданного возникновения патологических расстройств.

Успех или неудача новой рабочей системы будет зависеть от тщательно спланированного и проведенного этапа реализации проекта. Будущих работников следует вовлекать в процесс разработки и реализации системы, начиная с ранней стадии. В этом случае привычка людей настороженно относиться или соглашаться с изменениями может быть выявлена и смягчена. Необходимо тщательно и досконально разъяснять работникам особенности новой рабочей системы, обращая особое внимание на то, что они и их действия не менее важны, чем техническая часть системы и ее функционирование. Следует разъяснять не только назначение системы в целом, но и назначение каждого ее элемента.

Самое основное отличие приемки и утверждения рабочей системы от традиционной оценки промышленных изделий и технических систем состоит в том, что она должна отвечать требованиям, определяющим качество рабочей жизни. Прямое и непосредственное отношение к приемке рабочей системы имеют требования физического окружения (безопасность, здоровье, привлекательность, комфорт) и содержание работы (разнообразие задач, обратная связь, сложность задач и их индивидуальность, определенная автономия и самоуправление, возможности использования умений и способностей, осознание вклада в создание изделия или услуги).

Таким образом, эргономически спроектированная рабочая система рассматривается как одно из важных средств достижения высокого уровня качества рабочей жизни.

3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА ВОДИТЕЛЯ

Состояние транспортного процесса - отражение социального и технического прогресса человечества. Развитие современных видов транспорта позволяет обществу добиваться существенной экономии труда и времени, сокращать продолжительность процессов производства и обращения товаров, высвобождать время для общественно полезной деятельности, образования и отдыха. Работа водителя относится к категории работ, связанных с повышенным риском, большим нервно-эмоциональным напряжением, требует постоянной концентрации внимания. Поэтому рабочее место водителя представляет немалый интерес для эргономистов, с целью обеспечения удобного и наиболее безопасного осуществления водителем своей трудовой деятельности.

эргономическое рабочее место безопасность

3.1 Аналитическое описание деятельности водителя

Деятельность водителя - это взаимодействие водителя со средой, в результате чего он достигает сознательно поставленных целей, которые могут быть отдаленными и близкими, конечными и промежуточными. Поэтому и понятие «деятельность» весьма широкое, включающее как управление движением автомобиля, так и подготовительно-заключительные, вспомогательные и другие работы, отдых - весь уклад жизни водителя.

Для достижения поставленных целей водитель осуществляет ряд частных действий, при этом у каждого действия своя промежуточная цель. Например, для обеспечения безопасности движения водитель изменяет траекторию движения автомобиля, воздействуя на рулевое колесо. В процессе обучения водителя структура его действий может меняться, они становятся «свернутыми», более экономичными, гибкими, точными и быстро выполняемыми.

Управление автомобилем на дороге характеризуется переводом его из одного состояния в другое. Контроль представляет собой получение информации о всех переменных системы, которые характеризуют ее состояние и необходимы для осуществления заданного воздействия на автомобиль. Регулирование как функция управления предполагает поддержание характеристик режима движения автомобиля в заданных пределах или целенаправленное его изменение. Оперативное управление - воздействие на систему в соответствии с задачами деятельности и обеспечения сохранности системы.

В процессе контроля, регулирования и оперативного управления водитель осуществляет прием информации, ее анализ, обработку, выработку решений, а также воздействия на систему управления автомобиля (рулевое колесо, педали тормоза, сцепления и управления дросселем, рычаги переключения передач, переключатели световых приборов). В связи с ориентировочным характером деятельности водителя основным ее компонентом является прием информации об изменениях в придорожном пространстве и характеристиках режима движения автомобиля. При этом наибольшее значение имеет восприятие линейной и угловой скоростей движения относительно определенных объектов дорожной среды, восприятие направления движения и восприятие абсолютной и относительной удаленности указанных объектов.

Оценка информации производится на основе ее сопоставления с концептуальной моделью ситуации. Концептуальная модель представляет собой результат осмысливания водителем сложившейся ситуации с учетом стоящих перед ним задач. Различают постоянную и оперативную концептуальные модели. Образы постоянной модели хранятся в долговременной памяти, образы оперативной модели - в кратковременной. Формирование оперативной концептуальной модели - начало процесса принятия решения, своего рода база для формирования программы исполнительных действий.

3.2 Оборудование кабины автомобиля

Большое значение в оптимизации системы «водитель-автомобиль-дорожная система» имеет рациональная организация рабочего места водителя (кабина автомобиля). Под организацией рабочего места понимается создание комплекса организационных условий для бесперебойного и качественного осуществления процесса управления автомобилем. В состав этого комплекса включается оснащение, оборудование и планировка рабочего места в соответствии с психофизиологическими и антропометрическими требованиями человека.

Устройство и оборудование кабины характеризуется размерами кабины, обзорностью, удобством доступа к органам управления, положением сиденья и расположением по отношению к нему органов управления, наличием необходимых контрольно-измерительных приборов и удобством наблюдения за их показаниями, эргономическими параметрами среды в кабине.

Размеры кабины должны допускать беспрепятственное и удобное выполнение работы. Необходимо, чтобы водитель не чувствовал себя стесненно, что обеспечивается за счет расположения органов управления и стенок кабины на расстоянии, большем персональной дистанции личного пространства человека. Введение в это пространство различных предметов создает неудобства и раздражает человека. Находясь в тесной кабине управления, водитель быстро утомляется. Персональная дистанция личного пространства человека ограничивает зону, в пределах которой предметы среды ощущаются особенно сильно. Расстояние до границы зоны зависит от типа высшей нервной деятельности человека и изменяется в пределах от 0,75 до 1,25 метра. Большее значение данного расстояния регламентирует минимальное значение ширины кабины автомобиля. Расстояние между концами обоих локтей для свободного перемещения согнутых рук не должно быть меньшим 0,625 метра. Соображения компактности и обеспечения обзорности заставляют характерные размеры автомобиля в продольном направлении ограничивать расстоянием, равным 0,75 метра. Такими размерами являются расстояние от водителя до ветрового стекла и шаг сидений.

3.2.1 Обзорность характеризуется величиной пространства, хорошо видимого водителем из кабины. Она в значительной степени определяет легкость управления и безопасность движения.

Для измерения и оценки обзорности используют разные методы, основанные на определении геометрических границ пространства, видимого с точек расположения глаз водителя. Чаще всего границы невидимого пространства определяют ночью по тени, отбрасываемой автомобилем. При этом источник света устанавливают в кабине автомобиля на уровне глаз водителя. Свет источника проецируется на цилиндрическом экране высотой до 3 метров и диаметром 6 -12 метров, на котором нанесена сетка вертикальных и горизонтальных линий. Световое изображение контуров окон на этом экране обводится мелом. Иногда освещенные извне рассеянным светом окна автомобиля проецируются на бланк через призму, установленную внутри автомобиля. Изображение окон на бланке обводится пером. Приспособление поворачивают с шестью остановками вокруг оси и получают круговую панораму.

В некоторых случаях круговую панораму получают с помощью специальной фотокамеры, устанавливаемой в том месте кабины, где обычно находятся глаза водителя. Съемка производится отдельно для левого и правого глаза водителя. На фотографию накладывается сетка с делениями в угловых единицах, позволяющая определить угловые размеры объективов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Интересный метод предложен во ВНИИТЭ, позволяющий оценивать зоны видения через окна автомобиля и зеркала и фиксировать время их эффективного видения. В соответствии с этим методом зоны видения фотографируются с помощью вращающегося объектива. В результате на развернутой цилиндрической поверхности, которую называют меркаторской поперечной проекцией, наносятся траектории движения точек, формирующих дорожную среду относительно водителя. Эти траектории представляются в виде пучка линий, имеющих два полюса: один впереди - «точка входа», а другой сзади - «точка выхода». Сетка из таких линий накладывается на фотографию круговой панорамы обзорности того же масштаба таким образом, что полюсы совпадают. Зная скорость движения объекта относительно водителя, можно определить время его непрерывного нахождения в поле зрения. На этой же фотографии наносятся линии углов зрения, под которыми видны объекты дорожной среды. Общий показатель обзорности конечного числа объектов «ситуационной модели» находится по формуле:

где tВi - время видения i-ого объекта поля зрения водителя; ei - условный коэффициент приоритета i-ого объекта; n - число объектов в поле зрения водителя

Значения коэффициента приоритета для различных объектов приведены в таблице

Объекты поля зрения	ei
Линия горизонта	0,1
Линия левой обочины	0,6
Линия осевая	0,6
Линия пешеходов	0,8
Линия светофоров	1,0
Линия дорожных знаков, расположенных на обочине	0,8
Линия временных дорожных знаков	0,8
Линия номерных знаков домов	0,2

Время видения i-ого объекта определяется по формуле

,

где tд - время прохождения объектом сектора в 90°; в2 - половина угла зрения при скрытии объекта за границу видимости; в1 - половина угла зрения, при котором угловой поперечник объекта достаточен для его опознания.

Обзорность всегда тем лучше, чем меньше деталей автомобиля попадают в поле зрения водителя. Существенным моментом в обеспечении обзорности является правильный подбор размеров поперечного сечения стоек ветрового окна. Для улучшения обзорности целесообразно применять стойки трапециевидного сечения, обращенного меньшим основанием к водителю. Оптимальная ширина стойки определяется через величину ее видимого двоения. Величина двоения точечного объекта

где lЗ - межзрачковое расстояние (в среднем 64 миллиметра); lД - расстояние от водителя до точки, испытывающей двоение; lФ - расстояние от водителя до точки фиксации зрения.

При размещении точечного объекта прямо перед водителем и расстоянием до точки фиксации зрения, равном 6 метров, величина двоения может быть определена по приближенной формуле

Если зрительные оси повернуты на угол в, то

Оптимальная ширина стойки зависит от формы ее поперечного сечения и расположения относительно оси зрения. (РИСУНОК)

Для плоской стойки, расположенной параллельно оси x1 , оптимальная ширина равна величине двоения. Если плоская стойка расположена под углом к оси х2 , то ее ширина может быть несколько больше величины двоения и определяется из геометрических соотношений. В случае составной стойки, состоящей из двух, расположенных под углом друг к другу, стоек, ее оптимальная ширина определяется размером АБ. Этот размер должен быть равен величине двоения. Остальные размеры определяются из геометрических соотношений. Зная угол поворота зрительных осей в (в радианах) и расстояние от водителя lД (в метрах), на котором находится стойка, с помощью номограммы можно определить ее оптимальную ширину b (в метрах) или величину углового размера в1 (в радианах) РИСУНОК (номограмма). Для этого из точки х, расположенной на оси абсцисс, которая соответствует величине угла поворота зрительных осей на стойки, восстанавливается перпендикуляр. Из точки у, расположенной на оси ординат, которая соответствует расстоянию lЦ от центра стойки до положения точки «циклопического глаза» водителя, также восстанавливается перпендикуляр до пересечения с перпендикуляром, который был восстановлен из точки х. Точка пересечения G проецируется на ось ординат в точку q и далее в соответствии с пунктирной линией в точки k, m,n, и f. Точка m определяет численное значение оптимальной ширины стойки в метрах, а точка f - в радианах.

При оценке и анализе обзорности учитываются не только углы видимости из кабины, но и такие факторы, как устранимость помех, ухудшающих обзорность в неблагоприятных условиях, размеры зоны очистки ветрового стекла стеклоочистителями, эффективность действия омывателей переднего и заднего стекол, эффективность устранения запотевания стекол и ослепления водителей.

Для очистки стекол применяют удлиненные щетки, зоны очистки которых перекрывают одна другую. С целью устранения монотонности в мельканиях стеклоочистителей в поле зрения водителя используют двухскоростные стеклоочистители, у которых левая и правая щетки совершают колебания разной частоты.

Для устранения запотевания стекол с внутренней стороны они обдуваются с помощью специального вентилятора. Такой же обдув применяется и для заднего стекла. Кроме того, для устранения запотевания заднего стекла применяется также отсос воздуха через отверстия на наружной поверхности кузова, расположенные в зоне пониженного давления. Иногда заднее стекло обогревается за счет электрического тока, который пропускается через проводники, расположенные во внутреннем слое стекла - триплекса или через токопроводящий слой, который наносится на внутреннюю поверхность заднего стекла. Для очистки заднего стекла применяются подвижные и неподвижные щетки. Такая же очистка применяется и для боковых стекол.

Большое значение для обеспечения правильного и достаточного восприятия имеет конструкция и установка ветрового стекла. Стекла большой кривизны, установленные с недостаточным наклоном, приводят к оптическим искажениям воспринимаемых предметов, к неверной оценке их размеров и расстояний до них. Недостаточный наклон ветрового стекла может привести к зеркальному эффекту. Оптимальный наклон ветрового стекла колеблется в пределах от 28 до 33° к вертикали при максимальном сближении центра кривизны стекла и центра поля зрения водителя. Минимальный радиус кривизны стекол равен 1,1 метра.

В последнее время на автомобилях широкое применение получили прозрачные и дымчатые закаленные лобовые стекла и триплекс. Закаленное стекло при очень сильном ударе разбивается на осколки, которые не имеют острых граней. Это уменьшает возможность травмирования водителей. Триплекс состоит из двух слоев стекла и промежуточного слоя из прозрачной пластмассы. При ударе осколки разбитого стекла удерживаются на пластмассе.

Необходимо уделять внимание видимости в темное время суток. Основными путями оптимизации видимости являются автоматическое регулирование освещения в кабине управления при изменении интенсивности внешнего освещения, применение фар, поворачивающихся одновременно с поворотом рулевого колеса, галогенных ламп накаливания, поляризованного освещения, синей подсветки фар, очистки стекол фар.

Для устранения ослепления водителей отраженным светом фар позади идущих автомобилей широко применяются внутренние зеркала заднего вида, которые с помощью рычажка могут устанавливаться в положение «День» и «Ночь». Для того, чтобы корпуса внутренних и наружных зеркал заднего вида не блестели, их окрашивают в черный цвет.

3.2.2 Рабочее место водителя должно обеспечивать эффективность управления и безопасность движения. Поэтому одним из важнейших направлений его оптимизации является рациональное размещение устройств информации и органов управления. При компоновке информационные устройства и органы управления, выполняющие одинаковые функции, следует размещать рядом; наиболее важные из них должны располагаться в местах, удобных для их обслуживания. Информационные устройства и органы управления следует располагать в той последовательности, в какой они обычно используются. При размещении органов управления и информационных устройств необходимо учитывать частоту их использования.

В соответствии со значимостью и частотой использования органы управления делят на объекты постоянного и эпизодического использования.

Успешность работы водителя зависит от формы органов управления, их размещения относительно тела водителя, удаленности друг от друга, направления и скорости перемещения, усилий которые нужно прикладывать для их перемещения. Учитывая наличие различных зон в пределах моторных полей водителя, органы постоянного использования следует размещать в пределах оптимальной зоны, а эпизодического - в пределах нормальной и максимальной зон. Органы управления, которые обеспечивают комфортные условия в кабине автомобиля, могут размещаться в пределах моторной зоны. Объекты первой группы размещают на рулевой колонке или рядом с ней. Сюда относят рычаг переключения передач, указатель поворота, орган управления звуковым сигналом. Ко второй группе относят ключ зажигания, рукоятки управления стеклоочистителями и омывателями стекол. Эти органы обычно выносят на панель управления. В целях безопасности движения эти органы должны иметь минимальную площадь и размеры выступающих частей в зоне возможных ударов водителя о панель. Поэтому рукоятки на панелях располагают в утопленных нишах или делают эластичными. Кроме перечисленных, к объектам эпизодического использования относят также панель контрольных приборов, информирующих водителя о работе двигателя (давление масла, наличие топлива, степень зарядки аккумуляторов). Поэтому она может быть установлена в зоне периферического зрения, что не соответствует традиционным правилам проектирования кабин управления. В зоне прямого зрения целесообразно устанавливать спидометр, телевизор заднего вида, табло, информирующее водителя о ситуации на последующих участках дороги и о желательной скорости движения.

Особое внимание при размещении органов управления следует уделять положению рулевого колеса, так как именно с ним связано практически постоянное воздействие водителя на управляющую систему автомобиля. Оптимальный угол наклона оси рулевого колеса к уровню пола составляет 50 - 60°.

Для уменьшений повреждений водителя при аварии за счет удара грудью о рулевое колесо целесообразно применять тюльпанный тип колеса и безопасный рулевой вал. Рекомендуемые размеры рулевых колес с учетом усилий регулирования и расположения рулевого управления приведены ниже:

Параметр рулевого колеса	Значение
Внешний диаметр, в миллиметрах	400-480
Диаметр обода, в миллиметрах	20-25
Диаметр спиц, в миллиметрах	8-15
Угол наклона спиц по отношению к колесу, в градусах	20
Минимальное усилие одной руки, в Ньютонах	До 19,6
Максимальное допустимое усилие двух рук, в Ньютонах	До 245

Мышечное усилие водителя при нажатии на педали изменяется на 15 - 20% в зависимости от угла наклона подушки спинки, а также от высоты сиденья. Поэтому конструкция сиденья должна обеспечивать правильную посадку водителя за рулем, отсутствие мышечного напряжения, хорошую обзорность из кабины автомобиля. Все эти требования обеспечиваются правильным соотношением размеров деталей сиденья, регулировкой угла наклона и положения сиденья по длине кабины. Необходимо, чтобы конструкция сиденья обеспечивала равномерное распределение массы тела между подушкой и спинкой. Для поддержания позвоночника водителя в спинке сиденья рекомендуется устраивать выступ с регулируемой жесткостью. Обшивка сиденья должна быть достаточно жесткой и шероховатой, что позволяет удерживать требуемую позу без излишнего напряжения, вызванного необходимостью удерживать тело от скольжения по гладкой обивке.

Прямое влияние на работоспособность водителей оказывают параметры среды в кабине автомобиля. К ним относятся: шум, вибрация, световые воздействия, химические и механические примеси в воздухе, его температура и влажность, атмосферное давление, перегрузка, воздействие солнечных лучей. Для оптимизации этих параметров используют следующие пути: устранение неблагоприятных и вредных факторов; защита водителя от влияния этих факторов; компенсация их действия.

Для защиты водителя от воздействия солнечных лучей рекомендуется крышу и капот автомобиля окрашивать светлой краской, для остекления кабины использовать теплопоглощающие стекла, применять тепловую изоляцию двигателя.

Особое внимание уделяется вентиляции салона. Холодный или слабо нагретый воздух подается к голове водителя через сопла, положение которых можно регулировать. Используется кондиционирование воздуха, при этом регулируется температура, влажность и скорость движения воздуха в кабине. Система вентиляции при скорости движения автомобиля 4,17 метра в секунду должна обеспечивать не менее, чем двадцатикратный воздухообмен в час. Это необходимо для обеспечения не только микроклимата, но и чистоты воздуха в отношении содержания окиси углерода, паров бензина и бензола, а также пыли. Температура воздуха в кабине автомобиля должна быть равна 15 - 27°С, относительная влажность воздуха - 40 - 60% (при скорости движения воздуха 0,1 - 0,2 метра в секунду).

Особое внимание следует уделять шумоизоляции рабочего места водителя и устранению влияния вибрации. Для понижения шума в кабинах автомобиля рекомендуют применять: звукопоглощающую обивку под капотом (поглощает шум двигателя и амортизирует вибрацию корпуса); внутреннюю обивку; звукопоглощающий материал на потолке кузова; плотные прокладки, расположенные на внутренней поверхности крыльев(обеспечивают хорошее глушение дорожного шума); резиновую прокладку на раме дверцы; амортизированную подвеску различных деталей (устраняет дребезжание); плотную подгонку остекления окон.

Допустимым пределом шума в кабине автомобиля принято считать 80 децибелл.

Устранение вредного влияния вибраций осуществляется за счет рациональной конструкции подвески автомобиля и сиденья.

Подвеска сиденья должна обеспечивать такие условия, при которых колебания водителя на сиденье будут соответствовать узкой, вполне определенной полосе смещений. Для уменьшения вибрации в автомобиле применяют балансировку деталей, увеличивают жесткость вибрирующих деталей и создают условия, исключающие возникновение резонанса, применяют вибропрокладки, вибропоглощающие смазки и покрытия. Для предотвращения воздействия вибрации на водителя и пассажиров используют резиновые коврики на полу автомобиля.

Таким образом, реализация приведенных мероприятий в современных автомобилях позволит сохранить здоровье водителя, увеличить удобство и комфортность его рабочего места, уменьшить количество дорожно-транспортных происшествий.

3.3 Автомобили будущего

Вопрос, эффективен ли современный автомобиль в эргономическом отношении, связан с тем, что проблема безопасности на дорогах приобретает характер национального бедствия во многих странах. По количеству жертв дорожно-транспортные происшествия часто сравнивают с войной или эпидемией. Анализ ошибочных действий водителей позволил установить, что имеется целый ряд нерешенных эргономических проблем в конструкции системы управления автомобилем. Эргономистами выполнено и проводится большое число исследований и разработок сидений, ножных и ручных органов управления и контрольно-измерительных приборов, их размещения в кабинах различных моделей легковых, грузовых и специальных автомобилей, автобусов.

Сложившиеся в прошлом представления об автомобилях и их вождении претерпели существенные изменения. Тенденции таких изменений приобретают зримые черты в дизайнерских концептуальных разработках автомобилей будущего, идеи которых, в том числе и эргономические, воплощаются в практике проектирования. Одна из них - концептуальная модель четырехместного комфортабельного автомобиля будущего «Понтиак - пурсют». Центральная идея проектирования интерьера этой модели - обеспечение удобства управления автомобилем. Мягкие линии центральной консоли и толстой обивки дверей, которые служат также подлокотниками, обособляют место водителя и каждого из пассажиров, форма кресел, облегающих плечи и спину, создает особую атмосферу уюта. Каждое сиденье снабжено ремнями безопасности, прикрепленными непосредственно к креслу. В подголовники передних сидений вмонтированы телевизоры для сидящих сзади пассажиров.