Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Страница 1

УДК 331.101.1:629.113/.115(075.8) ББК 30.17:30.18:39.33:39.34я73 0-753
Авторы:
И. С. Степанов, А. Н. Евграфов, А. Л. Карунин, В. В. Ломакин, В. М. Шарапов
Рецензенты:
профессор кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э.Баумана д-р техн. наук Г. И. Гладов; зав. кафедрой «Тягачи и амфибийные машины» МАДИ (ГТУ) профессор В. В. Кувшинов
Основы эргономики и дизайна автомобилей и тракто-0-753 рои: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / И. С. Степанов, А. Н. Евграфов, A.J1. Карунин и др.; Под общ. ред. В. М. Шарипова. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 256 с.
ISBN 5-7695-1896-0
Рассмотрены принципы антропометрии, основы компоновки рабочего места водителя и посадочных мест пассажиров. Изложены принципы построения рабочей среды водителя и внутреннего объема кузова или кабины с учетом требований активной и пассивной безопасности, приведены сведения об аэродинамике машин и основных закономерностях дизайнерских решений при разработке экстерьера и интерьера объектов проектирования.
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен специалистам, занимающимся разработкой новых и модернизацией существующих моделей автомобилей и тракторов.
УДК 331.101.1:629.113/.115(075.8) ББК 30.17:30.18:39.33:39.34я73
Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя эат
ПЯТИГОРСКИЙ Г ОС УДА РОЛ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ISBN 5-7695-1896-0,
и ) А.Л.,
ПРЕДИСЛОВИЕ
Опыт подготовки специалистов в области автомобиле- и тракторостроения показал, что инженеры, успешно окончившие вуз по этой специальности, имеют достаточные знания, позволяющие им квалифицированно создавать агрегаты машин и разрабатывать общую компоновку их механической части (шасси). Однако эти специалисты испытывают определенные затруднения, когда приходится создавать машину в целом. Для этого им не хватает общего технического кругозора. Ранее в вузах преподавалась дисциплина «Основы художественного конструирования», которая не давала достаточных сведений для создания машины в целом. Ощущалась необходимость в создании учебной дисциплины, которая позволила бы научить будущего специалиста смотреть на разрабатываемый объект с точки зрения главного конструктора, отвечающего за общую компоновку машины, за удобство и безопасность работы людей с этой машиной. Так в новом Государственном образовательном стандарте для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» направления подготовки дипломированных специалистов «Транспортные машины и транспортно-технологиче-ские комплексы», появилась разработанная проф. И. С. Степановым дисциплина «Основы эргономики и дизайна автомобилей и тракторов», в которой автомобиль или трактор рассматриваются как часть человекомашинной системы. Дисциплина доказала свою полезность, накоплен определенный опыт в ее преподавании. Назрела необходимость создания единого учебника по данной дисциплине.
Настоящий учебник посвящен основам эргономики и дизайна автомобиля и трактора. Каждое из этих двух неразрывно связанных между собой направлений деятельности создателей техники, конечно, требует глубокого изучения. В книге рассмотрена общая идеология компоновки внутреннего пространства кузова и кабины с учетом антропометрических характеристик, удобного и безопасного взаимодействия человека и машины, минимизации воздействия отрицательных факторов, изложены основы аэродинамики автомобиля и трактора, общие принципы обеспечения конструктивной безопасности, методы разработки внешних форм кузовов и кабин и их интерьера, дано представление о системе «водитель—автомобиль—дорога—среда». Материал учебника изложен последовательно, с учетом содержания дисциплины, но любой раздел, в случае интереса к определенной теме, можно изучать независимо от других, заглядывая в другие разделы лишь в тех случаях, когда это вызвано необходимостью.
Учебник должен внести в преподавание дисциплины общее организующее, стандартизирующее начало, предоставить студентам необходимую информацию по каждому из разделов учебной программы и, что особенно важно, научить их системному подходу к созданию любых машин, механизмов, инструментов и иных объектов, с которыми человек соприкасается на производстве и в быту. Последнее представляется особенно значимым, потому что в современных условиях специалист должен быть готов к работе в любой области, которая, возможно, и не определяется специальностью, обозначенной в его дипломе о высшем техническом образовании. Таким образом, при написании учебника решалась более широкая задача — дать студенту кроме конкретных сведений, касающихся автомобилей и тракторов, более общую информацию по эргономике и дизайну, которую он сможет использовать в тех областях деятельности, в которых ему придется работать после окончания вуза.
Предисловие учебника написано В. М. Шариповым, введение, гл. 1, 2, 3, 6 и подразд. 4.2 — И. С. Степановым, гл. 5 и подразд. 4.1 —
A.    И. Евграфовым, гл. 7 — И. С. Степановым и А.Л.Каруниным, гл. 8 и подразд. 9.1, 9.2 и 9.4 — В. В.Ломакиным, подразд. 9.3 —
B.    В. Ломакиным и В. М. Шариповым.
Авторы с благодарностью примут все критические замечания и пожелания читателей.
ВВЕДЕНИЕ
Автомобили и тракторы создаются для людей. Эта простая фраза по существу определяет задачи эргономики и дизайна применительно к этим машинам.
Эргономика (от греч. ergon — работа, nomos — закон) — наука о приспособлении орудий и условий труда к человеку. Она изучает особенности человека и его функциональные возможности в процессе труда с целью создания оптимальных условий для высокой производительности и надежности.
Эргономика как наука оформилась сравнительно недавно, всего несколько десятилетий назад, но основы эргономических знаний были заложены еще в тот период истории человечества, когда появились первые орудия труда, изготовленные людьми. Тогда же люди стали оценивать эти орудия труда по простейшему критерию — «удобно—неудобно».
Основной задачей эргономики можно считать повышение надежности функционирования человекомашинных систем. Статистика техногенных катастроф показывает, что наименее надежным элементом таких систем является человек (проявляется так называемый «человеческий фактор»). Одной из наиболее актуальных является задача согласования конструкции машины в той ее части, которая связана с человеком, с его психологическими и физиологическими характеристиками.
Эргономика — это комплексная наука, она базируется на физиологии, биологии, медицине, психологии, биомеханике, промышленной гигиене, нейрофизиологии, антропометрии и других науках о человеке. В данном учебнике с учетом приложения эргономики к определенным промышленным изделиям будут рассмотрены прежде всего антропометрия, инженерная психология, хи-ротехника.
Антропометрия занимается изучением размеров и формы человеческого тела и его составных частей, исследует направления и пределы движений частей тела и силы мускулов. Она является частью общей науки о человеке — антропологии. Без знания основных антропометрических характеристик невозможно правильно разместить органы управления автомобилем или трактором.
Инженерная психология изучает объективные закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники, на инженерной психологии базируется, в частности, построение приборной панели и способы представления информации на ней.
Хиротехника изучает взаимодействие рук человека с различными рукоятками, кнопками, включателями и другими элементами машин, приборов и иных промышленных изделий.
Второе определяющее слово в названии этого учебника и соответствующей дисциплины — дизайн.
Дизайн (от англ. design — замысел, проект, чертеж, рисунок) — термин, обозначающий различные виды проектировочной деятельности, имеющей целью формирование эстетических и функциональных качеств предметной среды. В узком смысле дизайн — художественное конструирование (вид художественной деятельности, проектирование промышленных изделий, обладающих эстетическими свойствами).
Дизайнер — это специалист, не просто разрабатывающий художественный образ изделия, а ведущий художественное конструирование.
Дизайнерские подразделения промышленных предприятий и фирм, связанных с производством автомобилей и тракторов, чаще всего входят в службу главного конструктора.
Деятельность различных специалистов, принимающих участие в разработке конструкции изделия, можно разделить на две категории — техническое конструирование и эвристическая деятельность.
Под техническим конструированием обычно понимают работу (расчетную, компоновочную, графическую, чертежную и т.п.), основанную на определенном алгоритме, на запрограммированной схеме, на стандартах, нормах и правилах. Результат такой работы проявляется, в нашем случае, в эргономических качествах автомобиля и трактора.
Эвристическая деятельность в большей степени основана на технической эрудиции, она строится на системе логических приемов и методических правил. Эвристической можно назвать работу изобретателя. Работа дизайнера занимает промежуточное положение между этими двумя видами творческой деятельности. Идейной основой дизайна является техническая эстетика.
Если специалист занимается только созданием художественного образа изделия, то он является скорее стилистом или худож-ником-оформителем, и чаще всего разработанное им изделие при внешней привлекательности не обладает необходимыми эргономическими качествами. Возможно, одним из наиболее ярких и всем известных примеров такого подхода может служить хрустальная туфелька Золушки, безусловно, прекрасная внешне, но вряд ли удобная. И это естественно, потому что создавшая ее фея скорее всего не имела достаточного представления об эргономике (из-за недостатка в программе профессиональной подготовки волшебницы).
И эргономика, и дизайн как вид профессиональной деятельности могут рассматриваться в различных аспектах: социальном, техническом, экономическом и эстетическом.
Социальный аспект учитывает объективную потребность общества в транспортных средствах (легковые и грузовые автомобили, автобусы) и в различных рабочих машинах (сельскохозяйственные, лесотехнические, промышленные и многие другие тракторы).
Технический аспект применительно к направленности данной книги проявляется в обеспечении удобного размещения людей на сиденьях, удобного входа-выхода, доступности органов управления и оптимальных усилий на них, хорошей обзорности и многого другого.
Непременным условием высокого уровня конструктивной и дизайнерской проработки машины является также приспособленность к техническому обслуживанию с возможно большими интервалами между этими обслуживаниями.
Экономический аспект находит отражение в двух сферах. Во-первых, в сфере производства машины, проявляясь в ее себестоимости (и цене); во-вторых, в сфере эксплуатации. Эксплуатационные расходы складываются из затрат на эксплуатационные материалы, прежде всего топливо, и затрат на техническое обслуживание. Очевидно, что при улучшении обтекаемости (аэродинамики) легкового автомобиля или автопоезда расход горючего снижается, а воздействовать на это может в первую очередь дизайнер путем создания рациональной формы кузова. Рациональная компоновка салона городского автобуса позволяет уменьшить время входа-вы-хода пассажиров, т.е. время пребывания машины на остановках, повышается средняя скорость движения автобуса, сокращается себестоимость перевозки в пересчете на одного пассажира. Тот же эффект может дать разумное увеличение вместимости автобуса.
Эстетический аспект проявляется прежде всего в привлекательности автомобиля или трактора для потенциального покупателя, в его конкурентоспособности. Но не только в этом выражается влияние эстетических свойств автомобилей на общество. Автомобили во многом формируют облик современных городов, оказывают большое влияние на сельский пейзаж (скоростные автодороги,- путепроводы, мосты). Влияние тракторов менее выражено, потому что они обычно используются вне большого скопления людей, и их воздействие на развитие общества сказывается скорее в результатах их работы: в возделанных полях, построенных дорогах и т. п.
Не будет преувеличением сказать, что легковой автомобиль в известной мере является законодателем моды, существует и несомненное влияние моды на автомобиль. Взаимное влияние автомобиля на моду и моды на автомобиль является также и социальным фактором.
ГЛАВА 1 АНТРОПОМЕТРИЯ И МАШИНА
1.1. Основные сведения об антропометрии
Каждый человек из личного опыта знает, что все люди различаются ростом, комплекцией, осанкой, размерами частей тела. Каждый человек неповторим, найти двух абсолютно одинаковых людей невозможно. Поэтому перед конструктором, занимающимся проектированием автомобиля или трактора, стоит весьма непростая задача.
Казалось бы, можно выбрать достаточно большие размеры, определяющие положение водителя и пассажира в кузове, но тогда неизбежно увеличатся размеры пассажирского салона или кабины, масса машины, материалоемкость конструкции и цена машины. Человек небольшого роста в таком автомобиле или тракторе будет испытывать определенные неудобства: ему будет трудно доставать ногами и руками до органов управления, возникнут проблемы с обзорностью.
Конечно, можно пойти другим путем. Выбрать достаточно большое число людей — потенциальных пользователей, тщательно обмерить элементы их тел, вычислить средние значения размеров и на основании этих данных сконструировать рабочее место водителя и места пассажиров для «среднего» человека. Но тогда будут недовольны конструктором люди, размеры которых отличаются от средних, — а их большинство.
Конструктор должен скомпоновать места для водителя и пассажиров таким образом, чтобы обеспечить наибольшие удобства для людей любого роста и пропорций тела или хотя бы для большинства людей, а для этого необходимо прежде всего знать реальные величины, характеризующие параметры этих людей. От этого зависит надежность функционирования всей системы «человек-машина—окружающая среда», т.е. безопасность на улицах и дорогах.
Изучением размеров человеческого тела и его частей занимается антропометрия (от греч. cmthropos — человек и metreo — измеряю). Поскольку все люди различны, в антропометрии применяются статистические методы. Размеры тела человека и его отдельных частей определяются антропометрическими характеристиками (АХ).
Антропометрическая характеристика — это величина, измеряемая в линейных, угловых единицах или единицах массы, соответствующая размерным характеристикам и характеристикам массы частей человеческого тела и взаимного их расположения. Антропометрическими характеристиками являются, например, рост человека, окружность головы, длина голени, масса тела, углы вращения в суставах и т.д.
Антропометрические характеристики являются случайными величинами, подчиняющимися нормальному закону распределения (рис. 1.1). На графике нормального закона распределения случайной величины по оси абсцисс откладывается значение случайной величины х (применительно к нашему случаю — числовое значение антропометрической характеристики), по оси ординат — /(х) — вероятность появления того или иного значения случайной величины (в процентах или долях единицы). Среднее, наиболее вероятное значение случайной величины — математическое ожидание М соответствует максимуму кривой распределения, ее «горбу». Ширина кривой распределения, ее растянутость по горизонтали, показывает изменчивость, варьирование случайной величины, которая характеризуется среднеквадратическим отклонением о относительно математического ожидания М. Площади, заключенные под участками кривой распределения, показывают, какое количество случайных величин попадает в эти зоны. В зону ±а относительно математического ожидания М попадает 68,25 % всех случайных величин, в зону ±2о — 95,45 %, а в зону ±3а —
99,73%.
95,45
м
х
/(*)
О
Рис. 1.1. График нормального закона распределения случайной величины В антропометрии вероятность попадания какой-либо антропометрической характеристики в ту или иную зону кривой распределения принято оценивать в перцентилях. Перцентиль — сотая доля объема всей совокупности людей, подвергавшихся антропометрическим исследованиям. Если площадь, находящуюся под кривой нормального распределения, разделить на 100 равных частей (процентов), то получится соответствующее число перцентилей. Каждый из них имеет порядковый номер. На долю 1-го перцентиля приходится 1 % всех результатов наблюдений (наименьшее значение антропометрической характеристики), на долю 2-го — 2 % результатов наблюдений (значение антропометрической характеристики несколько больше) и т.д. При нормальном законе распределения 50-й перцентиль соответствует средней арифметической величине (математическому ожиданию, моде, медиане). Порядок определения антропометрических характеристик поясним на примере (все числа и понятия в данном примере — условные). Предположим, требуется определить антропометрическую характеристику «рост» для студентов какого-либо факультета института. Производим измерения роста всех студентов факультета, которых оказалось 620 человек. В результате получается некоторый массив из 620 случайных чисел. Самый маленький рост (145 см) имеет только одна студентка, самый большой (195 см) — также только один студент. Начинаем строить график распределения случайной величины «рост» (рис. 1.2). На оси абсцисс в каком-либо масштабе откладываем размер 145 и на этой отметке вверх откладываем ординату, соответствую- Рис. 1.2. Построение кривой распределения значений антропометрической характеристики щую (также в выбранном масштабе) единице, поскольку получен только один размер 145 см. Затем, отступив вправо по оси абсцисс на величину, равную 1/100 от диапазона изменения измеренных значений роста (от 145 до 195 см), откладываем вверх ординату, соответствующую росту 146 см. Предположим, таких замеров получилось три, соответственно откладываем вверх ординату, соответствующую числу 3. Продолжая построения, получим столбчатую диаграмму, изображающую реальное распределение роста студентов в нашем эксперименте. Фрагмент этой диаграммы показан в левой части графика. Замечаем, что число одинаковых значений роста (с выбранной нами точностью 1 см) вначале увеличивается, а затем, после роста 170 см, начинает убывать, и, наконец, самый высокий рост 195 см встречается один раз. Это последний столбик на диаграмме. При очень большом (теоретически — бесконечно большом) числе измерений и очень малом (теоретически — бесконечно малом) интервале между значениями полученных случайных величин — «верхушками» столбиков — образуется плавная непрерывная кривая, подобная изображенной на рис. 1.1. В реальности получить бесконечно большое число замеров нельзя, но существуют математические методы, позволяющие при ограниченном числе измерений получить достоверную плавную кривую распределения. Она показана на рис. 1.2. Максимум кривой распределения в нашем случае приходится на рост 170 см, это «самый средний» из полученных нами замеров, иначе говоря, это рост, соответствующий математическому ожиданию. Половина (50 %) обследованных нами студентов имеет рост меньше такого или такой, и можно сказать, что рост 170 см соответствует 50-му перцентилю или 50%-ному уровню репрезентативности. Уровень репрезентативности — величина, выражаемая в процентах, соответствующая части населения при сплошном отборе индивидов, у которой численное значение какого-либо антропометрического признака меньше или равно его заданному значению. Теперь на графике (см. рис. 1.2) отметим величину, соответствующую 5 % всех обмеренных студентов. Рост, меньший или равный полученному (предположим, в нашем случае это 151 см), соответствует 5-му перцентилю, или 5%-ному уровню репрезентативности. Таким же образом получим рост, соответствующий 95%-ному уровню репрезентативности, или 95-му перцентилю. Предположим, что это 189 см. Итак, если мы говорим «5-й перцентиль» или «5%-ный уровень репрезентативности», это означает, что 5% людей имеют такие или меньшие антропометрические характеристики. Это люди небольшого размера. Соответственно, человек 95-го перцентиля, или 95%-ного уровня репрезентативности, имеет такой рост, что 95 % людей ниже него (или имеют такой же рост). Это высокий человек. Таким же образом, ровно половина людей, прошедших антропометрические измерения, имеет рост, меньший, чем соответствующий 50-му перцентилю (50%-ному уровню репрезентативности), или равный ему. В идеальном случае размеры рабочего места водителя (оператора) должны быть такими, чтобы все взрослое население было в состоянии управлять данной машиной. Практически считается достаточным, чтобы около 90 % людей — потенциальных операторов — могли удобно располагаться на рабочем месте, оставшиеся 5 % людей самого малого роста и 5 % самых высоких людей будут испытывать некоторые неудобства, обычно вполне допустимые. Поэтому в конструкторской практике при компоновке рабочего места водителя автомобиля или трактора чаще всего используют размеры тела человека, соответствующие 5-му (или 10-му) и 95-му перцентилю (5%-ному и 95%-ному уровням репрезентативности). Некоторые размеры кабины проверяются применительно к 50-му перцентилю (50%-ному уровню репрезентативности). В табл. 1.1 приведены данные, позволяющие определить численность людей, выраженную в процентах, размерам которых будет удовлетворять данная компоновка рабочего места оператора (водителя). Антропометрические характеристики можно условно разделить на статические и динамические (рис. 1.3). Условно — потому что все антропометрические характеристики определяются в статике, при неизменной позе обследуемого. Под статическими антропометрическими характеристиками мы будем понимать линейные или угловые величины, характеризующие размеры частей тела человека, а под динамическими — линейные и угловые размеры, характеризующие утлы вращения в суставах, зоны досягаемости при различных позах человека и т.п. L
Таблица 1.1 Численность люден, размеры которых содержатся в выбранном интервале антропометрических характеристик Интервал Перцентиль (уровень репрезентативности), Численность людей, АХ которых содержатся в выбранном интервале, % М± 2,5с 2,5...97,5 М± 1,65а М± 1,15а 12,5 ...87,5 М± 0,67а Антропометрические характеристики Рис. 1.3. Условная классификация антропометрических характеристик Статические антропометрические характеристики используют для определения общих размеров рабочего места оператора, расположения и размеров сиденья, органов управления и других параметров; динамические антропометрические характеристики — для назначения амплитуды рабочих движений рычагов, педалей и других органов управления, определения зон досягаемости при различных положениях тела человека и т. п. На рис. 1.4 показаны основные антропометрические характеристики, а в табл. 1.2 приведены численные значения этих антропометрических характеристик и указаны области их применения. Численные значения антропометрических характеристик используются следующим образом. Предположим, что требуется определить внешнюю ширину плеч (обозначим ее А) для манекена мужчины 95-го перцентиля. Для этого к математическому ожиданию М внешней ширины плеч мужчины из табл. 1.2 следует прибавить среднеквадратическое отклонение а с соответствующим коэффициентом из табл. 1.1 (для 95-го перцентиля этот коэффициент равен 1,65). В результате получим: А = М + 1,65а = 44,6 + 1,65-2,2 = 49,7 см. Та же антропометрическая характеристика (внешняя ширина плеч) для манекена женщины 25-го перцентиля определится так: А = М-0,67о = 41,8-0,67-2,4 = 40,2 см. При компоновке рабочего места оператора необходимо учитывать увеличение размеров тела, связанное с одеждой. Водитель Рис. 1.4. Основные антропометрические характеристики (наименования и численные значения антропометрических характеристик см. в табл. 1.2) может быть одет в легкую или теплую одежду, при этом увеличение размеров тела, естественно, будет разным (табл. 1.3).



Некоторые динамические антропометрические характеристики, связанные с углами вращения в суставах (амплитуды рабочих движений), показаны на рис. 1.5, а в табл. 1.4 приведены численные значения угловых амплитуд движений различных частей тела. Помимо кинематических характеристик движений человека, большое значение имеют временные характеристики, т.е. время, которое проходит от получения человеком-оператором сигнала (например, отклонение стрелки какого-либо прибора на панели) до приведения в действие соответствующего органа управления. Определить это время можно при следующих испытаниях. Испытуемый человек должен с возможной максимальной скоростью выполнить то или иное рабочее движение (нажать кнопку, передвинуть рычаг, повернуть штурвал и т.п.) в ответ на извест- Таблица 1.2 Основные размеры тела человека (статические характеристики) Антропометрическая характеристика (см. рис. 1.4) Размеры, см Область применения Мужчины Женщины Рабочая поза — стоя Длина тела (рост) (1) Определение высоты оборудования, высоты пассажирского салона автобуса Длина тела с вытянутой вверх рукой (2) Зоны досягаемости по вертикали, поручни пассажиров автобуса Внешняя ширина плеч (3) Размеры кузова по ширине Длина руки, вытянутой вперед (кулак сжат) (4) Зоны досягаемости по глубине Длина руки, вытянутой в сторону (кулак сжат) (5) Длина плеча (б) Высота расположения рабочей зоны и органов управления Высота коленного сустава (7) То. же Высота глаз от пола (8) Высота рабочей поверхности, зоны обзора Высота плечевой точки (9) Высота рабочей поверхности и органов управления Высота ладонной точки (10) Зоны захвата Рабочая поза — сидя Длина тела(//) Высота кабины Окончание табл. 1.2 Антропометрическая характеристика (см. рис. 1.4) Размеры, см Область применения Мужчины Женщины Высота глаз от пола (12) Высота рабочей поверхности, средств индикации Высота плеча от пола (13) Высота рабочей поверхности, зоны управления рычагами Высота локтя (14) Высота колен (15) Высота сиденья Длина части тела от сиденья (16) Высота кабины Высота глаз от сиденья (17) Обзорность дороги и приборов Высота плеча от сиденья (18) Размещение рабочей поверхности и органов управления Высота локтя от сиденья (19) Размещение подлокотников Длина предплечья (кулак сжат) (20) Зоны досягаемости по глубине Длина вытянутой ноги (21) Размещение пола кабины и педалей Длина бедра (22) Размеры сиденья Таблица 1.3 Поправки на одежду и обувь Антропометрическая характеристика Увеличение на одежду, мм легкую теплую Высота плеч в положении стоя Рост в положении сидя (без учета головного убора) 5,0 ...7,5 Высота глаз в положении сидя Окончание табл. 1.3 Антропометрическая характеристика Увеличение на одежду, мм легкую теплую Высота плеч в положении сидя Высота колена в положении сидя (обувь + одежда) Длина руки вместе с мышцами спины (в перчатках) Длина плеча Ширина плеч Длина предплечья с кистью (в перчатках) Ширина локтей Ширина ладони на уровне запястья (в перчатках, при рукавицах больше) Переднезадний размер грудной клетки Толщина ягодиц Длина бедра Ширина бедер Ширина коленей Длина стопы ный ему, но внезапно появляющийся сигнал (вспышка сигнальной лампы, резкий звук). Время реакции складывается из латентного периода и времени моторного (двигательного) ответа. Латентный (скрытый) период — время от момента возникновения какого-либо раздражителя до появления ответной реакции организма. Для простой двигательной реакции на различные раздражители латентный период имеет следующие значения: Раздражитель    Латентный период, мс Тактильный (прикосновение)......................................................................90...220 Слуховой (звук)......................................................................................................................120...180 Зрительный (вспышка света)..........................................................................150...220 Обонятельный (запах)......................................................................................310. .390 Температурный (тепло, холоЕ^у^пр£^Й--Г'ОСУДАР<И'ВВЙВШИ Вкусовой (соленое, го№№{вд^0Г№КИй-УнШер£ШТ Болевой (укол)...............-.лА................................... 130...£2.0 _ J
Внутрь
Внутрь Наружу (вне плоскости)
Наружу
Внутрь Наружу . г°    „
Внутрь
Рис. 1.5. Амплитуды движений некоторых частей тела Таблица 1.4 Амплитуда движений различных частей тела Угол поворота, ° Часть тела Характер движения Среднее значение М Разброс М± а Разгибание (движение вверх) Сгибание (движение вниз) Отведение (движение в сторону) Приведение (движение внутрь) Угол между продольной осью предплечья и осью цилиндра, зажатого в руке Отведение из исходного положения Приведение из исходного положения Голова Наклон головы назад Наклон головы вперед Наклон головы вправо Наклон головы влево Поворот головы вправо Поворот головы влево Стопа Разгибание (движение вверх) Сгибание (движение вниз) Отведение (движение в сторону) Приведение (движение внутрь) Таблица 1.5 Статистические параметры латентного периода реакции на сигналы светофора Сигнал Математическое ожидание М, с Среднеквадратическое отклонение а, с Зеленый Желтый Красный Латентный период реакции на разные сигналы светофора не одинаков (табл. 1.5). Полное время реакции — период между моментом возникновения сигнала (смена сигналов светофора, начало звукового сигнала) и окончанием управляющего действия по этому сигналу (нажатие педали, переключение тумблера, поворот рукоятки) — определяется суммой трех составляющих: латентный период реакции; время движения руки или ноги к органу управления (двигательная составляющая); время преодоления свободного хода органа управления. Двигательная составляющая времени реакции зависит от того, какие именно движения должны совершаться для управляющего воздействия. Можно считать, что перемещение руки к органу управления производится со скоростью 0,35 м/с, сгибание или разгибание руки — 0,7... 1,7 м/с. Время простого движения ногой или ступней 0,36 с, а со значительным усилием — в два раза больше. Время на преодоление свободного хода органа управления оценивается для каждого конкретного случая, но в большинстве случаев конструктор старается свести его к минимуму. Более быстрыми движениями являются: по направлению к телу, в вертикальной плоскости, сверху вниз, справа налево, вращательные, с большой амплитудой. Менее быстрые движения: от тела, в горизонтальной плоскости или под углом к ней, снизу вверх, слева направо, поступательные, с небольшой амплитудой. Наименьшее время требуется для движения пальцами. Если принять его за единицу, то для движения кисти потребуется вдвое больше времени, на движение кисти и пальцев — втрое, руки в плечевом суставе — в четыре раза больше. Наклон корпуса и подаем его из этого положения потребует семнадцати единиц времени. Конкретное время движений, с: 0,72
Движение пальцами......... Движение кистью............. Нажатие ногой на педаль При повышении точности движений время увеличивается. Приведенная информация относительно времени реакции человека соответствует простейшему случаю. Практически время больше, потому что оператор (водитель) должен из множества поступающей информации выбрать нужную, которая требует управляющего воздействия, осмыслить эту информацию и принять решение, а уже затем производить те или иные движения. Время реакции увеличивается из-за информационного шума — избыточной и ненужной информации, раздражающих световых и звуковых сигналов, обилия приборов на приборной панели и т.д. На время реакции влияют также некомфортные условия на рабочем месте: вибрации, климатические факторы, неудобная рабочая поза, необходимость поворачивать голову для считывания показаний приборов, световые блики на стеклах приборов и многое другое. Динамическими антропометрическими характеристиками являются также зоны видимости, причем эти зоны могут определяться при неизменном положении головы (обзорность обуславливается только движением глаз) или при поворотах и наклонах головы. На рис. 1.6 приведены зоны видимости, достижимые с учетом поворота головы в сторону взгляда (осредненные значения углов поворота головы см. в табл. 1.4). На рис. 1.7 изображены зоны видимости в продольной вертикальной (сагиттальной) плоскости тела с учетом возможностей восприятия зрительной информации. Оптимальная (нормальная) линия взгляда соответствует минимальной активности мышц затылка и, следовательно, наименьшей утомляемости человека при данной рабочей позе. Зоны видимости, представленные на рис. 1.6, 1.7, построены с учетом уменьшения чувствительности глаза от центра поля зрения к периферии. Центром поля зрения называется точка, на которую направлен сосредоточенный взгляд. Если световой сигнал находится на периферии поля зрения, то латентный период двигательной реакции увеличивается. Однако периферическое зрение более чувствительно к слабым и движущимся световым сигналам. При поступлении такого сигнала человек переводит на него взгляд для детального анализа. В пределах поля зрения постоянно совершаются микродвижения глаз, причем эти движения происходят скачками. Время каждого такого скачка — сотые доли секунды. Время перевода взгляда с одной точки пространства к другой зависит от углового расстояния между этими точками и от маршрута движения взгляда. За счет микродвижений глаз производится поиск предмета, считывание показаний прибора, опознание предмета. Для выполнения этих функций оптимальна зона, ограниченная углом примерно 15° вверх-вниз и вправо-влево от нормальной линии взгляда. Рис. 1.6. Зоны видимости в вертикальной и горизонтальной плоскостях при повороте: а — только глаз; б — только головы; в — головы и глаз


-Hi
Рис. 1.7. Зоны видимости в сагиттальной (продольной) плоскости Динамические антропометрические характеристики, в частности зоны досягаемости, часто определяются не только размерами частей тела человека, но и скоростью и точностью движений рук в этих зонах. Это правильно с точки зрения практики, а формальные зоны досягаемости следует понимать как зоны рационального расположения органов управления. Пример расположения таких зон для работы оператора в положении сидя представлен на рис. 1.8. При работе в положении стоя пределы зон досягаемости увеличиваются на 100...200 мм, потому что оператор может в более широких пределах перемещать корпус. Важным параметром является высота рабочей поверхности, на которой находятся основные предметы труда или органы управления (рис. 1.9). При назначении параметров, определяющих компоновку рабочего места оператора, прежде всего необходимо определить круг пользователей. Очевидно, что машинистом экскаватора вряд ли будет работать хрупкая девушка, и в этом случае следует ориенти- Рис. 1.8. Зоны рационального размещения органов управления в горизонтальной плоскости для работы оператора в положении сидя: / — оптимальная зона; II — зона легкой досягаемости; III — зона досягаемости 600 450 300 150 0 150 300 450 мм
роваться на антропометрические характеристики мужчин, скорее всего больших перцентилей. А компактным легковым автомобилем могут управлять и мужчины, и женщины. Общие правила сводятся к тому, что параметры кабины автомобиля или трактора, определяющие размещение в ней водителя, следует выбирать, исходя из значений антропометрических характеристик, которые соответствуют высокому перцентилю. Напротив, при выборе положения ручных органов управления и педалей необходимо обеспечить удобство пользования ими для людей с большими и небольшими размерами. Необходимо также учитывать возможность регулировок элементов рабочего места водителя, прежде всего положения сиденья и рулевого колеса автомобиля или трактора. Недопустимо ориентироваться только на среднеарифметические значения антропометрических характеристик. Рис. 1.9. Рекомендуемая высота, мм, рабочей поверхности для разных видов и точности работы: 1 — очень точные и тонкие; 2 — точные на пультах; 3 — конторские; 4 — клавиатура компьютера Известно, что люди разных национальностей существенно различаются по своим антропометрическим характеристикам. Средний японец, например, ниже среднего скандинава. Поэтому следует учитывать и предполагаемую страну или регион, где будет эксплуатироваться проектируемое транспортное или тяговое средство (страну возможного экспорта). За последние десятилетия произошло заметное увеличение роста людей молодых поколений (акселерация). Это также приходится учитывать конструктору. В прикладной антропометрии принята следующая возрастная классификация: 18—19, 20—29, 30—39, 40—49, 50—59 и более лет. Помимо статических и динамических антропометрических характеристик при проектировании автомобиля или трактора используют так называемые габаритные характеристики. К ним относятся наибольшие наружные размеры в продольном, поперечном и переднезаднем направлениях, а также массовые (весовые) характеристики. Габаритные характеристики используют при расчете максимального и минимального пространства, занимаемого телом человека, при определении размеров и конфигурации проходов, люков, аварийных выходов. Важным элементом, определяющим рабочую позу оператора, является сцценье. Сиденья водителя автомобиля и трактора и пассажира имеют свои особенности, которые будут рассмотрены ниже, однако целесообразно ознакомиться с некоторыми общими сведениями, которые представлены на рис. 1.10 и в табл. 1.6. Рекомендуемые размеры рабочих кресел, мм 5    f" и g->5 g 6    U ы 170 ...260 210... 250 Шведский стандарт 400... 600 Выпуклая Британский стандарт Выпуклая Германский стандарт 400... 450 400... 700 200... 280 480... 500 Российский стандарт* Сиденье Спинка Показатель Высота Ширина Глубина Угол наклона, 0 Высота верхней кромки Высота нижней кромки Высота опорной поверхности Ширина Горизонтальный радиус Вертикальный радиус Угол наклона, ° Длина Ширина Высота Расстояние между подлокотниками Обозначение на рис. 1.10 Остальные размеры устанавливают, исходя из антропометрических данных с учетом поправки на спецодежду и снаряжение. Для управления каким-либо объектом с помощью ручных и ножных органов управления необходимо правильно задать усилия, с которыми оператор должен воздействовать на эти элементы. При слишком больших усилиях возникает преждевременное утомление человека, при слишком малых усилиях возможны ложные срабатывания органа управления, в особенности при колебаниях и вибрациях, характерных для автомобиля и трактора. На рис. 1.11 приведены значения усилий, которые человек может приложить к рычагам управления. Усилие, которое человек может создать ногой при воздействии на педаль, зависит от высоты расположения педали относительно сиденья и от степени распрямления ноги (рис. 1.12). Таким образом, рис. 1.11 и 1.12 иллюстрируют потенциальные возможности человека по усилиям, развиваемым на органах управления, однако эти усилия не следует назначать при конструировании органов управления машиной. Эргономически обоснованные допустимые усилия, которые может прикладывать человек к рукояткам рычагов управления, приведены в табл. 1.7.

Рис. 1.11. Средние значения усилий, Н, развиваемых мужчинами на рычаге управления в направлениях, указанных стрелками, при работе сидя (кисть перемещает рычаг в горизонтальной плоскости, расположенной на 250 мм выше тазобедренного сустава) Рис. 1.12. Зависимость усилия ноги от положения педали относительно
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я