Читать книгу "Эргономика"
4.4. Метод перцентилей
В основу общих правил использования антропометрических данных при проектировании положен метод перцентилей, который базируется на методах теории вероятностей и математической статистики. Перцентиль – сотая доля измеренной совокупности людей, которой соответствует определенное значение антропометрического признака.
Антропометрические признаки являются случайными величинами, подчиняющимися закону нормального распределения. Закон нормального распределения случайных величин служит теоретическим обоснованием для решения многих прикладных задач. Функция нормального распределения может быть графически представлена кривой (кривая Гаусса) (рис. 4.5). Площадь, заключенная под кривой нормального распределения, всегда равна 1.
На графике нормального закона распределения случайной величины по оси абсцисс откладывается значение случайной величины х (применительно к нашему случаю – числовое значение антропометрической характеристики), по оси ординат – f (x) – вероятность появления того или иного значения случайной величины (в процентах или долях единицы).
Среднее, наиболее вероятное значение случайной величины – математическое ожидание (М) соответствует максимуму кривой распределения, ее «горбу» (рис. 4.6).
Рис. 4.5. График нормального распространения случайных величин
Ширина кривой распределения, ее растянутость по горизонтали показывают изменчивость, варьирование случайной величины, которая характеризуется среднеквадратическим отклонением относительно математического ожидания (рис. 4.6). Площади, заключенные под участками кривой распределения, показывают, какое количество случайных величин попадает в эти зоны.
Рис. 4.6. График распределения числовых значений антропометрических характеристик (перцентильная кривая)
Если площадь, ограниченную кривой распределения, или всю совокупность наблюдений разделить на 100 равных частей, то получим 99 перцентилей (Р1, … Р99). Каждый перцентиль имеет свой порядковый номер. 1-й перцентиль отсекает в распределении частоты наименьших значений антропометрического признака, составляющие 1 % от суммы всех частей, 2-й перцентиль – значения, составляющие 2 % и т. д., 50-й перцентиль в нормальном распределении соответствует средней арифметической величине.
Числовые значения антропометрического признака, соответствующие верхней и нижней границе выбранного объема работающих, называются пороговыми. Они являются антропометрическими критериями при расчете параметра рабочих мест на основе метода перцентилей.
Проектирование в расчете на среднего человека является серьезной ошибкой. Если проектирование производится для коллективного пользователя, то должны применяться максимальные и минимальные антропометрические параметры членов коллектива, а не средние значения.
Проектировать изделия и обеспечивать параметры среды, удовлетворяющих всех людей, достаточно трудоемко и экономически нецелесообразно. Необходимо стремиться к тому, чтобы создаваемые изделия были удобны для использования как можно большего количества людей. В связи с этим конструкция широко используемого оборудования должна быть удобна в эксплуатации по крайней мере для 90 % работающих, для которых оно предназначено, а параметры проектируемой среды должны удовлетворять 90 % населения.
Минимальная нижняя и максимальная верхняя границы 90 % объема работающих используются одновременно для расчета нерегулируемых параметров рабочих мест и оборудования и соответствуют 5-му и 95-му перцентилям определенной группы населения. При этом остаются неудовлетворенными 10 % людей: 5 % – с наименьшими и 5 % – с наибольшими размерами тела. Рациональная рабочая поза для этих людей должна обеспечиваться путем регулирования изменяемых параметров элементов рабочего места (рабочее сиденье, столешница, подставка для ног и т. д.).
Неизменяемые размеры оборудования, связанные с вертикальной досягаемостью в верхних зонах и с горизонтальной досягаемостью (по ширине и глубине), рассчитываются исходя из значений антропометрического признака, соответствующего 5-му перцентилю каждой половой группы. Если оборудование используется и мужчинами, и женщинами, эти размеры должны соответствовать 5-му перцентилю женской половой группы.
Неизменяемые размеры оборудования, связанные с вертикальной досягаемостью в нижних зонах, рассчитываются исходя из значений антропометрического признака, соответствующего 95-му перцентилю мужской половой группы.
Такие размеры, как проходы, люки, лазы, подходы, которые обеспечивают прохождение тела и его частей, должны соответствовать значению признака по 95-му перцентилю соответствующей группы населения.
По 50-му перцентилю рассчитываются некоторые размеры: например, для подлокотников – высота, длина или для сиденья – глубина сиденья.
Числовые значения антропометрических признаков, соответствующие 1-му, 5-му, 50-му, 95-му и 99-му перцентилям, приводятся в антропометрических атласах, справочниках, стандартах, например:
– ГОСТ 12.2.049-80 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования»;
– СТБ ЕН 547-3-2003 «Безопасность машин. Размеры тела человека. Часть 3. Антропометрические данные».
– ЕН 547-1-96 «Безопасность оборудования. Размеры тела человека. Часть 1. Основные принципы определения размеров прохода всем телом к рабочим местам оборудования»;
– ЕН 547-2-96 «Безопасность оборудования. Размеры тела человека. Часть 2. Основные принципы определения размеров отверстий для доступа отдельными частями тела».
Наиболее часто в справочной литературе приводятся числовые значения антропометрических признаков, соответствующие 50-му перцентилю, т. е. среднему арифметическому значению признака. Числовые значения антропометрических признаков, соответствующие другим перцентилям, находят по формуле
А = М + δК,
где А – искомое числовое значение антропометрического признака; М – среднее арифметическое значение признака; δ – среднее квардратическое отклонение значений признака от средней арифметической величины (характеризует степень изменчивости признака в выборке); К – коэффициент, который находят по стандартным таблицам площадей кривой нормального распределения.
Зная среднюю величину признака и среднее квадратическое отклонение, можно определить процент людей, у которых величина антропометрического признака укладывается в тот или иной интервал.
Например, в интервал величин М ± 3δ укладываются 99,7 % всех признаков, распределенных по нормальному закону, или, что в данном случае то же самое, – 99,7 % людей. Для нормального закона распределения верны также следующие соотношения:
– интервалу М ± 2δ соответствует 95 % людей;
– интервалу М ± 1,64δ – 90 %;
– интервалу М ± 1,15δ – 75 %;
– интервалу М ± 1,0 δ – 68 %;
– интервалу М ± 0,67δ – 50 %;
– интервалу М ± 0,32δ – 25 %.
Можно в каждом случае рассчитать процент людей, размерам которых будет удовлетворять данная проектная разработка. Выбор границ объема контингента работающих определяется спецификой конкретной деятельности. В ряде случаев достаточно того, чтобы параметры оборудования удовлетворяли 75 % или даже 25 % людей.
Использование антропометрических данных делает необходимым выполнение следующих правил::
– помнить о том, что наибольшие различия в размерах тела – индивидуальные (внутригрупповые), а затем межгрупповые (половые, национальные, возрастные);
– учитывать наличие и количество регулируемых параметров среды и оборудования;
– рассчитывать требуемый минимум свободного пространства для размещения тела человека и его перемещения исходя из антропометрических данных людей, характеризующихся наибольшими продольными, поперечными и передне-задними размерами тела;
– рассчитывать те части пространств, которые связаны с различными видами досягаемости, на основе антропометрических данных людей, характеризующихся наименьшими продольными, поперечными и передне-задними размерами тела;
– использовать базы отсчета, которые соотносятся с базами, взятыми при измерении размеров тела, и не требуют сложных пересчетов;
– округлять числовые значения антропометрических данных, взятых из нормативных документов, не более чем на 1 см или на 1°.
При использовании антропометрических данных не рекомендуется:
– рассчитывать параметры среды и оборудования на основе только средних арифметических значений антропометрического признака;
– пользоваться источниками антропометрических данных, в которых не указаны год сбора материалов, пол, возраст, национальность контингента исследуемых;
– использовать размеры тела, измеренные в положении «стоя» при расчете параметров рабочих мест, предназначенных для работы в положении «сидя»;
– получать основные эргономические размеры сложением отдельных классических анатомических размеров;
– выделять основные и второстепенные антропометрические признаки; следует считать все множество антропометрических признаков одинаково необходимыми, выявляя их значимость только при анализе конкретных объектов производственного оборудования.
Выбор антропометрических признаков для расчета параметров рабочего места производится в каждом конкретном случае в зависимости от положения тела человека и характера его деятельности (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Примеры использования метода перценталей при проектировании предметно-пространственной среды
Примеры использования метода перцентилей при проектировании предметно-пространственной среды приведены в соответствии с методическим руководством «Эргономика: принципы и рекомендации». М., ВНИИТЭ. 1983. В данном учебном пособии это табл. 4.4–4.6.
Таблица 4.4. Использование метода перценталей при проектировании предметно-пространственной среды (положение «стоя»)
Окончание табл. 4.4
Таблица 4.5. Использование метода перценталей при проектировании предметно-пространственной среды (положение «сидя»)
Окончание табл. 4.5
Таблица 4.6. Использование метода перцентилей для определения размеров, обеспечивающих прохождение тела человека и его частей в люки
Контрольные вопросы
1. Что лежит в основе дометрических единиц измерения?
2. Каково значение измерений человеческого тела в искусстве и архитектуре?
3. Какие ученые занимались антропометрическими исследованиями начиная с эпохи Возрождения и до наших дней?
4. Что такое «соматотипия»?
5. Что представляет собой модулор, созданный Ле Корбюзье?
6. Кто является создателем «теории среднего человека»?
7. Какие факторы влияют на антропометрические характеристики?
8. Как отличаются антропометрические характеристики в разные периоды развития цивилизации?
9. Какое влияние оказывают климатические условия на изменение антропометрических характеристик?
10. Какие антропометрические характеристики являются наиболее и наименее варьируемыми?
11. Что такое статические и динамические антропометрические признаки?
12. Что является ориентирами для определения антропометрических признаков?
13. Каким образом ведется выбор антропометрических признаков для практических целей проектирования?
14. Как проводятся измерения тела человека в положении «стоя» и в положении «сидя»?
15. Как проводятся измерения кисти?
16. В чем заключается метод перцентилей?
17. Какие правила необходимо выполнять при использовании антропометрических данных для задач проектирования?
18. Какие антропометрические признаки используют для расчета параметров рабочих мест?
19. Какие параметры рабочего места обеспечивают прохождение тела человека и его частей?
20. Как определяются числовые значения антропометрических признаков, соответствующих различным перцентилям, на основе среднего арифметического значения признака?
5. Функциональное состояние работающего человека
5.1. Содержание понятия «функциональное состояние» и динамика его изменения
Функциональное состояние – это обусловленная внешними и внутренними факторами возможность человека осуществлять деятельность.
Внешние факторы – характеристики трудового процесса: продолжительность воздействия нагрузки (общая продолжительность работы, время суток, сменность, отклонение от нормального режима работы и др.); вид нагрузки (физическая, сенсорная, умственная, смешанная и др.), распределение во времени (интенсивность, дефицит времени, экстенсивность и др.).
Внутренние факторы – психофизиологические характеристики человека, которые выражаются в изменениях психических и физиологических процессов.
Функциональное состояние работающего человека является сложной системной реакцией индивида, совокупностью взаимодействующих элементарных структур (процессов), объединенных в целое выполнением общей функции, которую не может осуществить ни один из ее компонентов.
Выполнение любого трудового задания возможно лишь при нормальном режиме функционирования всех звеньев системы «человек-машина-среда». Поскольку человек является самым сложным элементом системы, величина психологических и физиологических затрат, обеспечивающих выполнение задачи на требуемом уровне, является важной характеристикой для эффективности работы системы.
Чрезмерное напряжение физиологических и психических ресурсов человека является потенциальным источником заболеваний. С этой точки зрения можно выделить нормальные и патологические состояния организма. Существует достаточно большая группа предпатологических (пограничных) состояний, возникновение которых может спровоцировать сбой в работе организма. Так, типичным следствием длительного переживания, стресса являются болезни сердечно-сосудистой системы пищеварительного тракта, неврозы.
Одним из оснований классификации функциональных состояний служит критерий адекватности ответной реакции организма на требование выполняемой функции (деятельности). В соответствии с этим критерием все состояния человека можно разделить на состояния адекватной мобилизации и динамического рассогласования.
Состояние адекватной мобилизации характеризуется полным соответствием степени напряжения функциональных возможностей организма конкретным условиям деятельности. При отсутствии или нарушении адекватности ответной реакции следует говорить о возникновении состояния динамического рассогласования. В таком состоянии реакция неадекватна нагрузке либо требуемые психофизические затраты превышают актуальные возможности организма человека.
В процессе работы функциональное состояние человека проходит несколько фаз:
1. Состояние мобилизации. В состоянии мобилизации происходят повышение общего тонуса, энергетическая мобилизация резервов организма еще до начала работы, формирование плана и стратегии поведения, внутреннее проигрывание ключевых элементов деятельности.
2. Состояние первичной реакции. Данное состояние возникает в начале работы и характеризуется небольшим снижением всех показаний функционального состояния; длительность второй фазы зависит от тренированности работающего, опыта и знаний характера выполняемой работы.
3. Состояние гиперкомпенсации. В этой фазе происходит поиск оптимального режима работы, но, поскольку соответствие реакции организма характеру работы и величине нагрузки еще не наступило, организм реагирует с бо́льшей силой, чем это необходимо. Состояние первичной реакции и состояние гиперкомпенсации можно объединить в одну фазу – фазу врабатываемости, т. е. период поиска адекватного способа действия, выработки оптимального темпа и ритма работы; продолжительность фазы гиперкомпенсации зависит от личностно-мотивационных факторов.
4. Состояние компенсации. Фаза характеризуется определенной стабилизацией показателей, устанавливается оптимальный режим работы. Эффективность труда максимальная.
5. Состояние субкомпенсации. В этой фазе при определенной интенсивности и длительности работы функционирование систем перестает обеспечиваться организмом, уровень реакции снижается, что приводит к скрытому, а затем к явному снижению эффективности труда.
6. Состояние декомпенсации. Фаза характеризуется неуклонным ухудшением функционирования систем: появлением большого количества ошибок, нарушением координации движений, вегетативным нарушением (тахикардия, учащение дыхания), ослаблением интеллектуальных функций. Работу необходимо прекратить, в противном случае фаза декомпенсации может перейти в фазу срыва.
7. Состояние срыва. Полное расстройство регулирующих механизмов организма, резкое падение работоспособности (неадекватная реакция на сигналы, обмороки и т. д.). Состояние требует длительного отдыха и даже лечения.
Основная цель эргономического обеспечения проектирования – установление наибольшей продолжительности четвертой фазы, т. е. состояния компенсации. Максимальная длительность этой фазы зависит не только от подготовки специалистов, их обучения и тренировки, но и в большей степени от организации системы «человек-машина-среда», а также от организации деятельности человека.
5.2. Методы оценки и способы контроля функционального состояния человека
Существуют субъективные и объективные методы оценки функционального состояния человека.
Субъективными признаками изменения функционального состояния человека являются чувство усталости, ощущение боли в конечностях, в пояснице, мышцах шеи, желание прекратить работу, головные боли, чувство шума в висках, ощущение нехватки воздуха, ряд зрительных нарушений.
Состояния, которым сопутствуют комплексы субъективных переживаний, различны: при утомлении возникает усталость, вялость, бессилие; при монотонии ощущаются скука, апатия, сонливость; при повышенной эмоциональной напряженности – тревога, нервозность, переживание опасности и страха.
В качестве субъективных способов контроля функционального состояния человека используют различные тесты, опросники, журналы контроля самочувствия и т. д.
Одним из таких способов является заполнение тестовой карты САН (самочувствие – активность – настроение) и выявление изменений полученных характеристик в процессе работы. Карта САН заполняется самостоятельно 2 раза – в начале и в конце работы (смены). Человек рассматривает свое состояние в соответствии с предложенными на шкале характеристиками.
Тестовая карта САН (3 мин)[10]10
Время оценки состояния
[Закрыть]
Испытуемому следует соотнести свое состояние с признаками представленных в карте противоположностей (отметить на карте) и получить оценку в баллах (по каждому из 15 признаков).
Затем необходимо получить числовое значение по каждому критерию по формулам (в скобках – сумма баллов оценочной шкалы признаков в соответствии с порядковым номером):
самочувствие С = 0,2 (1, 4, 7, 10, 13);
активность А = 0,2 (2, 5, 8, 11, 14);
настроение Н = 0,2 (3, 6, 9, 12, 15).
В состоянии покоя для контингента в возрасте 18–25 лет эти значения составляют:
С = 5,4;
А = 5,0;
Н = 5,1.
По мере изменения функционального состояния и развития утомления наблюдается разноплановая динамика показателей «самочувствие», «активность», «настроение». Дивергенцию показателей можно рассматривать как свидетельство изменения функционального состояния.
Объективные методы оценки функционального состояния – аппаратурные обследования организма человека, при которых обнаруживаются изменения функционирования сердечно-сосудистой системы, двигательной и центральной нервной системы, пищеварительной и выделительной функций. В зависимости от поставленных целей контроль функциональных состояний может быть исследовательским, констатирующим и профилактическим (прогнозирующим).
Рассмотрим основные показатели функционального состояния человека:
1. Показатели сердечно-сосудистой системы. Самый распространенный метод оценки сердечно-сосудистой системы состояния человека – электрокардиография (ЭКГ). Она иллюстрирует основные функции сердечной мышцы – автоматизм, возбудимость и проводимость. Анализ ЭКГ делают для определения динамики частоты сердечных сокращений (ЧСС), амплитуды P, R, T зубцов.
2. Показатели системы дыхания. Данные показатели отражают эмоциональное состояние человека. Способы регистрации дыхательного движения – пьезопневмография, электропневмограммы и т. д. Основные его характеристики – частота дыхания, амплитуда дыхания, соотношение глубины вдоха и выдоха.
3. Кожно-гальваническая реакция (КГР). Это показатель эмоционального напряжения. Кожно-гальваническая реакция исследуется путем изменения сопротивления кожи постоянному току. Величина электрокожного сопротивления в зависимости от нервно-эмоционального состояния колеблется от 2 до 200 кОм. Кожно-гальваническую реакцию могут вызвать различные раздражители (свет, звук, запах, электроудар, активность, связь, напряженное мышление, сильное воображение и т. д.). При активном состоянии сопротивление кожи понижается, а в состоянии покоя повышается.
4. Биопотенциал мышц. Для изучения биопотенциала мышц проводят исследования биоэлектрической активности мышц методом электромиографии.
5. Биопотенциал мозга. Биопотенциал мозга определяют с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Электроды располагаются на поверхности головы; для проведения процедуры используют следующие частоты: альфа-ритм (частота 8–13 Гц), бета-ритм (15–30 Гц), дельта-ритм (0,5–03,5 Гц) и тета-ритм (4–8 Гц). Снижение функционального состояния характеризуется замедлением частоты и увеличением волн (амплитуды) ЭЭГ.
6. Биохимические показатели. Важную роль в регуляции функционального состояния играет гормональная система. В качестве показателей ее активности используется выброс глюкокортикостероидов корой надпочечников.
Содержательная характеристика любого состояния человека невозможна без анализа следующих изменений на поведенческом уровне:
– производительности;
– темпа работы;
– числа ошибок;
– показателей речевого и двигательного поведения.
Для разных состояний характерны определенные сдвиги в основных психических процессах – восприятии, внимании, памяти, мышлении, изменениях в эмоционально-волевой сфере. Данные изменения также можно измерять.
