Основное содержание данного раздела составляют материалы методического руководства [7, с.83 —84]. 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 и т.п.
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. Линейные изменения могут выражаться в абсолютных величинах и в виде приростов (эффект движения тела). 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 и т.п.); 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 см, а в положении сидя (высота точек над сиденьем) — на 3-6 см; поперечные передне-задние и периметровые размеры по отношению к верхней части тела у мужчин больше, чем у женщин на 1-3 см, но по отношению к нижней части тела (таз и бедра) — у женщин больше, чем у мужчин на 2-4 см; габаритные размеры у мужчин также больше: длина руки на 7-15 см, а длина ноги — на 6-19 см.
Национальные различия по группам размеров несколько меньше, чем половые, но также значительны, особенно по продольным размерам в положении стоя. Исключение составляют следующие признаки: высота над сиденьем (плеча, шейной точки, нижнего угла лопатки, линии талии, локтя, бедра); спинка сиденья — колено; передняя досягаемость для руки; ширина двух колен; ширина двух стоп.
Возрастные различия антропометрических признаков взрослого населения выражены нерезко. Имеется тенденция к увеличению (на 5 см) 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 см. Во втором случае в состав размеров входит длина туловища — признак слабо варьирующий, мало изменившийся в процессе акселерации (всего на 1 см).
В основу общих правил использования антропометрических данных при расчете параметров рабочих мест и производственного оборудования положен метод пер-центилей. Перцентиль — сотая доля измеренной совокупности людей, которой соответствует определенное значение антропометрического признака. Если площадь, ограниченную кривой распределения, или всю совокупность наблюдений разделить на 100 равных частей, то получим 99 перцентилей (Р1..... Р99) (рис. 7-4).
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. Средняя величина признака — это та, ниже которой оказывается около половины населения. Если бы размеры дверей соответствовали только средним размерам тела человека, то 50% посетителей общественных зданий разбивали бы свои лбы о притолку.
Числовые значения антропометрического признака, соответствующие верхней или нижней границе выбранного объема работающих, называются пороговыми. Они являются антропологическими критериями при расчете
параметров рабочих мест на основе метода перцентилей. 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 см или 1 градус.
При использовании антропометрических данных не рекомендуется:
♦ рассчитывать параметры оборудования и рабочих мест на основе только средних арифметических значений антропометрических признаков;
♦ пользоваться источниками (справочники, монографии и т.п.), в которых не указаны год сбора материала, пол, возраст и национальность контингента исследуемых, численность группы населения;
♦ использовать размеры тела, измеренные в положении стоя, при расчетах параметров рабочих мест, предназначенных для работы сидя;
♦ получать основные эргономические размеры путем сложения отдельных классических размеров;
♦ выделять основные и второстепенные антропометрические признаки; следует считать все множество антропометрических признаков одинаково необходимым, выявляя их значимость только при анализе конкретных объектов производственного оборудования.
При расчете компоновочных параметров рабочих мест на основе антропометрических данных следует различать базы отсчета, используемые при измерении эргономических признаков и расчете компоновочных параметров рабочего места. Эти базы должны совпадать или не противоречить друг другу.
При измерении многих антропометрических признаков в качестве баз отсчета используют следующие ограничительные плоскости:
1) 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);
2) в положении сидя: плоскость пола; плоскость сиденья; спинку сиденья, перпендикулярную заднему краю сиденья (рис.7-5).
Расчеты и измерения компоновочных параметров рабочих мест следует проводить в ортогональной системе координат с внешней относительно тела человека базой отсчета. Преимущество этой системы по сравнению с
внутренней (на теле человека) — в отсутствии погрешностей в установлении нулевой точки отсчета (пол, край оборудования, воображаемые линии, плоскости и т.п.),
так как она фиксирована неподвижно. Имеется лишь погрешность при нахождении конечной точки (рис. 7-6).
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.
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.7-7).
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 (см. рис.20 цв. вкл).
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 перемещение4;орпуса 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 [13].
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 от 5-го до 95-го перцентиля взрослого населения [14].
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). 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 [15].
Наиболее распространенной ошибкой конструирования рабочих сидений является использование данных не эргономической, а классической антропологии. Измерения в положении сидя в классической антропологии производятся с соблюдением прямых углов в тазобедренных, коленных, голеностопных суставах. Однако такое положение тела практически никем из сидящих не соблюдается, а тем более во время выполнения какой-либо работы. Его можно поддерживать не более нескольких минут. Многие стандарты и рекомендации для работающих в положении сидя содержат размерные характеристики рабочих сидений, исходя именно из такого искусственного положения тела с вертикально выпрямленной спиной. Исследования показывают, что во время работы в положении сидя не более 10% людей сидят прямо. Большинство работающих отклоняются от вертикального положения на 10 — 20 градусов чаще вперед, чем назад. Процесс сидения — это динамическая активность, зависящая как от специфики работы, так и от индивидуальных особенностей тех, кто ее выполняет в этом положении. Именно это чаще всего не принимается во внимание [14]. Там, где нет достаточного пространства для размещения ног, обычно используют сиденья-поддержки (рис.7-9) для работы сидя —стоя (полуприсев на опору). Угол на'клона 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.
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 приложения усилий (рис. 7-10).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 и др.), мозолей, деформации и искривления пальцев и т.п. 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 (рис. 18—19цв. цв. вкл.).
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. Нельзя придавать захватным частям узкоспециализированную форму по отношению к способу удержания инструмента; необходимо предусматривать возможность небольшого варьирования расположения захватной части в руке, перераспределяя нагрузки между мышцами пальцев и кисти; следует учитывать, что часть работающих (6—7%) может быть левшами.
Рукоятка инструментов должна иметь форму, которая не 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 рифление поверхности для уменьшения скольжения пальцев. Следует избегать декоративных покрытий, увеличивающих скольжение. Функцию управления инструментом (включение электромотора, переключение скоростей и т.п.) целесообразно сосредоточивать на одной руке, а функцию выбора зоны действий инструмента и его поддержания в пределах зоны — на другой. 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. При проектировании управляющих частей инструмента необходимо учитывать:
♦ способ удержания инструмента в руке (двумя, тремя пальцами или всей кистью);
♦ величину усилий; направление приложения усилий (вращение, надавливание, вытягивание и т.п.);
♦ вид выполняемой работы, ее точность, затраты механической энергии и другие характеристики;
♦ высоту рабочей зоны или зоны для манипулирования с предметом труда;
♦ основное рабочее положение тела и положение рук в процессе работы;
♦ размеры инструмента, его вес; материал для изготовления рабочей и управляющей частей инструмента;
♦ неблагоприятные факторы, создаваемые преобразующей частью инструмента (электромагнитное излучение, вибрация, шум, перегрев, ударные воздействия и ДР-) [7].
Для конструирования инструментов полезно знать основные рекомендации по их использованию:
♦ следует избегать контакта руки с действующей частью инструмента;
♦ центр тяжести инструмента должен быть расположен как можно ближе к центру тяжести удерживающей кисти;
♦ ручки для удерживания инструмента должны быть расположены вблизи от его центра тяжести;
♦ инструмент с массой более 4 кг не должен использоваться более 2 мин без перерыва;
♦ инструмент с массой более 0,5 кг, удерживаемый в вытянутой руке, должен быть укреплен на подвеске;
♦ при работе с инструментом следует избегать положений с руками на весу и поэтому необходимо оборудовать рабочие места поддержками для рук;
♦ приводные устройства инструмента (шланги;- провода) не должны увеличивать массу инструмента, уд< сживаемого в руке;
♦ ручки, расположенные под углом к действующей части инструмента, позволяют использовать его, избегая крайних положений в суставах кисти и запястья;
♦ инструмент с ручкой-пистолетом следует использовать при движениях, когда ось инструмента направлена горизонтально, а усилие прикладывается на уровне локтя либо когда-ось инструмента направлена вертикально, а усилие прикладывается на уровне пояса;
♦ инструмент с прямой ручкой предпочтительнее использовать на вертикальных поверхностях ниже уровня пояса и на горизонтальных поверхностях на уровне локтя;
♦ ручка инструмента должна позволять удерживать его в положении, когда большой палец заходит за ногтевые фаланги указательного, среднего и безымянного пальцев;
♦ шлифовальные, полировальные, резательные ручные машины не должны быть слишком легкими, чтобы рабочий не прикладывал излишнее усилие для контакта обрабатывающей поверхности с обрабатываемой деталью;
♦ если инструмент удерживается рукой в перчатке, длина ручки не должна быть меньше 115 мм;
♦ если инструмент плотно обхватывается и зажимается в ладони, его ручка должна иметь гладкую закругленную поверхность;
♦ давление от инструмента, требующего большого усилия, не должно попадать в центр ладони;
♦ немеханизированные инструменты типа ножниц, кусачек следует снабжать пружиной, автоматически разводящей концы;
♦ пусковую клавишу механизированного инструмента лучше располагать между средним и безымянным пальцами, чем под указательным или большим;
♦ уменьшить статическую нагрузку на руки можно с помощью ремня, перекинутого от ручки инструмента через тыл кисти (как на лыжных палках) [14].
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.