Инженерно-психологические требования к СЧМС

Инженерно-психологические требования к СЧМС. Требования к средствам отображения информации. Требования к зрительным индикаторам. Требования к звуковым индикаторам. Требования к органам управления. Требования к организации рабочего места. Требования к рабочей среде.

Требования к средствам отображения информации.

На основании экспериментальных исследований и опыта эксплуатации СЧМС формируются инженерно-психологические (эргономические) требования (ИПТ) к новым системам – требования к СЧМС (ее подсистемам, оборудованию, рабочей среде), определяемые характеристиками человека и устанавливаемые для обеспечения его эффективной и безопасной деятельности в системе.

ИПТ учитываются в процессе проектирования, создания (производства, испытания) и эксплуатации СЧМС и предъявляются как к различным ее элементам, так и к системе в целом. Различают общие и частные ИПТ; первые относятся к целым группам (классам) СЧМС, вторые – к конкретным системам.

Учет ИПТ необходим для обеспечения:

– рационального распределения функций между человеком и машиной в СЧМС:

– рациональной организации рабочего места на основе учета характеристик человека при конструировании оборудования;

– соответствия технических средств возможностям человека по приему и переработке информации, а также осуществлению им управляющих воздействий;

– оптимальных для жизнедеятельности и работоспособности человека показателей производственной среды.

Своеобразие характеристик человека определяет классификацию ИПТ на следующие группы:

1) психологические – обусловленные особенностями восприятия, внимания, памяти, мышления, психомоторики и определяющие процессы приема и переработки информации, управляющих действий в СЧМС;

2) физиологические – определяемые энергетическими возможностями организма человека по обеспечению физических и умственных усилий в процессе выполнения трудовых задач, устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды, реализации физических качеств силы, скорости, выносливости и т.д.;

3) антропометрические – обусловленные статическими и динамическими (биомеханическими) характеристиками размера, формы и веса человеческого тела и его частей (рук, ног, головы, туловища);

4) гигиенические – учитывающие показатели безвредности и безопасности условий жизнедеятельности и работы человека (нормы по микроклимату, газовому составу, освещенности, шуму и т.д.).

Инженерно-психологические требования – требования к СЧМС (ее подсистемам, оборудованию, рабочей среде), определяемые характеристиками человека и устанавливаемые для обеспечения его эффективной и безопасной деятельности в системе.

Важным условием эффективного внедрения ИПТ является их стандартизация и нормирование. Основными направлениями стандартизации требований является разработка государственных и отраслевых стандартов (ГОСТов и ОСТов) на терминологию, элементы СЧМС, промышленную продукцию (измерительные приборы, бытовую технику, кабины транспортных средств и др.), рабочую документацию, по безопасности труда и т.д.

Средства отображения информации (СОИ) являются технической основой для построения информационной модели процесса управления. Информационная модель должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1) состав, форма и объем предъявления информации должны соответствовать как решаемым задачам, так и психологическим возможностям человека (уровню чувствительности анализаторов, объему памяти, скорости переработки информации и т.п.);

2) содержание сигналов должно быть лаконичным, определенным и не допускать разных интерпретаций;

3) форма сигналов не должна требовать от оператора их дополнительного перекодирования;

4) сигналы должны обеспечивать оператору возможность предвидения ситуации и результатов своих действий;

5) характеристики сигналов (интенсивность, длительность, пространственное положение) должны обеспечивать необходимый уровень их дифференцированного восприятия;

6) общий объем сигналов должен исключить дефицит информации или перегрузку ею;

7) источники наиболее значимых сигналов следует размещать в тех зонах сенсорного поля, где обеспечивается их наилучшее восприятие.

Удовлетворение перечисленных требований возможно различными способами. Так, адекватность отображения сообщения, словесной инструкции достигается использованием оптических табло с трафаретами или электролюминесцентных индикаторов; для представления количественных показателей необходимо устройство типа счетчика; для анализа работы оборудования рекомендуется применять электронно-лучевые трубки. Для снижения информационной перегрузки необходимо сократить ее поток и предоставлять информацию оператору с упреждением к началу исполнения, а также сохранять на индикаторе информацию по желанию оператора на необходимое время. Для уменьшения недозагрузки оператора целесообразно сократить до минимума время от запроса до воспроизведения информации, обеспечить достаточную интенсивность потока информации и т.д. Максимальная разгрузка оперативной памяти достигается использованием кода, ассоциируемого с жизненным опытом человека, максимальным соответствием информационной модели реальным объектам и процессам, использованием рабочих инструкций.

Конкретные типы СОИ, их количество и способы взаимного размещения выбирают с учетом особенностей работы анализаторов человека, закономерностей формирования оперативного образа объекта управления, характера функций оператора в

Кодирование информации – способ представления информации оператору, в наибольшей степени соответствующий особенностям восприятия, памяти и мышления.

СЧМС, последовательности и степени важности выполняемых операций, требуемой скорости и точности работы.

Для отображения зрительной информации используются три основных формы индикации: стрелочная, знаковая и графическая.

На считывание показателей большое влияние оказывают отдельные элементы стрелочного прибора: шкалы, стрелки, оцифровка, отметки. Точность и скорость считывания показаний со шкалы прибора зависят от ее вида, формы и размера, расстояния наблюдения, интервала между отметками. При коротких экспозициях (менее 0,5 с) точнее считываются показания прибора с подвижной шкалой и неподвижной стрелкой, при увеличении времени экспозиции предпочтительнее приборы с подвижной стрелкой и неподвижной шкалой. По качеству отсчета наиболее эффективна круглая шкала, затем линейная горизонтальная и, наконец, вертикальная шкала. Оптимальный угловой размер шкалы составляет 2,5-5^о (40–60 мм при дистанции наблюдения 750-900 мм). К стрелочным индикаторам предъявляются также требования по градуировке шкал, форме и расположению стрелок и указателей и т.д. (Дмитриева М.А., Крылов А.А., Нафтульев А.И., 1979; Хеландев М., 1992).

Разработан также ряд требований по расположению приборов на информационной панели (например, стрелочные индикаторы следует устанавливать в плоскости, перпендикулярной линии взгляда; для шкал, установленных на одной панели, необходимо выбирать одинаковую систему делений, одинаковые цифры и т.п.).

В СОИ используют различные виды знаков: цифры и буквы, абстрактные фигуры, условные символы. Главную роль в опознании знака играет его контур. Сложность знака оценивается по числу входящих в него элементов и величине его углового размера. В связи с распространением графических дисплеев широко используются такие виды индикации, как графики и диаграммы, – требования к ним связаны с особенностями глазомерной оценки длины линий, позиции (координат) точки на графике, глазомерного сопоставления площадей (на диаграмме) и т.д.

При построении СОИ возникает проблема оптимального кодирования информации – способа ее представления оператору, в наибольшей степени соответствующего особенностям восприятия, памяти и мышления. Проблема кодирования заключается в правильном выборе категории кода, длины алфавита сигналов, компоновке кодового знака.

Категорией кода (видом алфавита) называется любой самостоятельный способ кодирования информации (кодирование размером символа, типом линии, формой символа, яркостью, цветом, частотой мельканий и т.д.). Вид алфавита следует выбирать с учетом характера передаваемой информации и решаемых оператором задач. При выборе способа кодирования следует принимать во внимание допустимую длину алфавита сигналов (число символов), а следовательно, и возможный объем информации на символ. Учитывают также величину информационного поля, необходимую для отображения информации, условия работы человека, технические возможности аппаратуры и т.п.

Длина алфавита сигналов определяется количеством различных элементов (уровней) внутри данной категории кодирования и ограничена способностью человека точно

Таблица 25.2 Характеристика условий применения зрительной или акустической индикации

(по книге: «Справочник по инженерной психологии», 1982)

идентифицировать возрастающее число одномерных сигналов и возможностями его оперативной памяти. Число абсолютно различимых градаций одномерного сигнала колеблется в пределах от 4 (яркость, частота мельканий) до 16 (форма абстрактных символов).

Эффективность кодирования зависит от компоновки кодового знака, – особенностей использования для этих целей основных и дополнительных, внутренних и наружных деталей, характеристик яркости, контраста и т.д.

Для кодирования сложных сообщений используется формулярный способ (компактная таблица различных знаков, каждый из которых несет информацию о том или ином параметре управляемого объекта). Чтение формуляра улучшается при использовании в нем смешанного кодирования (сочетание букв, цифр и условных знаков).

Требования к звуковым индикаторам.

Звуковые СОИ применяют для подачи предупредительных или аварийных сигналов, требующих незамедлительного реагирования, обеспечения приема информации при неблагоприятных условиях зрительной работы, в условиях большой пространственной протяженности рабочего места, если необходима или желательна голосовая связь (табл. 25.2).

К источникам звуковых сигналов относятся звуковые генераторы, гудки, сирены, ревуны, свистки, звонки. Их основные характеристики – частота 800-5000 Гц, уровень звукового давления 80-100 дБ, длительность отдельных сигналов и интервалов между ними не менее 0,2 с и не более 10 с. Модуляцию сигналов следует производить изменением амплитуды и частоты. В условиях маскировки шумом следует обеспечить превышение уровня звукового давления над уровнем шума на 10-16 дБ.

Речевые сигналы предпочтительнее звуковых в случаях, когда:

– сообщение сложное;

– необходимо иметь возможность опознать источник сообщения;

– необходим быстрый двусторонний обмен информацией;

– сообщение относится к будущему времени и требует подготовительных операций. Речевые сигналы также могут быть использованы в качестве сигналов предупреждения.

Независимо от типа и характера применяемых органов управления (ОУ) при их выборе и проектировании необходимо учитывать целый ряд общих ИПТ:

1) ОУ, связанные с определенной последовательностью действий оператора, необходимо располагать так, чтобы действия осуществлялись слева направо и сверху вниз;

2) ОУ должны выбираться с учетом сложившихся у человека стереотипов движений: например, движение ОУ вперед, по часовой стрелке, вправо или вверх, нажатие на кнопку должно соответствовать пуску оборудования;

3) расположение ОУ должно осуществляться с учетом принципа экономии движений, количество которых должно быть минимально, они должны быть просты и ритмичны, а предыдущие и последующие движения – плавно связаны;

4) расположение ОУ должно обеспечивать равномерность загрузки обеих рук и ног оператора;

5) ОУ должны обладать достаточным сопротивлением, чтобы уменьшить возможность случайного включения;

6) для предупреждения аварийных ситуаций из-за случайного или несвоевременного включения-выключения ОУ они должны быть обеспечены надежной блокировкой или сигнализацией;

7) чтобы не перепутать ОУ при их использовании без зрительного контроля, они должны кодироваться формой или цветом.

ОУ могут приводиться в движение с помощью рук или ног оператора. Ручное управление предпочтительнее ножного, когда требуется высокая скорость и точность установки ОУ в определенное положение. Ножное управление применяется для разгрузки рук при большом количестве ОУ и необходимости больших мышечных усилий.

К каждому типу ОУ предъявляются специфические инженерно-психологические требования.

Кнопки и клавиши используются для ввода логической и цифровой информации и быстрого включения или отключения аппаратуры. Требования к ним содержат такие параметры, как минимальный размер, усилие нажатия, рабочий ход, частота нажатия в минутах, группировка на панелях и т.д.

Тумблеры применяются для реализации функций, требующих двух или трех дискретных положений, для осуществления операций быстрого включения-выключения. К ним предъявляются требования по таким параметрам, как размер, кодирование, форма, величина прилагаемого усилия, расстояние между соседними тумблерами и т.д.

Поворотные выключатели и переключатели (ПВП) применяются для операций включения-выключения, последовательного переключения и для плавного непрерывного или дискретного регулирования. Требования к ПВП определяются их размером, величиной усилий, фиксацией положений, расстоянием между соседними ПВП и т.д.

Маховики управления и штурвалы предназначены для выполнения ступенчатых переключений и плавного динамического регулирования; основные параметры требований к ним определяются необходимыми размерами, величиной усилий, направлением движений.

Ножные органы управления (педали) используются при небольшой точности движений и необходимости приложения больших усилий; требования к ним связаны с размещением относительно продольной оси тела, расстоянием между педалями, величиной усилий, формой и размерами педали.

В сложных СЧМС различные органы управления используются совместно, в системе ввода информации (СВИ), под которой понимается совокупность отдельных органов управления и алгоритмов ввода необходимой для управления СЧМС информации. Проектирование системы ввода информации должно осуществляться на основе целого ряда ИПТ («Основы инженерной психологии», 1986).

При проектировании рабочего места должны быть соблюдены следующие общие ИПТ:

1) обеспечены зрительные и слуховые связи оператора с оборудованием, а также связь между операторами в процессе выполнения общей трудовой задачи;

2) созданы средства защиты операторов от воздействия опасных и вредных производственных факторов;

3) создано рабочее пространство, позволяющее оператору осуществлять все необходимые движения и перемещения в процессе выполнения трудовой деятельности.

Инженерно-психологические требования к информационному полю (пространство с СОИ) рабочего места основаны на его разделении на три зоны (рис. 25-1). В зоне 1 (± 15^о от нормальной линии взора в горизонтальной и вертикальной плоскостях) располагают наиболее часто используемые СОИ, требующие точного и быстрого считывания показаний; в зоне 2 (± 30^о) располагают часто используемые СОИ, требующие менее точного и менее быстрого считывания; в зоне 3 (± 60^о) располагают редко используемые СОИ (здесь возможны движения глаз и повороты головы).

Требования к моторному полю (пространство с ОУ) ориентированы также на его три зоны (рис. 25-2). Зона 1 (оптимальной досягаемости) ограничена дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой. Зона 2 (легкой досягаемости) ограничена дугами, описываемыми расслабленными руками при движении их в плечевом суставе. Зона 3 (ограниченной досягаемости) ограничена дугами,

Рис. 25-1. Зоны информационного поля: а) в горизонтальной плоскости; б) в вертикальной плоскости

описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

В первой зоне рекомендуется располагать очень часто используемые (два раза в минуту и более) и наиболее важные ОУ, во второй зоне – часто используемые (менее двух раз в минуту), в третьей зоне – редко используемые (менее двух раз в час).

Обычно ОУ используются со связанными с ними индикаторами, и для обеспечения высокой эффективности работы оператора необходимо учитывать ИПТ к их совместному расположению: руки оператора при манипулировании с ОУ не должны закрывать соответствующий этому органу индикатор; направление перемещения ОУ должно сочетаться с изменением показаний соответствующего индикатора и др.

Расположение СОИ и ОУ в зоне деятельности оператора должно проводиться с ориентацией на следующие принципиальные положения:

1) принцип функционального соответствия, согласно которому каждой подсистеме СЧМС должна соответствовать блок-панель пульта управления;

2) принцип объединения, который требует использования множества однотипных элементов контроля и управления (суперэлементов), принимающих одно и то же состояние на некотором отрезке времени;

3) принцип совмещения стимула и реакции требует пространственного соотнесения взаимосвязанных элементов управления и индикации;

4) принцип последовательности действий, который означает, что элементы пульта управления следует размещать в некоторой последовательности, соответствующей алгоритму управления системой;

5) принцип важности и частоты использования предусматривает размещение приоритетных по этим показателям индикаторов и ОУ в удобном для оператора месте («Основы инженерной психологии», 1986).

Основные инженерно-психологические требования к рабочей среде в СЧМС заключаются в следующем;

1) факторы рабочей среды при их комплексном воздействии на оператора не должны оказывать отрицательного влияния на его здоровье при выполнении профессиональной деятельности;

Рис. 25-2. Зоны моторного поля: а) в горизонтальной плоскости; б) в вертикальной плоскости

2) факторы рабочей среды не должны в течение рабочего дня вызывать нарушения работоспособности оператора, которое сопровождается снижением эффективности и надежности его деятельности.

Для выполнения этих требований в необходимых случаях следует применять специальные средства индивидуальной и коллективной защиты операторов.

При учете указанных требований следует ориентироваться на предельно допустимые уровни или концентрации воздействия неблагоприятных факторов рабочей среды, значения которых приведены в соответствующих нормативно-справочных документах и стандартах системы безопасности труда («Руководство по эргономическому обеспечению разработки техники», 1979; «Справочник по инженерной психологии», 1982; «Эргономика», 1988).