Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика. Программа книгоиздания России

• Название: Программа книгоиздания России
• Анкор: Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика.docx
• Дата: 14.05.2017
• Размер: 4.12 Mb.
• Имя файла: Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика.docx
• Тип: Программа; #7546
• страница: 12 из 64

58

1. Модели, которые позволяют прогнозировать деятельность и работоспособность человека, но которые слабо или совсем не учитывают характеристики оборудования. " 2. Модели, позволяющие прогнозировать функционирование системы, но которые мало или совсем не учитывают характеристик человека и его деятельности, разве что косвенно.

3. Модели, включающие как свойства человека и характеристики деятельности, так и параметры оборудования, т.е. деятельность человека с оборудованием и влияние функционирования оборудования на человека в той форме, в какой они сказываются на эффективности функционирования системы [24].

Математическое моделирование в эргономике сочетается с использованием других методов, что характерно не только для этой дисциплины. "Необходимо сочетать моделирование с профессиональным чутьем, расчетами на бумаге, экспертными оценками и достижениями многих других наук. Ни один из методов математического моделирования также не способен родить мудрого решения, окажись он в руках глупца" [25].

Трудности, испытываемые разработчиками моделей, в первую очередь относятся к алгоритмам и вводимой информации. Наиболее трудно поддающиеся определению классы переменных — мотивационные и когнитивные. Когда специалисты по эргономике вводят в свою модель такую переменную, как мотивация, они часто определяют ее в таких терминах, как высокая, средняя и низкая. Здесь сразу же напрашивается вопрос: высокое, среднее или низкое — что? Переменная, лишенная объективного содержания, добавляет еще один неизвестный элемент во включающее ее уравнение. Многие модели содержат переменные именно этого типа. В результате большинство из них остаются мертворожденными, так как не основываются на достаточных эмпирических данных. Сбор и подготовка информации в целях моделирования представляет трудоемкую задачу. Приходится забираться далеко вглубь, что отнюдь не так интересно, как само создание модели. По этой причине эргономисты иногда экономят на информационной базе при разработке моделей. Это существенно снижает полезность выполненной работы [24].
2.5.3. Математическое моделирование деятельности человека-оператора
Существует несколько методов априорного анализа деятельности: обобщенно-структурный, операционно-психологический, метод статистического эталона, логико-информационный и т.д. Используются также три типа моделей поведения человека: когнитивные модели, модели теории управления, сетевые модели задач. В данном разделе рассматривается один из возможных аналитических методов — метод математического моделирования деятельности [22].

В основу такого моделирования положена идея использования методов Монте-Карло для имитации вероятностно-временных характеристик деятельности операторов. Степень расчленения деятельности оператора на отдельные операции зависит от цели расчета и не имеет для модели существенного значения.

В общем случае время выполнения отдельной операции состоит из двух составляющих:



59
60



61






2.5.4. Моделирование систем "человек—машина" в эргономике
Моделирование систем "человек —машина" более затруднительно, чем моделирование физических систем, поскольку:

1) фундаментальных законов или принципов в науке о поведении мало;

2) соответствующие процедурные элементы часто трудно описать и представить;

3) поведение людей во многом определяется социальными факторами, причем их влияние трудно выразить в количественной форме;

4) во многих аспектах поведения существенными могут быть случайные элементы;

5) неотъемлемой частью таких систем становятся способности человека к принятию решений и решению задач.

В современных условиях достаточно широко применяются изощренные методы анализа в эргономике, позволяющие прогнозировать динамику взаимодействия человека, технических средств и программного обеспечения. Все большее внимание уделяется разработке имитационных моделей систем "человек —машина". Такое моделирование предпочтительнее эмпирических исследований в тех случаях, когда использование реальной системы невозможно, непрактично или даже опасно. Имитационное моделирование дополняет и углубляет экспериментальные исследования и аналитическое моделирование [27].

В системном моделировании, использующем возможности ЭВМ, в большей мере моделируется не структура, а поведение объекта. Имеется в виду моделирование сложных систем, которые человек не только формирует в системную целостность, но и в которые сам включается в качестве определяющей подсистемы. При этом возрастает роль неформализованных факторов модели. Новое единство формализованного и неформализованного — важная черта системных моделей.

При неуклонном возрастании эвристических возможностей совершенствующихся формализованных приемов значение неформализованных утверждений, интуитивных догадок в области моделирования сложных систем становится все более существенным. Важной стороной системного моделирования является аксиологиза-ция, или учет, ценностных ориентиров конкретного типа общества. Поэтому в системном моделировании весьма существен удельный вес такой процедуры, как оценка. "Если технической базой системной модели служит неуклонно совершенствующийся компьютер, то технологическое основание этого познавательного приема составляют такие специфические гносеологические особенности, как более органичное включение и в объект, и в модель человека, по сравнению с традиционными чисто объективными формами моделей (в силу этого системное моделирование тесно связано с самопознанием человека), единство общественных и естественных наук при определяющей роли социальных концептуальных предпосылок модели, диалоговость и сценарный подход" [6, с.467].

Системно-функциональный анализ лежит в основе разработки модели целостной системы "человек—машина", которая должна быть пригодна для определения требований к человеко-машинному интерфейсу, разработки базы для оценки показателей выполнения деятельности и составления контрольного листа, позволяющего проверить, все ли эргономические требования воплощены в проекте системы. Деятельность эргономиста в процессе проектирования сложных систем начинается с рассмотрения всех важнейших требований системы и ее функций в их единстве и взаимосвязи. "Наиболее оптимальный путь для обобщения информации, необходимой для анализа функций, состоит в подготовке общего сценария с полным набором системных операций. Сценарий состоит из осмысленного описания типичной последовательности системных операций в вербальной форме, в нем учитываются как нормальные условия протекания деятельности, так и возможные (и наиболее важные) пограничные случаи. В сценарии может отразиться некоторая путаница или взаимопересечение отдельных функций. Это не имеет серьезных последствий на начальном этапе описания, но в ходе дальнейшего анализа функций они должны быть четко рассортированы" [28, с. 109].

Разработка сценария закладывает фундамент междисциплинарного сотрудничества ученых и специалис-

62

тов, участвующих в проектировании систем человек-машина". Здесь применимы многие методы проектного анализа из тех тридцати пяти, которые описаны Дж.К.Джонсом и которые создают возможность коллективного творчества. Важность этих методов заключается в том, что они позволяют сотрудничать до возникновения концепции, сформированной идеи, случайного эскиза, до появления "проекта". Верно используемые, они освобождают каждого от тирании навязанных проектных идей и позволяют каждому внести свой вклад и действовать так, как он себе представляет. Рекомендуется начинать с использования двух методов — "мозговой атаки" и классификации, которые частично включают многие из аспектов наиболее разработанных методов. "Мозговая атака (рационалистический способ использования воображения) создает у специалиста уверенность в совместном восприятии идей, а классификация (интуитивный способ рационального действия) позволяет приобрести весьма необходимый опыт в искусстве нахождения моделей в явно хаотичной информации, поступившей извне. Примененные вместе, эти два метода позволяют достаточно быстро охватить проблему в целом" [29, с.21].
2.6. Методы эргономической оценки промышленных изделий и проектных решений
Эргономическая оценка техники и технически сложных потребительских изделий — важный этап их разработки и совершенствования, а также сертификации [30], проводится, как правило, после оценки их безопасности. В процедуре оценки используется комплекс взаимосвязанных эргономических требований, предъявляемых к объекту оценки и обусловливающих деятельность человека с ним.

Эргономическая оценка техники и потребительских изделий осуществляется следующими методами:

♦ экспериментальным (с помощью технических измерительных средств, см. рис. 2-8);

♦ расчетным (основан на вычислении значений параметров, найденных другими методами);

♦ экспертным (основан на учете мнений экспертов); наблюдения и опроса.

В процедуре эргономической оценки могут применяться как отдельные методы, так и их сочетания (расчетного и экспертного, экспериментального и экспертного). Номенклатура показателей оценки определяется в зависимости от ее целей, требований потребителя, условий использования или функционирования объекта, конструктивных особенностей, сложности объекта и т.д. [31].

Так, например, целью экспериментальной эргономической оценки дисплеев является измерение показателей функционирования этих технических средств и их конструктивных характеристик, оказывающих влияние на здоровье и работу пользователей. Объект оценки — дисплей с клавиатурой, системным блоком (в случае необходимости), а также с программным обеспечением, необходимым для генерации и управления символами в соответствии с методикой проведения оценки. Эргономическая оценка распространяется на многоцветные дисплеи и дисплеи, у которых в качестве средств отображения применяется не только электронно-лучевая трубка, но и ЖК-индикаторы, плазменные индикаторы и др. Предмет оценки: 1) визуальные эргономические характеристики дисплея, определяющие качество зрительного восприятия информации на его экране и безопасность пользователя; 2) излучения дисплеев. Соответственно определяется номенклатура показателей оценки. Для визуальных эргономических характеристик дисплея они следующие:

1) цвет фона или символа;

2) яркость экрана или курсора;

3) средняя яркость;

4) равномерность яркости;

5) отражательная способность, зеркальное или смешанное отражение;

6) коэффициент диффузного отражения;

7) дрожание изображения;

8) критическая частота мельканий изображения;

9) размеры символа и его искажения;

10) нелинейность — неравномерность расположения элементов, образующих вертикальные и горизонтальные линии;

11) неортогональность — отклонение от прямоугольности горизонтальных и вертикальных линий или строк и столбцов;

12) соотношение между смежными яркостями в распределении яркости поперек вертикальной линии (горизонтальное распределение яркости) или поперек горизонтальной линии (вертикальное распределение яркости), выраженное в процентах модуляции;

13) соотношение между соседними яркостями и его зависимость от угла наблюдения;

14) соотношение между максимальной и минимальной яркостью в одном растровом цикле в направлении, перпендикулярном смежным строкам роста;

15) анализ четкости и модуляционной передаточной функции;

16) коэффициент диффузного отражения — отношение рассеянного светового потока, отраженного от оцениваемой поверхности, к световому потоку, отраженному от абсолютно белой, диффузно отражающей поверхности.

В номенклатуру измеряемых излучений дисплеев входят:

1) рентгеновское излучение;

2) электростатический потенциал экрана;

3) напряженность переменного электрического поля;

4) плотность магнитного потока;

5) ограничения тока электростатического разряда (с использованием клавиатуры).

Цели, номенклатура показателей, методы, средства и условия эргономической оценки дисплеев определяются государственным стандартом Российской Федерации

63

"Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности" (ГОСТ Р50949 —96), шведским стандартом "Методика проведения испытаний дисплеев. Визуальные эргономические характеристики. Характеристики излучений" (MPR 1990:8 1990-12-01), а также другими национальными и международными стандартами.

В государственном стандарте приведен минимальный рекомендуемый перечень средств измерений визуальных эргономических характеристик дисплеев. Шведский стандарт переведен на русский язык Ассоциацией прикладной эргономики и Московским институтом электроники и математики. В названных стандартах внимание обращается на то, что результаты экспериментальной эргономической оценки дисплеев дополняются субъективными оценками пользователей. Одновременно подчеркивается, что оценка условий работы пользователя с дисплеем должна охватить рабочее место в целом.

Результаты эргономической оценки и разработанные на их основе рекомендации сравниваются с поставленной ранее целью оценки для того, чтобы выяснить, решены ли задачи, поставленные перед эргономической оценкой, не возникли ли новые задачи, не следует ли изменить номенклатуру эргономических показателей и способ их определения. Выявление подобных факторов существенно для достижения объективности и динамичности эргономической оценки.

Эргономическая оценка проектных решений проводится на всех этапах проектирования и разработки технически сложных потребительских изделий и техники. Наиболее сложной представляется эргономическая оценка на основе анализа технической документации, включающей технико-экономическое обоснование, расчеты, чертежи, сметы, пояснительные записки и другие материалы. Аля оценки проектных решений используются стандарты в области эргономики, справочники, контрольные листы, а также разнообразные макеты и модели.
2.6.1. Эргономическая оценка технически сложных потребительских изделий
Специфика и основная сложность оценки технически сложных потребительских изделий связана с тем, что с ними имеют дело буквально все люди — мужчины и женщины, дети и молодежь, пожилые и инвалиды, жители городов и сельских поселений. "У каждого класса покупателей свои нужды, потребности, желания, привычки, ожидания, понятия о ценности и т.д. А удовлетворить надо каждого! По крайней мере так, чтобы он не наложил вето на приобретение данной продукции" [32, с.108].

Для потребителя изделие предстает как средство, удовлетворяющее определенные потребности, т.е. функционально. Поэтому прежде всего анализируется соответствие изделия своему назначению. Предметом эргономической оценки являются простота, удобство, надежность и эффективность использования изделий в различных ситуациях потребления. Эргономические показатели находятся в ряду потребительских и основаны на сопоставлении определенных свойств изделия с практической потребностью, для удовлетворения которой это изделие предназначено. "Социально детерминированная потребность определяет конкретный срез рассмотрения свойств объекта. Через эту потребность все аспекты потребительского качества связаны между собой и с контекстом культуры" [33, с.22].

Полный цикл эргономической оценки потребительских изделий включает три этапа, на которых ее осуществляют потребители, эргономисты (рис. 2-9), эксперты [34]. Перед оценкой составляется перечень последовательности операций пользования изделием, который наряду с основными должен включать и менее значимые операции, а также учитывать возможность неправильного пользования изделием. Критерии оценки, например простоты и удобства пользования, должны быть соотнесены не только с операциями использования изделия, но и с его транспортировкой, установкой, ремонтом, чисткой, хранением.

В оценке изделия потребителями участвуют лица, имеющие навыки пользования изделием и не имеющие таковых. При оценке технически сложных потребительских изделий, особенно небезопасных, предпочтение отдается потребителям, имеющим навыки обращения с такими изделиями. Перед потребителями в определенной последовательности ставятся задачи пользования изделием в течение заданного времени. В конце процедуры оценки они заполняют вопросник, фиксирующий ее ре-

64

зультаты. Вопросник позволяет выявить субъективную оценку потребителями различных свойств изделия, отразить его достоинства и недостатки по определенному критерию, например удобства пользования. В этих же целях используется запись на магнитную ленту высказываний потребителя о том, что он замечает в процессе пользования изделием.

При выполнении потребителем задач пользования изделием эргономист фиксирует прежде всего те трудности, которые возникают при деятельности с оцениваемым объектом. При этом часто можно получить больше информации, наблюдая за неопытными, а не за квалифицированными потребителями, так как у первых еще не выработались прочные навыки деятельности с изделием. Такие потребители чаще совершают ошибки.

Рекомендуется не создавать непривычных условий проведения эргономической оценки, поскольку они могут оказать отрицательное воздействие на восприятие потребителя и его деятельность. Предпочтительно проведение эргономической оценки в домашних условиях или максимально приближенных к реальным [35]. Однако для оценки потребительских свойств некоторых технически сложных изделий, например стиральной машины, лабораторные условия являются единственно приемлемыми.

Оснащение лаборатории видеоаппаратурой и специальными местами наблюдения за деятельностью потребителей или испытуемых позволяет более качественно осуществлять сбор информации, так как обеспечивает возможность скрытого наблюдения, проведения поэтапного анализа всех процессов использования изделия, а возможность длительного хранения видеозаписи позволяет в случае необходимости использовать ее для последующего сравнительного анализа.

Оценка изделия экспертами проводится независимо от оценки его потребителями и требует от экспертов квалифицированного анализа. Эксперты должны знать о последних достижениях эргономики, о лучших образцах той группы изделий, которыми они конкретно занимаются. Эксперты составляют контрольный список оцениваемых параметров изделия и определяют соотношение их значимости.

По своей природе качественная оценка основывается на профессиональной квалификации и авторитете экспертов, которым доверено суждение. Выражение в баллах качественной эргономической оценки, вынесенной экспертами, не превращает ее в оценку количественную. "Это лишь символическое отражение некоторых качественных уровней и порядка экспертных предпочтений. Суммирование этих баллов с каким-либо количественным выражением или балльной оценкой технико-экономических или потребительских показателей качества не имеет смысла так же, как сложение любых несоизмеримых величин (например, трех табуреток и двух рублей или ста километров с девятнадцатью часами)" [33, с.26]. Проводя эргономическую оценку технически сложных потребительских изделий, важно иметь в виду, что "рассматриваемое изготовителями и продавцами свойство продукции (например, что чаще всего называется «качеством») может оказаться сравнительно малозначимым для потребителя. Покупателя не интересуют трудности и проблемы производителя. Единственный его вопрос заключается в следующем: «Что это дает мне?»" [32, с. 105].
2.7. Эргономические моделирующие комплексы, системы автоматизированного проектирования и банки данных
2.7.1. Моделирующие эргономические комплексы
Для проведения комплексных исследований, ориентированных на решение задач проектирования систем "человек —машина" и их оценки, разрабатываются и создаются моделирующие эргономические комплексы (стенды), которые зачастую представляют уникальные сооружения. Моделирующие эргономические комплексы незаменимы в тех случаях, когда экспериментальные исследования в реальных условиях затруднительны, экономически невыгодны или вообще невозможны из-за опасности для жизни или здоровья человека, сложности систем "человек —машина", значительных их размеров.

Научно-технический комплекс ВВС в Российском институте авиакосмической медицины предназначен для эргономических исследований и испытаний макетных и опытных образцов оборудования. Этот и другие подобные экспериментальные стенды включаются в общую систему создания летательных аппаратов. Выполняемые на них эргономические исследования и разрабатываемые

65

проектные предложения становятся составной частью единого процесса проектирования. Исследования на рассматриваемых комплексах обеспечивают преемственность наземных и летных испытаний, связанных с человеческими факторами в технике, а также позволяют осуществлять оценку основных идей проектов и принципов, закладываемых при конструировании новых кабин и систем управления, оценку образцов оборудования и рациональное построение методики испытаний с учетом возможностей и особенностей летчика, включая выбор критериев оценки авиационного оборудования [36].

Разработанный в американском Научно-исследовательском центре им. Эймса моделирующий комплекс стоимостью 8.5 млн. долл. установлен в помещении с полезной площадью 1200 м². Его основными компонентами являются исследовательская лаборатория, два летных тренажера, три макета рабочих мест диспетчеров управления воздушным движением и три макета самолетных кабин. Это оборудование позволяет моделировать полеты 36 самолетов в воздушной обстановке, максимально приближенной к реальной.

Моделирующий комплекс (летательный тренажер) самолета "Боинг-727-200", созданный фирмой "Сингер-Линк" и установленный на подвижном основании с шестью степенями свободы, обеспечивает имитацию всех наземных операций и операций пилотирования с воспроизведением натуральных шумов при работе силовых установок, аэродинамических шумов и звуков выпуска или уборки шасси. Создание второго тренажера осуществлялось на базе концептуальных проработок перспективного пассажирского самолета.

Комплекс позволяет воспроизводить цветные изображения различных аэропортов, наблюдаемые через остекление кабины в сумерках и ночью. При этом с помощью светящихся точек обозначаются различные объекты, а также текстура земной поверхности и поверхности зданий в условиях естественной освещенности или при освещении посадочными огнями самолета. Комплекс позволяет также воссоздать обстановку в дневных условиях и реальную обстановку в условиях тумана, облачности,* кратковременного снегопада или ливня. Кроме того, через него может передаваться воздушная и наземная обстановка от имитатора управления воздушным движением.

Системное моделирование явилось основанием для разработки английским Национальным институтом сельскохозяйственной техники эргономического моделирующего комплекса [37], позволяющего изучать и оптимизировать все параметры рабочего места, влияющие на комфортность и безопасность труда. Комплекс включает макет рабочего места тракториста в натуральную величину. С его помощью можно моделировать все условия труда (шум, вибрации и др.), исследовать рабочие позы человека в ситуациях, приближенных к реальным. Макет установлен на алюминиевой несущей системе, которая под действием трех гидроцилиндров может испытывать смещения и вибрации в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном.

Созданный комплекс знаменует переход к принципиально новому методическому подходу эргономического проектирования трактора по сравнению с традиционным, в основе которого лежат вычленение одного параметра рабочего места и преобразование его до оптимального значения. Практика показала, однако, что получаемые на экспериментальных стендах и опытных образцах машин значения далеко не всегда соответствуют тем, которые наблюдаются на машинах, работающих в реальных условиях. Так, не оправдала себя установка эргономистов и конструкторов на максимальное глушение шума в кабине: оказалось, что фермеры эффективно используют каналы слухового контроля работы механизмов тракторов и потому сознательно нарушают герметизацию кабины. Полностью остекленные кабины проектировались в расчете на обязательное использование кондиционеров, без которых в кабине возникает "парниковый эффект", однако высокая стоимость и недостаточная надежность кондиционеров препятствуют их широкому применению. Исследовать динамику какого-либо параметра в зависимости от группы других, имитировать с помощью экспериментальных стендов реальные условия, в которых работает тракторист, и помогает созданный комплекс.

Проблема шума изучалась на моделирующем комплексе путем предъявления трактористу—испытуемому записанных на магнитную ленту реальных шумов, возникающих при характерных неисправностях машины. Шумы воспроизводились в произвольном порядке через случайные временные интервалы. О своих реакциях испытуемый сообщал либо устно, либо нажатием на кнопку или педаль (имитация естественной реакции на неисправность). Было установлено, что реакции испытуемого не всегда адекватны и часто запаздывают. Исследования указали также на необходимость облегчения контроля работы машины на слух, в связи с чем изучались два пути: применение устройств для усиления информативных шумов и активное подавление обычных фоновых шумов.

Особое внимание уделялось проведению стендовых и полевых испытаний гидростатических систем рулевого управления и систем с сервоприводом, для чего на различных скоростях исследовалась точность управления трактором. Было выявлено, что повышенная скорость и чувствительность системы управления вынуждают тракториста сосредоточивать внимание на движении агрегата, а на контроль качества работы не остается времени (при уборке свеклы, например, в этих условиях потери возрастают в среднем на 13%). По результатам исследований разработана новая система управления, отвечающая реальным особенностям труда тракториста.

На этой установке исследовались различные типы сидений. При этом оценивались толщина и угол наклона подушки, угол наклона и кривизны спинки, плотность и мягкость обивки и другие параметры, включая степень поглощения подвеской сиденья вибраций платформы. Результаты исследований на стенде позволили определить требования к "идеальному сиденью", его геометрии, морфологии в соответствии с особенностями трудовой деятельности тракториста.

66

Еще один моделирующий эргономический комплекс и его использование описываются в приложении 2.
2.7.2. Автоматизированные системы эргономического проектирования
Эффективным средством эргономического проектирования становятся автоматизированные системы проектирования (САПР), состоящие из ЭВМ, графических устройств ввода —вывода и разнообразных пакетов программного обеспечения. Автоматизированные системы эргономического проектирования развиваются под воздействием и в i русле общего процесса автоматизации проектирования. По мере совершенствования программных и аппаратных средств вычислительной техники, интерфейса "человек — САПР" все большее число задач эргономического проектирования решается с применением указанных систем.

Конкуренция на рынках сбыта побуждает промышленные предприятия сокращать сроки проектирования и производства изделий при одновременном повышении их качества. Поиски путей решения названных задач стимулируют развитие и применение систем автоматизированного проектирования, в том числе и эргономического. Немецкими специалистами создана автоматизированная система эргономического проектирования ЭРГОМАС (ERGOMAS — Ergonomic Design and Optimisation of Manufacturing and Assembly Systems), которая позволяет осуществлять пространственную планировку производственных систем, оптимизировать сборочные линии, организовывать потоки материалов, проектировать рабочие места и производить их оценку, анализировать временные нормативы и определять стоимость процесса сборки [38]. ЭРГОМАС способствует быстрому и падежному эргономическому проектированию и оценке рабочих мест путем использования следующих компонентов: трехмерной модели человека, зон досягаемости и полей зрения. Зоны досягаемости зависят от действий человека на рабочем месте. В соответствии с полом оператора и выбранным перцентилем ЭРГОМАС показывает зоны досягаемости. Возможны следующие зоны досягаемости: идеальная, физиологически максимальная, геометрически максимальная.

Дополнительный программный модуль.ЭРГОМэн позволяет моделировать действия человека на рабочем месте. Биомеханическая трехмерная модель человека в соответствии с выбранными полом и перцентилем помещается на рабочем месте. Различные человеческие движения характеризуются путем измерения времени отдельных моментов движения мультипликационных изображений. Модель человека можно помещать в положение сидя или стоя, нагрузка на суставы во время движений вычисляется и графически документируется. Дополнительно для помощи пользователю имеется справочник гипертекст, который через посредство ключевых слов предоставляет важную информацию по вопросам окружающей среды, об эргономических стандартах, инструкциях безопасности и т.д. Содержание справочника может модифицироваться и дополняться пользователем.

Основные модули ЭРГОМАСа основываются на объемлющей системе управления базой данных и заново разработанной графической системе для трехмерных изображений и изменения их расположения на экране дисплея. Созданная автоматизированная система эргономического проектирования повышает производительность труда проектировщиков, сокращает время проектирования, повышает качество проектных работ и позволяет избежать ошибок при их выполнении.

Широкое применение систем автоматизированного проектирования в авиационной индустрии США побуждает эргономистов этой отрасли интенсивно разрабатывать автоматизированные системы эргономического проектирования [39]. Компьютеризованный манекен человека корпорации "Локхид", например, позволяет решать широкий крут антропометрических задач проектирования и оценки (обзор и досягаемость, рабочие позы). Манекен — элемент интегральной системы машинного проектирования этой корпорации.

Убедившись на собственном опыте, что двумерные чертежи, содержащие антропометрические данные, сегодня анахронизм, венгерские и немецкие эргономисты разработали программу ОСКАР, являющуюся динамичным партнером проектировщика. Она демонстрирует ему на экране дисплея в удобной для восприятия форме банк антропометрических и биомеханических данных. Программа построена на основе 10 млн. данных, включающих перцентили от 2.5 до 97.5. На экране проектировщиком задается вариант объемно-пространственного решения искомой структуры, затем в ней начинает "жить" подвижное объемное изображение человека, которое выполняет команды проектировщика, вплоть до возрастного изменения подвижности суставов.

Российскими учеными и специалистами создана экспертная система автоматизированного эргономического проектирования и оценки систем "человек—машина". Оболочка экспертной системы связана с банком эргономических данных, имеет "дружественный" пользователю интерфейс и функционирует в среде MS-DOS (версии 5.0 и выше) на персональных компьютерах [40, 41].

Получила широкую известность автоматизированная система эргономического проектирования, названная английскими специалистами СЭММИЕ (SAMMIE — System for Aiding Man Machine Interaction Evaluating — система, помогающая оценивать взаимодействие человека и машины) [42]. Система предоставляет следующие возможности: трехмерное моделирование рабочего места и оборудования; моделирование манекена — оператора в произвольных позах для эргономических оценок; множественные методы наблюдения конструируемых сцен (практически с любой точки зрения, например изнутри создаваемой на экране конструкции); интерактивное (диалоговое) общение с моделью рабочего места с целью ее исправления, дополнения, изменения и пр. (рис. 2-10).

Основными компонентами системы являются рабочее место и изображение манекена — оператора. Рабочее

67

место строится из стандартных геометрических тел заданной формы (кубов, призм, цилиндров и т.п.). При построении сложных объектов их элементы могут быть подвергнуты преобразованиям параллельного переноса, поворота, а также растяжения и сжатия. При построении в программу закладывается ряд геометрических и логических требований. Например, сохранение геометрической формы и размеров недеформируемых элементов конструкции; сохранение контакта между некоторыми элементами; возможность движения одних элементов относительно других.

Система позволяет изменять взаимное положение элементов рабочего места. Например, достаточно приписать какому-либо движению элементов рабочего места (подъему захватов) соответствующую команду "Захват поднять", чтобы это движение выполнялось.

Модель тела человека также строится из простых геометрических элементов. Обычно при работе задаются модели трех определенных размеров, соответствующих 5-, 50- и 95%-ному перцентилю. Однако при необходимости размеры манекена могут быть заданы произвольно.

Работа с системой проходит, как правило, в диалоговом режиме на основе имеющихся меню. Их всего 35. Например, такие: меню оператора — для выбора размера и позы манекена; меню зоны обзора; меню для работы только с частью модели, выбираемой по желанию, и т.п. Во всех режимах предусмотрена возможность изменения размера изображения.

Наиболее часто модель используется для решения следующих задач:

♦ оценки соответствия размеров рабочего места размерам оператора (поместится ли он в отводимом ему пространстве);

♦ определения пределов досягаемости; при этом интересующий разработчика объект может быть указан его координатами, названием, предварительно введенном в программы (в этом случае будет определяться досягаемость этого объекта при его перемещении в пространстве), направлением движения части тела (достанет ли оператор до любой точки стены, если он привстанет и вытянет руки в стороны);

♦ определения зон видимости; при этом любой поверхности могут быть приписаны свойства зеркала, как плоского, так и вогнутого, либо выпуклого с произвольно выбираемыми фокусными расстояниями. Это позволяет определить зоны обзора.
2.7.3. Банки эргономических данных
Автоматизированные системы эргономического проектирования сопряжены с банками эргономических данных. Такие банки созданы в США, Германии, Франции и других странах. Работы по созданию банков эргономических данных и знаний велись в СССР, а также в странах-членах СЭВ. В целом ряде стран исследования и разработки в этом направлении проводились по заказам военных ведомств, и поэтому до последнего времени о них имелось мало сведений.

Основной целью таких работ является формирование единых источников, содержащих тщательно проверенные данные антропометрических измерений и количественные показатели (и различные зависимости между ними) психофизиологических возможностей и особенностей человека, для использования их в проектировании, разработке и оценке машин, оборудования, производственной среды, систем управления, промышленных изделий, а также при строительстве зданий. Не менее важной целью является повышение уровня эргономических исследований путем разработки стандартов на условия проведения экспериментов, процедуры, методы и показатели, а также на формы представления получаемых результатов.

Во Франции на базе лаборатории антропологии и экологии человека Парижского университета им. Р.Декарта функционирует банк биометрических данных "Эр-годата" [43]. Банк включает антропометрические данные как французского населения, так и населения других европейских стран. Создание банка стимулировалось необходимостью в эргономической проработке все более усложняющихся систем и оборудования на ранних этапах проектирования. Это в свою очередь потребовало учета различных антропометрических характеристик тех групп населения, которые будут работать на этом оборудовании. Кроме того, необходим учет антропометрических характеристик населения тех стран, куда предполагается экспортировать оборудование.

Антропометрические характеристики, накопленные банком биометрических данных, позволяют вычислять

68

для каждого человека наиболее вероятные величины размеров, которые не были замерены экспериментальным путем. Кроме того, возможно реконструировать полный набор антропометрических характеристик репрезентативной выборки пользователей конкретного оборудования, даже если первоначально имелись некоторые размеры, чаще всего только вес и рост. Данные четко определены и выражены в сжатой форме с целью сокращения времени запроса, включая и возможность речевого общения с банком.

Банк данных содержит информацию, которая может использоваться не только при разработке систем и оборудования, но и общественного транспорта, потребительских изделий.
2.7.4. Перспективы применения моделирования виртуальных реальностей в эргономическом проектировании
Принципиально новые возможности для эргономического моделирования и проектирования открываются с созданием мира виртуальной реальности (рис. 2 цв. вкл.). Когда в физике элементарных частиц были обнаружены частицы, возникающие только в акте взаимодействия других частиц, они были названы виртуальными (от англ. virtual— фактически, действительно). На основании анализа работ, посвященных изучению феномена виртуальной реальности, выделяют три наиболее характерные ее особенности. Виртуальная реальность продуцируется активностью какой-либо другой реальности, внешней по отношению к ней. Поэтому ее называют искусственной, или сотворенной, порожденной. Виртуальная реальность существует только "здесь и теперь". Возможность взаимодействия со всеми другими реальностями, в том числе и с порождающей, как независимыми друг от друга — еще одна особенность виртуальной реальности [44].

Разработка нового поколения ЭВМ и новых принципов моделирования позволила моделировать виртуальные реальности. В основе каждого прикладного случая виртуальной реальности — база данных, используемая компьютером для создания и демонстрации графических программ. Однако, в отличие от других графических программ, ВР-компьютер посредством приводов, присоединенных к шлему и перчаткам, улавливает движение головы и тела человека и соответственно регулирует наблюдаемый им мир (рис. 2-11). Пользуясь перчаткой, джойстиком, мышью или другими устройствами, человек взаимодействует с образами на экране, преодолевает чувство недоверия, а создаваемое зрелище приобретает характер реальности. Конечная цель виртуальной реальности заключается в том, чтобы у пользователя возникло ощущение реальности созданного компьютером мира и его нахождения в нем. Термин "виртуальная реальность" предложен в начале 80-х годов.

Сочетание виртуального видения с физической обратной связью открывает широкие возможности для применения в эргономических исследованиях и проектировании [45]. Демонстрируя последние достижения виртуальной реальности, инженеры компании "Боинг" в Сиэтле создали имитатор-тренажер самолета. Надев "виртуальные" шлем и перчатки, можно открыть ремонтный люк, чтобы проверить механические узлы, заглянуть в кабину и грузовой отсек, изучить расположение систем управления и пассажирских мест. В перспективе "Боинг" планирует внедрить ВР в компьютеризированные конструкторские отделы. Это позволит — еще до сборки самолета — расположить, например, все функциональные узлы в пределах досягаемости на случай ремонта. В Токио в специальном демонстрационном зале покупатели надевают очки и перчатки, чтобы "подобрать" и "обста-

69

вить" ВР-кухню на свой вкус. Заказчики могут открыть шкафы и сами убедиться, устраивает ли их расположение мебели. Если нет, заказчик вносит изменения, и компьютер выдает подробные эскизы для удовлетворения запросов заказчика.

Развитие методического арсенала эргономики побуждает вспомнить программу радикального изменения эксперимента в эргономике, которую еще в 1962 г. предложил американский ученый Дж.Ликлайдер и которая рассматривалась в то время как нереальная. Программа, призванная обеспечить максимальное соответствие эксперимента практике создания систем с ее жесткими ограничениями по времени проведения соответствующих работ, сводилась к разработке:

1) автоматических методов исследования;

2) принципиально новых и более эффективных способов планирования эксперимента;

3) таксономии функций систем "человек—машина";

4) программ для ЭВМ, моделирующих системы "человек-машина".

70