Часть 4. Системы человек-машина 11 страница

Ручки, используемые для точного регулирования, должны иметь такой коэффициент передачи, чтобы они поворачивались на угол не более 60 - 80° в области предполагаемого точного значения регулируемого параметра. Если имеется необходимость выделить нулевое положение ручки, то при прохождении через него оператор должен ощущать увеличение усилия, прикладываемого к ручке, но не более чем на 10% от основного усилия.

Для осуществления возможности безошибочного распознавания ручек по одному прикосновению (тактильное распознавание) необходимо, чтобы формы рукояток различались между собой.

Вращающиеся селекторные переключатели следует применять для дискретного переключения, когда нужно получить три и более фиксированных положения. Основные размеры их те же, что и у поворотных ручек (табл. 10.4).

Селекторные переключатели снабжаются движущейся стрелкой и неподвижной шкалой. Стрелку желательно помещать достаточно близко к шкале, чтобы свести к минимуму параллакс между стрелкой и отметками шкалы. Для ручек селекторных переключателей, расположенных слева от оператора и управляемых левой рукой, деления на шкале и подписи размещаются сверху и справа от переключателя. Для ручек, расположенных справа от оператора и управляемых правой рукой, деления на шкале и подписи размещаются сверху и слева от переключателя.

При выборе конструкции селекторного переключателя необходимо учитывать следующие условия:

в начале и конце диапазона изменения позиций необходимо предусмотреть стопоры (концевые упоры), выдерживающие вращающиеся моменты до 25 кГ/см;

для предотвращения остановки переключателя между позициями необходимо, чтобы упругое сопротивление при переключении сначала нарастало, а по мере приближения к фиксатору падало; упругое сопротивление фиксатора должно составлять 1 - 6 кГ/см;

в условиях достаточного освещения расстояние между соседними фиксаторами, которыми снабжены позиции переключателя, должно быть не менее 15°; в условиях плохого освещения эта величина должна быть увеличена до 30°.

Маховики (штурвалы) применяются при необходимости медленного вращения (до 10 об/мин) и точного поворота на определенную часть окружности или там, где сила, необходимая для переключения, настолько велика, что не допускает применения поворотной ручки, управляемой одной рукой. При проектировании маховиков необходимо учитывать данные, приведенные в табл. 10.5.

Центр маховика должен быть расположен приблизительно на высоте локтя. Это составляет примерно 230см от поверхности сидения при рабочей позе сидя и 900 - 1050 см от пола при рабочей позе стоя. Маховик (штурвал) должен иметь наклон около 45° в вертикальной плоскости. При необходимости получения информации о произведенной операции управления маховик снабжается указателем, градуированным лимбом или счетчиком оборотов. Поверхность обода маховика должна быть тщательно обработана и не иметь острых ребер.

Ножные органы управления (педали) применяются в тех случаях, когда требуются большие усилия при небольшой точности и необходимо сократить общее время управления, облегчив, при этом мускульную силу рук. Возможные конструктивные схемы педалей и рекомендуемые при этом величины усилий показаны на рис. 10.4.

Педали целесообразно размещать ближе к продольной оси тела оператора. Отклонение от продольной оси не должно превышать 100мм, расстояние между педалями для обеих ног рекомендуется 200 - 450мм. Ширина педалей должна соответствовать ширине ступни, иметь рифленую поверхность и закраину для предотвращения соскальзывания ноги.

Совместное расположение индикаторов и органов управления

Обычно органы управления используются совместно со связанными с ними индикаторами. В этом случае для обеспечения наилучшей точности и скорости работы оператора необходимо обеспечить выполнение не только инженерно-психологических требований к отдельным индикаторам и органам управления, но также и ряда требований к их совместному расположению. Вкратце эти требования сводятся к следующему.

При размещении органов управления рядом с теми средствами отображения информации, к которым они относятся, необходимо, чтобы рука оператора при манипулировании органом управления не закрывала индикационную часть соответствующего средства отображения информации. Для выполнения этого требования нужно, чтобы орган управления, манипулирование которым осуществляется правой рукой, размещался правее и ниже связанного с ним индикатора. Если же работа с органом управления осуществляется левой рукой, то он должен размещаться левее или ниже соответствующего ему индикатора.

При размещении органов управления и связанных с ними индикаторов на различных панелях относительное размещение элементов на обеих панелях должно быть идентичным. Для этого индикаторы и связанные с ними по смыслу органы управления целесообразно размещать в одинаковом порядке и в непосредственной близости друг от друга. Ручки органов управления рекомендуется устанавливать в плоскости экрана индикатора либо в плоскости, ей параллельной. При взаимном размещении органов управления и соответствующих им индикаторов следует подчеркивать их функциональное назначение с помощью цветной маркировки и путем придания им специфических очертаний.

Направление перемещения органа управления должно правильно сочетаться с изменением показаний соответствующего индикатора. При этом:

уменьшается время реакции или время на принятие решений;

увеличивается правильность начальных перемещений органа управления (т. е. сокращаются движения в ложном направлении, вызванные реверсивными ошибками);

увеличивается скорость и точность регулирования органом управления;

уменьшается время на обучение операторов.

Можно указать некоторые основные правила взаимной связи между движением указателя индикатора и ручки управления:

вращающийся орган управления нельзя располагать выше индикатора;

если стрелка индикатора перемещается по дуге, большей 180°; надо использовать вращающуюся ручку (рис 10,5а);

при перемещении указателя по дуге, составляющей меньше 180°, можно применять линейные органы управления (рис 10,5б);

направление перемещения указателя индикатора должно соответствовать направлению движения органа управления.

Последнее положение носит название правила «реализма» в движениях органов управления. Согласно этому правилу, наиболее высокая эффективность достигается при манипулировании теми органами управления, движения которых согласованы по пространственным и временным характеристикам с сигналами.

Помимо этого для повышения эффективности работы оператора большое значение имеет согласование индикаторов и органов управления по положению. Это особенно важно для тех видов деятельности, в которых требуется незамедлительная ответная реакция оператора на поступивший сигнал (например, при загорании лампочки нужно немедленно нажать на кнопку). В этом случае при применении панели, на которой кнопки управления размещены в непосредственной близости от сигнальных лампочек, темп работы оператора в 2 – 4 раза выше, чем при использовании панелей, где сигнальные лампочки расположены отдельно от кнопок.

Следовательно, наилучшим вариантом взаимоотношения индикаторов и органов управления является такой, при котором информация используется там, где она возникает, т. е. место приложения сигнала совпадает (или находится рядом) с местом его появления, Оптимальным случаем является совмещение индикатора и органа управления в одном устройстве. Примером такого конструктивного, решения может служить люминесцентный индикатор, являющийся одновременно кнопкой или клавишей (рис.10.6). На основе подобных устройств могут быть созданы новые типы мнемосхем и табло состояний, совмещенных с панелями управления.

В более сложных случаях, когда важно не только время решения задачи, но и количество допущенных ошибок, правило совмещения индикаторов и органов управления по положению не следует понимать так упрощенно, как в случаях, описанных выше. Покажем это на таком примере.

В лабораторных условиях моделировалась деятельность железнодорожного диспетчера. Испытуемый должен был «набирать» маршрут, манипулируя тумблерами. Исследовалось три варианта сочетаний табло, на котором отображалась схема железнодорожных путей, и пульта управления. В первом варианте пульт был отделен от табло, а тумблеры на нем располагались в ряд; во втором пульт тоже был отделен от табло, но расположение тумблеров точно воспроизводило расположение стрелок на табло; в третьем тумблеры располагались непосредственно под стрелками (т. е. пульт управления и табло были совмещены). Испытуемым предлагались различные задачи по переводу «поезда» из одного пункта в другой.

Результаты опыта показали, что среднее время решения задачи в третьем случае наименьшее. Однако количество ошибок здесь было самым большим. Лучшие результаты в целом были получены для второго варианта.

На основании этих и аналогичных им опытов может быть сформулировано следующее общее правило: важнейшим средством повышения точности и скорости действий оператора является структурное соответствие (а не просто близость, что справедливо лишь для частных случаев) в расположении сигналов и органов управления. Это приближает управляющее действие к предметному, обеспечивая тем самым оптимальные условия его регуляции.

Для повышения точности и скорости действий оператора большое значение имеет также правильное расположение индикаторов и органов управления в зоне деятельности оператора. Расположение этих элементов может проводиться с использованием следующих принципов:

функционального соответствия;

объединения;

совмещения стимула и реакции;

последовательности действий;

важности и частоты использования.

Принцип функционального соответствия требует, чтобы каждой подсистеме СЧМ соответствовала блок-панель (подсистема) пульта управления. Этот принцип наиболее легко выполняется в том случае, если подсистемы СЧМ независимы или хотя бы слабо связаны друг с другом. В этом случае общая оптимизация компоновки пульта управления будет обеспечена оптимизацией компоновки каждой из блок-панелей (рис 10,7 а).Допустим, СЧМ состоит из шести независимых подсистем, которые условно названы как системы питания, пуска, АПР, ДУ, УД, АС. Тогда органы управления и индикаторы каждой из этих подсистем могут быть расположены в пределах самостоятельной блок-панели пульта управления.

В более общем случае может оказаться целесообразным пойти на некоторое нарушение этого принципа в пользу остальных. В частности, это возможно, если последовательное обслуживание сменяется операциями управления всеми подсистемами одновременно (например, при взлете и посадке самолета).

Принцип объединения требует использования суперэлементов, под которыми понимается множество однотипных элементов контроля или управления, принимающих одно и то же состояние на некотором отрезке времени и объединенных в одну группу (рис 10,7б). Применение этого принципа способствует значительному уменьшению количества информации, поступающей к человеку-оператору.

Принцип совмещения стимула и реакции требует пространственного соотнесения (в частном случае сближения) элементов управления и индикации. Подробно он уже был рассмотрен раньше. Заметим лишь, что удовлетворение этому принципу (10,7 в) уменьшает число альтернатив, определяющих поток информации. Пусть, например, имеется N элементов индикации (стимулы) и такое же число органов управления (реакции), расположенных неупорядоченно. Выбор одного из индикаторов дает Н = log₂N единиц информации, столько же информации будет получено при нахождении нужного органа управления. Если же каждый орган управления как-то соотнести со своим индикатором, то двойственный выбор из множества элементов заменяется одинарным. Получаемое оператором количество информации сокращается в два раза.

Согласно принципу последовательности действий, элементы пульта управления следует размещать в некоторой последовательности, соответствующей алгоритму управления системой. Обычно эта последовательность соответствует стереотипу чтения книги – слева направо и сверху вниз. Удовлетворение этому принципу значительно устраняет неопределенность выбора нужного элемента, т, е. также способствует уменьшению количества поступающей к оператору информации.

Последний принцип предусматривает размещение наиболее часто используемых и важных индикаторов и органов управления в удобном для оператора месте. Этим обеспечивается снижение его утомления и повышается производительность труда. Так, например, если подсистемы АС и пуска участвуют в работе СЧМ чаще, чем другие подсистемы, то их индикаторы и органы управления следует расположить в центральной части пульта управления.

Рассмотренные принципы размещения индикаторов и органов управления могут противоречить друг другу, поэтому в каждом конкретном случае проектирования пульта управления нужно находить некоторый разумный компромисс. В первую очередь должен учитываться принцип, не вступающий в противоречия с другими принципами. Если СЧМ легко делится на ряд подсистем, практически не связанных между собой, то первыми удовлетворяются требования принципа функционального соответствия.

Когда оператор почти непрерывно управляет системой, степень автоматизации которой незначительна, то удовлетворяются не противоречащие друг другу принципы последовательности действия и совмещения стимула и реакции, а другие принципы подчиняются этим двум. Для случая же полной автоматизации системы, когда оператору необходимо, главным образом, следить за ее состоянием, на первый план после принципа функционального соответствия выдвигается принцип объединения. Пульты управления транспортными средствами конструируются с учетом принципа важности и частоты использования (руль управления, органы торможения и управления двигателем, переключатели находятся в наиболее удобном месте).

Организация ручного ввода информации оператором

Человек-оператор, работающий за пультом современной сложной СЧМ, связан с необходимостью ввода большого количества информации. Поэтому весьма актуальной является задача рациональной организации работы оператора по вводу необходимой информации. В настоящее время известны следующие способы ввода информации:

с помощью разделительной (однофункциональной) клавиатуры;

с помощью многопальцевой или аккордной (многофункциональной) клавиатуры;

программный способ.

В большинстве случаев оператор в настоящее время осуществляет связь с аппаратурой с помощью первого способа. При этом каждый знак формируемого сообщения вводится с помощью специально предназначенного для него органа управления (кнопки, клавиши, тумблеры). Число элементов такой клавиатуры определяется алфавитом знаков, которым пользуется оператор. В современных СЧМ (в частности, АСУ) этот алфавит достаточно обширен и может достигать нескольких сотен знаков. Большое количество кнопок управления приводит к увеличению размеров пульта управления, что затрудняет во многих случаях расположение их в зонах оптимальной досягаемости рук оператора. Помимо этого для многих СЧМ размеры пультов управления ограничены по условиям их применения.

Обращение со сложными многокнопочными панелями приводит к снижению производительности труда операторов. Это обусловлено следующими причинами:

С увеличением размеров клавиатуры трудность осуществления
рабочих движений связана функционально с их амплитудой. Значительное число кнопок, входящих в раздельную клавиатуру, не позволяет организовать ее пространство таким образом, чтобы для достижения любой нужной кнопки оператор совершал движения с малой амплитудой, что неизбежно приводит к заметному увеличению времени ввода информации.

В основе организации раздельных клавиатур с большим числом кнопок лежит принцип пространственного кодирования. Отсутствие смыслового кодирования значительно усложняет поиск требуемой кнопки при большом числе однотипных устройств, какими являются кнопки. Конечно, некоторые меры, такие, как кодирование цветом кнопок, относящихся к одной знаковой или смысловой группе, и некоторая логика построения группы, облегчают поиск и уменьшают время, но это является лишь частичным улучшением.

Эффективность выполнения функций управления, возлагаемых на оператора, в значительной мере зависит от способов, скорости и точности произвольной регуляции человеком его рабочих движений, воздействующих на органы управления. Увеличение как времени движения, так и времени поиска определяет значительные временные затраты на ввод информации. Однако цикл поступления данных должен ограничиваться временем 1,2–2,5 сек, так как уже временный интервал в 3 сек достаточно велик для того, чтобы оператор частично забыл, что он хотел запросить или ввести.

Для устранения перечисленных трудностей может быть предложено устройство ввода, использующее многопальцевые или аккордные (многофункциональные) клавиатуры. Здесь предполагается, что с помощью небольшого числа кнопок путем их возможного комбинирования можно ввести значительное число сообщений. Однако характер деятельности оператора с такого рода клавиатурами требует серьезной подготовки и систематической тренировки. Исключается возможность оперативно воспользоваться такой клавиатурой неподготовленным оператором.

Для повышения скорости работы оператора за пультом управления, а также для исключения неправильного формирования сообщений может использоваться так называемый программный способ ввода информации, отличающийся тем, что вводимая с пульта информация делится на ассоциативные группы.

На панели управления устанавливается лишь одна клавиатура, состоящая из n кнопок, где n равно максимальному числу элементов в группе. В зависимости от вида формируемого сообщения по заранее составленным программам осуществляется автоматическая коммутация клавиатуры с соответствующими разрядами входного регистра формирователя сообщений. При этом содержание транспарантов над кнопками клавиатуры также изменяется по программам.

Таким образом, единственность клавиатуры на пульте управления и небольшое число кнопок облегчают осуществление оператором рабочих движений. После того как выбран вид сообщения, снимается необходимость поиска нужной группы кнопок, так как подключение групп осуществляется по программам автоматически, что исключает ошибки и уменьшает время ввода информации оператором. Наличие одной лишь клавиатуры позволяет разместить ее в зоне оптимальной досягаемости, что также является положительным для работы оператора.

Структурная схема пульта управления, реализующего способ программного ввода информации, представлена на рис. 10.6. Рассмотрим работу этой схемы.

В исходном состоянии на транспарантах обозначений кнопок отображаются виды сообщений. Выбрав вид сообщения и нажав соответствующую кнопку на клавиатуре, оператор осуществляет выбор режима работы программного устройства. Последнее по заданной программе через распределитель управляет кодосдвигателем, который подключает шифратор к соответствующим разрядам входного регистра формирователя сообщений, а также управляет через дешифратор изменением содержания отображаемой информации на транспарантах обозначений кнопок. Режим работы программного устройства асинхронный и определяется темпом работы оператора на клавиатуре. Контроль за формированием сообщений производится с помощью контрольного табло, где отображается информация, набираемая оператором на клавиатуре.

Работа программного устройства завершается коммутацией шифратора к регистру служебных команд. В этом случае нажатием одной из кнопок осуществляется выдача команды на передачу сформированного сообщения. При этом программное устройство и содержание транспарантов приводятся в исходное состояние.

Основными преимуществами данного способа являются: значительное уменьшение габаритов пульта управления, повышение точности и скорости ввода сообщений, упрощение работы оператора за пультом, что ведет к сокращению периода обучения операторов, уменьшению утомляемости при работе, снижению вероятности неправильного формирования сообщений.

При реализации любого из способов ввода информации весьма важным является вопрос обеспечения высокой надежности работы оператора. Существенным способом повышения надежности является самоконтроль (контроль оператором его собственных действий). В итоге проведения операции самоконтроля может иметь место либо определенное рассогласование между полученным и требуемым результатами деятельности, либо отсутствие его, что будет свидетельствовать о достижении цели. Независимо от исхода операции самоконтроля сигнал с ее выхода поступает в анализирующие звенья центральной нервной системы. Именно в них вырабатывается последующая стратегия управления.

Для осуществления возможности самоконтроля оператором своих действий устройства ввода информации снабжаются специальными схемами контроля (см. рис. 10.8).

Организация рабочего места оператора

Общие требования к организации рабочего места

Под рабочим местом оператора понимается зона его трудовой деятельности в системе «человек – машина», оснащенная техническими средствами и вспомогательным оборудованием, необходимым для осуществления функций контроля и управления производственным процессом.

Правильная организация условий труда предполагает рациональную планировку оборудования и размещение постоянного рабочего места персонала с учетом психофизиологических характеристик и антропометрических данных, обеспечение безопасности работы и нормальных окружающих условий. К этому кругу вопросов относятся также решение компоновки средств отображения информации и органов управления на щитах, пультах и других конструкциях, организация рабочей позы оператора, а также общее оформление помещения операторского пункта с учетом эстетических требований. Конечной целью организации рабочего места является оптимизация условий трудовой деятельности, обеспечивающих максимальную надежность и эффективность работы оператора (коллектива операторов).

При организации рабочего места должны быть соблюдены следующие основные условия:

достаточное рабочее пространство для оператора, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения при эксплуатации и техническом обслуживании оборудования;

достаточные информационные связи между оператором и оборудованием, а также между операторами;

оптимальное размещение рабочих мест в помещениях для оперативной работы, а также безопасные и достаточные проходы для операторов;

оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места, главным образом средств отображения информации и органов управления;

необходимое естественное и искусственное освещение для выполнения оперативных задач, технического обслуживания или тренировок;

допустимый уровень акустического шума, вибраций и других факторов производственной среды, создаваемых оборудованием рабочего места или другими источниками;

наличие необходимых инструкций и предупредительных знаков, предостерегающих об опасностях, которые могут возникнуть при работе, и указывающих на необходимые меры предосторожности;

надежная индикация отказов электрического питания аппаратуры, а также индикация отказов самой аппаратуры как и ее функционирования.

При конструировании и размещении рабочих мест следует предусматривать меры, предупреждающие или снижающие преждевременное утомление оператора, предотвращающие возникновение у него психофизиологического стресса, а также появление ошибочных действий.

Конструкция рабочего места должна обеспечивать быстроту, безотказность, простоту и экономичность технического обслуживания и ремонта в нормальных и аварийных условиях; полностью отвечают функциональным требованиям и предполагаемым условиям эксплуатации.

В зависимости от основных функций, выполняемых оператором с помощью средств индикации и управления, рабочие места можно классифицировать следующим образом:

рабочее место оперативного управления, предназначенное для
решения задач управления, выдачи команд и распоряжений и т. п.;

информационно-справочное рабочее место, которое служит
для запроса и получения справок о состоянии системы в целом или
ее отдельных звеньев, а также для формирования, передачи и
приема символической или графической информации;

рабочее место ручного ввода информации, необходимое для
оперативного ввода символической или графической информации;

рабочее место функционально-технологического контроля,
обеспечивающее оперативный функциональный контроль за исправностью технических средств и каналов связи;

рабочее место программиста ЭВМ, которое служит для его
связи с вычислительной машиной, а также для отладки машинных
программ;

комбинированное рабочее место, обеспечивающее совместное
выполнение оператором нескольких функций.

Построение пультов управления

Основу рабочего места оператора любого типа составляет пульт управления. Он должен обеспечивать удобное и достаточное по размерам рабочее пространство для операторов, свободный подход их к пульту, рациональное размещение на пульте средств связи, место для ведения записей, просмотра и хранения текущей документации. Кроме того, пульт управления должен быть снабжен специальным сиденьем, обеспечивающим поддержание удобной, ненапряженной рабочей позы оператора.

Рис 11.1. Формы пульта управления:

а – фронтальная; б – трапециевидная; в – многогранная

К основным инженерно-психологическим характеристикам пульта управления относятся его форма и геометрические размеры.

На практике применяются следующие формы пультов (рис 11.1)

фронтальная, применяемая в том случае, если оказывается возможным все органы управления разместить в пределах зон максимальной и допустимой досягаемости, а индикаторы - в пределах зоны центрального и периферического зрения;

трапециевидная, используемая в тех случаях, когда органы управления и индикации невозможно разместить на пульте фронтальной формы; в этом случае органы управления и индикаторы частично размещаются на боковых панелях, развернутых относительно фронтальной под углом 9-120°;

многогранная или полукруглая, которая применяется при наличии большого числа средств отображения информации и органов управления; боковые панели рекомендуется располагать таким образом, чтобы они были перпендикулярны линии взора оператора.

Минимальный диаметр полукруглого пульта, предназначенного для одного оператора, должен быть 1200 мм.

Геометрические размеры пульта управления устанавливаются исходя из антропометрических характеристик того контингента операторов, которым предстоит работать за данным пультом. Антропометрические характеристики представляют собой различные размеры человеческого тела, наиболее важные из них приведены на рис. 11.2 и в табл. 11.1.

Многочисленными исследованиями установлено, что различные антропометрические характеристики подчинены нормальным законам распределения с математическими ожиданиями M_i и среднеквадратическими отклонениями σ_i, показанными в табл. 11.1.

Например, орган управления, расположенный в верхней части пульта (для работы стоя) на высоте, соответствующей средней арифметической от пола до запястной кости поднятой кверху руки (позиция 2 на рис. 11.2, М₂ = 205 см), для 50% операторов будет неудобен при эксплуатации. Если же этот орган управления разместить ил высоте 190 см (М₂ – 2σ₂), то его достанет 95%, а на высоте 182 см (М₂– 3σ₂) – 99% операторов. В практике проектирования пультов управления обычно не берется более М_i±2σ_i так как дальнейшее расширение границ нецелесообразно с экономической точки зрения.

Во всех расчетах, где оператор должен что-то доставать, до чего-то дотягиваться, следует исходить из минимальных антропометрических характеристик. В других случаях в качестве расчетных необходимо брать максимальные величины (М_i±2σ_i). Поэтому минимальными табличными данными необходимо пользоваться при определении зон досягаемости, а максимальными – при определении размеров кресла, высоты ниши для ног и т. п. Средние размеры должны использоваться при определении центра лицевой панели пульта управления, зон размещения индикаторов и органов управления.

Примеры конструктивного исполнения пультов управления с учетом рассмотренных антропометрических характеристик приведены на рис. 11.3, 11.4 и 11.5.

Пульты управления, изображенные на рис. 11.3 и 11.4, используются в тех случаях, когда оператор должен иметь возможность обзора пространства, расположенного за пультом управления например, табло или мнемосхему, расположенную отдельно от пульта). Пульт управления (рис. 11.5) целесообразно применять в тех случаях, когда число наблюдаемых оператором индикаторов невелико и все они могут быть размещены на его лицевой панели.

Дата добавления: 2014-12-29