Читать книгу "Эргономика"
Весь спектр речевых звуков находится в пределах от 100 до 7000 Гц. Средняя частота мужского голоса 1660 Гц, женского – 1900 Гц. Более высокие частоты воспринимаются лучше, поэтому озвучивание объявлений по громкоговорящей связи производится, как правило, женским голосом.
Срезание частот сверху и снизу снижает разборчивость речи. Достаточно хорошая разборчивость речи обеспечивается при передаче ее в диапазоне 250–3500 Гц.
Скорость восприятия речи не более 120 слов/мин. Структура фраз речевых сообщений должна быть максимально простой и короткой. При этом следует учитывать, что начальные участки фраз обычно воспринимаются лучше, чем концевые, средние – хуже, чем начальные и концевые.
Разборчивость речи зависит от длительности произношения звуков (для гласных она в среднем составляет 0,35 с, для согласных – до 0,3 с), а также от темпа произношения слов. Чтобы речевые звуки были понятными, их интенсивность должна превышать интенсивность фона (шума) не менее чем на 6 дБ. Точнее распознаются более длинные сообщения, так как в них больше опознавательных признаков. Поэтому для команд предпочтительнее составлять фразы, чем использовать отдельные слова, но количество слов не должно быть более 11. Применение искусственной речи позволяет управлять такими параметрами, как частота, скорость, акценты.
В настоящее время в диалоге с ПК звуковая информация представлена в совсем незначительных объемах – даже меньше естественного баланса, сложившегося между органами чувств человека. Безусловно, это резерв и в будущем роль «звукового пользовательского интерфейса» будет возрастать. Сейчас идут интенсивные разработки в области речевого интерфейса с целью замены клавиатур. Когда мы говорим или собираемся говорить, мозг посылает электрические сигналы голосовым связкам и языку. Фиксируя и расшифровывая эти сигналы, можно телепатически управлять органами управления.
Кроме того, выяснено, что намерение совершить какое-либо телодвижение создает в головном мозге ощущение того, что это движение уже произошло, даже если на самом деле человек остался неподвижен. Это позволяет путем считывания импульсов, направляемых на управление мышцами, управлять предполагаемыми движениями.
При разработке средств тактильной информации устанавливаются:
• способы представления информации (вибрацией, конфигурацией, температурой, уровнем электрических, химических и тепловых сигналов);
• способы кодирования;
• конструктивные особенности тактильных индикаторов.
Конфигурация (форма и текстура) применяется для органов управления. Например, для органов управления автомобиля стандартизированы рукоятки переключения скоростей и ручного тормоза, для самолетов – рукоятки «шасси», «дроссель».
Тактильное представление тестов шрифтом Брайля применяется достаточно давно. Имеются опытные образцы электротактильных сигнализаторов для слепых и глухих.
Тактильная информация применяется для систем сигнализации и оповещения о возникновении опасных, критических и аварийных ситуаций, а также для предупреждения о выходе на заданные режимы функционирования оборудования.
Диапазон частот вибрационных тактильных сигналов, выдаваемых на ручку управления, составляет 2–5 Гц; для датчиков, расположенных на теле человека – около 20 Гц.
Самый распространенный вид использования тактильной информации в бытовой технике – вибрация, которая применяется для мобильных телефонов. Кроме того, такие конструктивные элементы, как тактильные полосы в виде рядов выпуклых элементов поверхности, применяются на платформах метро, вдоль дорог для обозначения опасной зоны (шумовая полоса). Такие же шумовые полосы располагают перед пешеходными переходами и перед остановками общественного транспорта. На клавиатурах персональных компьютеров применяются выпуклые точки или черточки для координации оператора в пространстве.
9.2. Органы управления
Различные органы управления можно применять для выполнения одних и тех же функций, поэтому при выборе органов управления необходимо учитывать:
• структуру и особенности деятельности человека-оператора при нормальной работе систем и при их отказе;
• управляющие действия, которые должен производить оператор;
• положение тела человека (рабочую позу) при манипуляциях с органами управления;
• динамические характеристики рабочих движений (усилия, точность, скорость, траекторию);
• место расположения органов управления;
• условия производственной среды (освещенность, вибрация, помехи и т. д.);
• технические характеристики объекта управления;
• психофизиологические и антропометрические характеристики человека;
• наличие или отсутствие спецодежды и средств индивидуальной защиты.
Органы управления классифицируются по назначению, по времени и частоте использования, по виду воздействия на объект управления, по характеру управляющих движений, по конструктивному исполнению, по скорости, точности воздействия и величине прилагаемых усилий.
Органы управления могут приводиться в действие руками, ногами, головой, пальцами, ладонями, глазами, электрическими импульсами в мышцах и мозге.
Различают механические и виртуальные органы управления.
Механические органы управления состоят из приводного элемента и исполнительной части, представленной, как правило, в виде механической передачи. Размеры и форма приводного элемента рассчитываются в соответствии с размерами и формой тех частей тела, с которыми он соприкасается, а также со свойственными им приводными усилиями:
– кнопки и клавиши предназначены для проведения быстрых операций типа «включено-выключено», требующих незначительных усилий при управлении и позволяющих осуществлять управляющие действия с наибольшей скоростью. Размеры их определяются частотой использования и необходимыми усилиями для приведения их в действие (чем чаще они приводятся в действие и чем больше прикладывается усилий, тем крупнее приводной элемент). Должен соблюдаться стереотип управления – «включено» при нажатии;
– рычаги служат для ступенчатых переключений и плавного динамического регулирования одной или двумя руками, а также при средних или больших управляющих усилиях, быстрых движениях при коротком пути управления и прямых траекториях. Оптимальное число позиций – 4; форма рукоятки коническая или овальная. Шаровидные рукоятки используются при большом размахе движений;
– маховики управления, штурвалы и рулевые колеса предназначены для выполнения ступенчатых переключений и плавного регулирования, выполняемого одной ли двумя руками; применяются для медленных вращений и при точных круговых поворотах в условиях, требующих приложения значительных усилий либо точного регулирования;
– тумблеры применяются для быстрого включения, выключения и переключения режимов работы, не требуют при управлении больших физических усилий, хорошо опознаются на рабочем месте, позволяют осуществлять операции с большой скоростью;
– кривошипные рукоятки служат для переключений, требующих быстрого вращения и многих оборотов, или для передачи значительных физических усилий на исполнительный орган;
– поворотные переключатели применяются для операций включения-выключения, плавного непрерывного или ступенчатого регулирования (в зависимости от способов захвата приводного элемента различают поворотные переключатели для дискретного позиционирования, переключатели для грубого и плавного регулирования, для точного позиционирования);
– педали – ножные органы управления, предназначенные для операций типа включения-выключения и регулирования состояний объекта управления (предпочтительное использование в положении «сидя») при невысокой точности регулировки или при необходимости значительных мышечных усилий. Не должно быть более двух педалей для одновременного управления; угол движения – не более 25°; высота каблука – не более 70 мм. Необходимо соблюдение стереотипа управления – «включено», «увеличение» при нажатии на педаль.
Механические органы управления постепенно заменяются виртуальными, в которых исполнительная часть представляет собой электронное, гидравлическое или электромеханическое устройство.
В настоящее время в качестве виртуальных органов управления чаще всего рассматриваются клавиатура, манипулятор «мышь», сенсорная (тач) панель (тачпад – встроенная в нотбук или нетбук или трекпад – отдельная беспроводная сенсорная панель, тачскрин – сенсорная визуальная панель), трекбол, джойстик, стилус и т. д. Их единым признаком является возможность интерактивного управления элементами информационной модели.
К виртуальным модификациям клавиатуры относятся клавиатура, расположенная в одной руке (работа на ней производится аккордным методом), сенсорные браслеты и перчатки.
Microsoft предложил интерфейс для игровой консоли Xbox. Он позволяет общаться с ней голосом, жестами, понимает позы, распознает объекты и рисунки. В концепции Microsoft данная технология уже скоро сможет заменить привычное управление. Первой в этой области была Apple с тачинтерфейсами. Сегодня для того, чтобы повернуть изображение, не нужна кнопка «rotate» для увеличения или уменьшения картинки и не надо искать кнопку «масштаб». Устройства избавляются от них. В 2006 г. компания Nintendo для компьютерных игр стала использовать движения рук. В конце 2008 г. компания Google запустила голосовой поиск без использования клавиатуры. Компания Guger Technologies выпустила в коммерческую эксплуатацию первый доступный прибор с интерфейсом «мозг – компьютер» – Intendix, который для управления использует активность разных участков коры головного мозга и биосигналы лицевых мышц.
При эргономическом обеспечении разработки органов управления рассматриваются следующие параметры:
– соответствие характера управляющего движения функциональному состоянию управляемой системы;
– форма;
– размеры;
– усилия перемещения для механических органов управления (для виртуальных иногда специально вводится сопротивление перемещению);
– направления и плоскости перемещения органов управления относительно плоскости симметрии тела оператора;
– способы и динамика фиксации органов управления;
– качество и места расположения надписей (символов) на органах управления (сверху, снизу, сбоку);
– способы совмещения нескольких органов управления;
– средства защиты органов управления (крышки, несколько степеней защиты от срабатывания);
– характеристики покрытий органов управления в части теплопроводности, шероховатости, цвета и т. д.
Кодирование приводных элементов органов управления осуществляется с целью кодирования их назначения. Для кодирования используются:
– форма приводных элементов (например, рукоятки в автомобиле);
– рифление поверхности;
– размер приводных элементов (различие должно составлять не менее 20 % по объему);
– цвет;
– надписи.
Должна быть обеспечена обратная связь с оператором для сигнализации о приведении органов управления в действие. Для обеспечения обратной связи применяются:
– изменение положения органов управления;
– характер и динамика сопротивления органов управления перемещениям;
– изменение формы, цвета курсора или знака (для виртуальных);
– поворот органов управления вокруг своей оси;
– глубина утапливания органов управления относительно поверхностей панелей.
Организация опоры для рук обеспечивается в зависимости от номенклатуры используемых органов управления. Опора для локтя необходима при больших (широких) движениях кистью с предплечьем (работа с сенсорным экраном, световым пером); опора для предплечья – при движениях кистью (мышь, джойстик, клавиатура); запястье нуждается в поддерживании при движениях пальцами (клавиатура, трекбол, сенсорные панели).
Создание новых более эргономичных клавиатур приобретает сегодня самые причудливые формы: клавиатуры как бы «разламываются» надвое, появляются изогнутые, вводятся всевозможные подставки для кистей. Однако следует помнить, что при интенсивной работе стереотип поведения часто важнее кажущегося удобства.
Конструкция клавиатуры определяется антропометрическими характеристиками человека-оператора и должна соответствовать следующим нормативам:
– угол наклона поверхности клавиатуры в пределах от 5о до 15о;[15]15
Трекпад должен иметь высоту и угол наклона такие же, как и у клавиатуры.
[Закрыть]
– высота среднего ряда клавиш не более 30 мм (если высота передней кромки клавиатуры больше 20 мм – для больших рук человека, то предусматривается свободное пространство от нижнего ряда кнопок до передней кромки шириной 80–100 мм. Такая свободная площадка может выполняться в виде специального «пристяжного» конструктивного элемента или в виде мягкого валика для поддержки кистей рук, который наполняется гелеобразной массой; если высота передней кромки клавиатуры меньше 20 мм – для маленьких рук, предусматривается пространство шириной 80–100 мм между кромкой клавиатуры и краем стола[16]16
Клавиатура может располагаться на специальной регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.
[Закрыть]);
– расположение часто используемых клавиш должно быть в центре, внизу и справа, клавиши редко используемых – вверху и слева;
– выделение размером, формой и местом расположения функциональных групп клавиш;
– для кодирования функциональных клавиш и для печати «слепым» методом могут применяться риски и точечные бугорки;
– шаг (расстояние между клавишами) определяется антропометрическими характеристиками кисти руки и должен быть не менее диаметра ногтевой фаланги указательного/среднего пальца (они примерно равны) в расчете на 95 перцентилей отечественного пользователя, что равняется 20,14 мм (в импортных клавиатурах и скопированных наших – 19 мм, что, в принципе, хотя и не соответствует приведенным расчетным значениям, несущественно, так как клавиатурами пользуются в основном молодые люди, у которых размеры рук меньше);
– расстояние между контактными плоскостями клавиш определяется точностью позиционирования пальцев и тремором рук и должно быть не менее 3 мм;
– клавиатура должна быть отделена от монитора и иметь возможность перемещаться в пределах 0,5–1,0 м.
Выделение функциональных зон клавиатуры и отдельных клавиш методом цветового кодирования нецелесообразно – лучше использовать оттенки градаций светлоты основного цветового тона. Связано это с тем, что цветовое кодирование зрительных элементов информационной модели следует производить в центральной области зрения, а работа с клавиатурой предполагает в основном использование периферического зрения. Цветовое разделения знаков на клавишах (например, при русской и английской раскладке алфавитов) соответственно также нецелесообразно. В данном случае важен не цвет, а месторасположение знаков. При этом знаки на клавишах должны иметь обязательно прямой яркостный контраст, такой же, как на мониторе. Иначе происходит постоянная переаккомодация зрения, которая ведет к быстрой утомляемости.
Для надписей на клавишах яркостный контраст должен быть в пределах 0,6–0,7, минимальные размеры знаков – в пределах 12'–35', что составляет (если перейти к линейным размерам) 2–5 мм. Размер знаков и их яркостный контраст будут оптимальными для восприятия в случае максимальной близости или совпадения с аналогичными светотехническими характеристиками текстовой информации на экране монитора. Здесь уместно вспомнить, что контрасты на ЖК-мониторах и мониторах на ЭЛТ существенно отличаются. Например, яркостный контраст у современных ЖК-мониторов достигает значений 0,997–0,998. Таких показателей мониторы на ЭЛТ не достигнут никогда (для монохромных мониторов – 0,33–0,67, для цветных – 0,6–0,99). Но вот в чем парадокс – при совместной работе с клавиатурой, если ориентироваться на яркостный контраст, мониторы на ЭЛТ более комфортны для зрения.
С целью удобного расположения подушечек пальцев на клавишах и их фиксации клавиши со стороны пользователя должны иметь вогнутость, профилированную по горизонтали. Горизонтальный размер контактной плоскости клавиш в расчете на антропометрические характеристики отечественного пользователя должен быть не менее 13 мм, вертикальный – 15 мм; рабочий ход для клавиш предусматривается в пределах 1,0–5,0 мм. Усилие нажатия для клавиш должно быть в пределах 0,25–1,5 Н.
Подсветка клавиш целесообразна тогда, когда от оператора требуются немедленные действия в ответ на поступающий сигнал, а не в случае смены режима набора, как это иногда имеет место.
Такие органы управления, как джойстик, мышь, стилус, приводятся в действие преимущественно кистью, предплечьем и плечом.
Форма рукоятки должна максимизировать контакт кожи и руки. Толщина рукоятки зависит от характера, силы захвата и размаха пальцев руки. Контурное соответствие между пальцами и рукояткой недопустимо, поскольку формообразование не может соответствовать многообразию рук пользователя и на практике вызывает только неудобства, связанные с давлением на мягкие ткани. Поверхность и текстура рукоятки должны быть эластичными, с фрикционной сопротивляемостью, легкими и теплопроводными. Длина рукоятки определяется 95-м перцентилем размеров руки.
Если стремиться к предельной точности, то следует ориентироваться на органы управления, приводимые в действие преимущественно пальцами. Виртуальные органы управления, такие, как мышь, трекбол, тачпад, сенсорные экраны и другие (те, которые используют наводящийся курсор), самостоятельно подстраиваются под индивидуального пользователя. Следует помнить, что размер кнопок должен быть рассчитан на пользователя с антропометрическими параметрами руки по 95-му перцентилю (перцентильный подход). Расположение органов управления и их вид подчиняются общим принципам по формированию информационной модели. Расстояние между соседними кнопками рассчитывается с учетом физиологических свойств человека-оператора – тремора рук. Суставный тремор, проявляющийся при управлении приподнятой рукой, можно представить в виде суммы двух синусоидальных колебаний частотой 10 Гц при амплитуде 10'–20' и 1–2 Гц при амплитуде 1°, т. е. при оптимальном расстоянии до сенсорного экрана 300–500 мм расстояние между сенсорными кнопками должно быть не менее 7–11,5 мм.
При разработке формы мыши для группы пользователей должны быть учтены следующие требования:
– профилирование формы (выступы и ложементы под пальцы). Профилирование не допускается, если существует большая разница в размерах кисти группы пользователей;
– количество кнопок (например, решается вопрос о необходимости кнопки под большой палец);
– форма (выбирается исходя из расслабленного положения руки на столешнице);
– длина и ширина мыши (определяется исходя из 50-го перцентиля группы пользователей);
– досягаемость кнопок (определяется исходя из пятого перцентиля группы пользователей);
– ширина кнопок (выбирается исходя из 95-го перцентиля группы пользователей).
Если речь идет о размере кнопки-иконки, приводимой в действие курсором, то он зависит от точности руки при движении приводного элемента. Точность позиционирования курсора не должна быть меньше точности, допускаемой при работе невооруженным глазом, т. е. 0,3–0,5 мм (максимально возможная для зрительного аппарата человека – 0,08 мм). Фазы движения руки при управлении курсором представлены на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Фазы движения руки (0 – исходная точка, С – целевая точка)
Все рабочие движения состоят из двух фаз: поисковой и исполнительной.
В поисковой фазе из рабочего положения рука человека устремляется к определенной точке в пространстве. Здесь можно выделить еще две фазы: динамическую (0—А) и стабилизирующую (А – С). Первая из них характеризуется высокой скоростью и приближенным движением (на глазок). По мере приближения к цели (С) движение теряет свою стремительность и наступает более точное координирование движения, характеризующееся обычно мелкими колебательными движениями. По мере накопления опыта человек все лучше попадает в нужную точку (двигательная память), что приводит к уменьшению величины стабилизирующей фазы.
Исполнительная фаза движения – движение для приведения в действие исполнительного элемента органа управления (например, потянуть рукоятку на себя, толкнуть, нажать, остановить движение, повернуть). При исполнительных движениях особое значение имеют сигналы о результатах этих движений. С помощью обратной связи обеспечивается требуемая точность движений.
Конструкция мыши должна учитывать кинематику кисти и пальцев человека, которая предполагает только два активных пальца – указательный и средний, поэтому количество органов управления на ней должно быть соответствующим, предназначенным для управления этими пальцами. Это мыши с двумя-тремя кнопками и с кнопкой-колесиком прокрутки посредине, где поочередно используются названные пальцы. Увеличение количества кнопок нецелесообразно (например, в некоторых моделях появились «интернет-кнопки» под большой палец). Для надежного фиксирования пальцев рабочая поверхность клавиш (кнопок) мыши должна иметь противоскользящее покрытие (рихтовку, обрезиненные вкладки, бугорки и т. п.) либо небольшую сферическую вогнутость глубиной 0,05–0,1 ширины клавиши. Ширина клавиш должна быть соизмерима с пальцами руки или быть больше, соответствовать антропометрическим характеристикам 95-го перцентиля, т. е. не менее 20,14 мм; усилие нажатия – 0,25–2,0 Н, рабочий ход – 0,8–3 мм. Габаритные размеры классической мыши должны быть соизмеримы с размерами кисти человека-оператора, ориентируясь на 50-й перцентиль, и поэтому ее нецелесообразно делать менее 90 × 60 × 25 мм (a × b × h).
При эксклюзивном подходе возможно изготовление индивидуальной формы мыши. У оператора снимаются размеры, а лучше слепок руки, чтобы изготовить по этому слепку индивидуальный профессиональный манипулятор, удобный для данного человека.
Темп работы при вводе информации любым способом не должен превышать 1080 знаков в час в течение всей рабочей смены.
Контрольные вопросы
1. Какие данные предъявляют человеку средства отображения информации?
2. Какие эргономические требования необходимо учитывать при разработке средств отображения информации для правильной ее передачи?
3. По каким признакам классифицируются средства отображения информации?
4. Какие характеристики устанавливаются при разработке средств визуальной информации?
5. Какие приборы передают человеку качественную и количественную информацию?
6. Какие эргономические требования предъявляются к основным параметрам современных мониторов?
7. Какие требования предъявляются к визуальным оптическим приборам получения информации (шлемы виртуальной реальности, видеоочки)?
8. В чем состоит функциональное назначение средств отображения информации коллективного пользования?
9. Какие эргономические требования к средствам отображения информации коллективного пользования устанавливают международные стандарты?
10. Для чего применяют средства акустической информации (звуковые средства отображения информации)?
11. Какие виды сигнализаторов звуковых неречевых сообщений существуют?
12. От чего зависит разборчивость речи?
13. Где и как используются средства тактильной информации?
14. По каким признакам классифицируют органы управления?
15. Какие условия необходимо учитывать при выборе органов управления для выполнения конкретных работ?
16. Из каких основных элементов состоят механические органы управления и для чего они предназначены?
17. Что является единым признаком принадлежности органов управления к виртуальным и какие виртуальные органы управления используются в настоящее время?
18. Какие основные параметры органов управления рассматриваются при проведении эргономического обеспечения разработки механических и виртуальных форм?
19. Что представляют собой виртуальные модификации клавиатуры?
20. Для чего используются возможности создания индивидуальной формы мыши?
21. Чем ограничивается темп работы при вводе информации любым способом?
