9.2. Психофізіологічні принципи організації роботи оператора
9.2. Психофізіологічні принципи організації роботи оператора
Максимальна ефективність системи «людина-машина» може бути забезпечена за умови, коли при її проектуванні і експлуатації буде врахований людський фактор. Відомо, що внаслідок помилок з боку працівника виникає від 20 до 50% всіх порушень технології, аварійних ситуацій в системах управління.
Проектування системи «людина—машина» передбачає аналіз характеристик об’єкта керування, розподіл функцій між людиною і машиною, проектування діяльності оператора і технічних засобів його роботи, оцінку системи в цілому. Воно базується на досягненнях інженерної психології, яка вивчає об’єктивні закономірності процесів інформаційної взаємодії людини і техніки з метою використання їх у практиці проектування, створення і експлуатації системи «людина—машина».
Комплексним вивченням трудової діяльності людини займається наука ергономіка.
Об’єктом ергономіки є система «людина—техніка—середовище», а завданням — погодження характеристик машини і навколишнього середовища з характеристиками людини.
Ергономіка вивчає функціональні можливості і обмеження людини в трудових процесах з метою створення для неї досконалих знарядь і оптимальних умов праці. Оптимальність визначається створенням таких умов, за яких забезпечується висока продуктивність, стійка працездатність і зберігається здоров’я працівника.
Ергономічні властивості людини характеризуються її антропометричними, фізіологічними, психофізіологічними, психологічними властивостями. Ці властивості визначають ергономічні вимоги до комплексу «машина-середовище». Основними ергономічними вимогами до проектування системи «людина—машина—середовище» є гігієнічні, антрометричні, фізіологічні, психофізіологічні, психологічні.
Гігієнічні вимоги визначають умови життєдіяльності і працездатності людини в процесі взаємодії з технікою і середовищем. Показниками є рівень освітлення, температура, вологість, шум, вібрація, токсичність, загазованість тощо.
Антропометричні вимоги визначають відповідність конструкцій техніки антропометричним характеристикам людини (зріст, розміри тіла і окремих рухових ланок). Показниками є раціональна робоча поза, оптимальні зони досягнення, раціональні трудові рухи).
Фізіологічні та психофізіологічні вимоги визначають відповідність техніки і середовища функціональним можливостям працівника (силовим, швидкісним, енергетичним, зоровим, слуховим). Показниками є темп робочих рухів, обсяг інформації, навантаження на м’язову та нервову системи.
Психологічні вимоги визначають відповідність техніки і середовища можливостям працівника щодо сприймання, переробки інформації, прийняття і реалізації рішень.
Сукупність ергономічних показників характеризує ергономічний рівень системи «людина—техніка—середовище».
Погодження характеристик людини і предметного середовища здійснюється в просторовому, часовому, інформаційному, енергетичному напрямках.
Просторове погодження передбачає організацію робочого місця працівника, робочу позу, визначення зон досягнення, траєкторії рухів, доступність органів керування тощо.
Часове погодження враховує динаміку працездатності з виконанням роботи, її темпу, інтенсивності, зміною діяльності і відпочинком.
Інформаційне погодження пов’язане з оцінкою потоків інформації та пропускної здатності аналізаторних функцій щодо сприйняття і переробки інформації, врахуванням перешкод.
Енергетичне погодження враховує вплив трудових навантажень на м’язову, серцево-судинну системи на основі встановлення оптимального обсягу рухової діяльності, величини м’язових зусиль залежно від умов праці.
Робоче місце оператора — це місце в системі «людина—техніка», оснащене засобами відображення інформації, органами керування і допоміжним обладнанням, на якому здійснюється його трудова діяль-
ність. Правильна організація робочого місця передбачає розв’язання таких основних завдань:
● вибір раціональної робочої пози;
● раціональне розміщення індикаторів і органів керування у відповідності з їх важливістю і частотою користування в межах поля зору і зон досягання;
● забезпечення оптимального обзору робочого місця;
● відповідність конструкції технічних пристроїв і робочих меблів антропометричним, фізіологічним і психологічним характеристикам людини;
● відповідність інформаційних потоків можливостям людини щодо сприймання і переробки інформації;
● забезпечення сприятливих санітарно-гігієнічних умов праці;
● забезпечення умов для відпочинку оператора в процесі роботи.
Основу робочого місця оператора здебільшого складає пульт управління. Він може бути фронтальної, трапецеподібної або багатокутникової форми.
Фронтальна форма пультів застосовується тоді, коли є можливість розмістити всі органи керування в межах максимальної та допустимої зон досягання, а індикатори — в межах зони центрального і периферійного бачення.
Трапецеподібна форма пультів використовується в тих випадках, коли органи керування і індикатори неможливо розмістити на пульті фронтальної форми. У цьому разі вони частково розміщуються на бокових панелях під кутом 90…120° відносно фронтальної панелі.
Багатокутникова або напівкругла форма пультів застосовується при наявності великої кількості засобів відображення інформації і органів керування. Бокові панелі розміщуються перпендикулярно до лінії обзору оператора.
При великій кількості індикаторів інформаційна панель або табло можуть розміщуватися окремо від пульта управління, який, проте, не повинен закривати розміщені на панелі прилади.
Безпосередній вплив на функціональний стан і працездатність оператора, а також надійність, швидкість і точність його роботи має виробниче середовище. Воно може бути комфортним, відносно дискомфортним, екстремальним та надекстремальним.
Комфортне виробниче середовище забезпечує оптимальну динаміку працездатності людини і збереження її здоров’я.
Відносно дискомфортне виробниче середовище протягом певного часу забезпечує задану працездатність і збереження здоров’я працівника, однак викликає у нього неприємні суб’єктивні відчуття та функціональні зміни, які не виходять за межі норми.
Екстремальне виробниче середовище призводить до зниження працездатності оператора і викликає функціональні зміни, які виходять за межі норми, але не ведуть до патологічних змін.
Надекстремальне виробниче середовище призводить до патологічних змін в організмі працівника і створює неможливість виконання роботи.
З метою зменшення несприятливого впливу елементів виробничого середовища на оператора при проектуванні системи «людина—техніка—середовище» необхідно враховувати такі вимоги:
● нормовані виробничі елементи при їх комплексній взаємодії не повинні негативно впливати на здоров’я людини при професійній діяльності протягом тривалого часу (роки);
● допустимі параметри несприятливих факторів за тривалістю та інтенсивністю впливу не повинні викликати протягом робочого дня зниження надійності і ефективності діяльності оператора.
Раціоналізація діяльності оператора виходить з її алгоритмічного описування, тобто сукупності елементарних актів. Такими елементарними актами є оперативні одиниці сприймання або витягнення з пам’яті образів, понять, суджень, а також дії (прості або складні), які мають закінчений характер в діяльності оператора. До останніх відносяться відлік показань прикладів, обчислювальні операції, включення тумблерів і т.п.
Оперативні одиниці можуть бути двох видів:
● логічні (образ, поняття, судження), які використовуються як інформаційні одиниці;
● оператори, тобто ті чи інші дії людини.
Раціоналізація праці оператора передбачає оптимізацію інформаційних потоків, раціоналізацію трудових рухів і дій та відповідну організацію робочого місця.
Інформація про стан керованого об’єкта поступає від засобів відображення інформації (ЗВІ), якими є різні прилади і які формують сенсорне поле на робочому місці. За функціями інформації ЗВІ поділяються на командні (цільові) і ситуаційні. Перші дають відомості про необхідні дії для досягнення мети, другі — інформацію щодо протікання технологічного процесу та описують наявну ситуацію.
За способом використання показників ЗВІ поділяються на три групи:
● для контрольного читання. Оператор встановлює наявність чи відсутність умов роботи, норму чи відхилення від неї якихось параметрів;
● для кількісного читання. Ці індикатори передають інформацію у вигляді числових значень;
● для якісного читання. Інформація вказує на напрямок зміни керованого параметра.
За формою сигналів розрізняють абстрактні ЗВІ, які передають інформацію у вигляді символів (цифри, букви, геометричні фігури), і ЗВІ, які передають інформацію у формі зображення об’єктів, властивостей.
За рівнем деталізації інформації ЗВІ можуть бути інтегральними і детальними. На інтегральних індикаторах інформація видається в узагальненому вигляді.
Засоби відображення інформації є технічною основою для побудови інформаційної моделі процесу керування.
Інформаційна модель повинна відповідати таким вимогам:
● за змістом адекватно відображати об’єкти керування і навколишнє середовище;
● за кількістю інформації забезпечувати оптимальний інформаційний баланс і запобігати як дефіциту, так і перевантаженню інформацією оператора;
● за формою і композицією відповідати завданням оператора щодо управління і його психофізіологічним можливостям щодо сприймання і переробки інформації.
Системи відображення інформації виконуються у вигляді табло, мнемосхем, приладних панелей і щитів.
Відповідність швидкості інформації, що надходить, пропускній здатності оператора забезпечується шляхом організації потоків інформації.
Для зменшення перевантаження інформацією необхідно:
● подавати інформацію завчасно, до початку виконання дій;
● зменшити потік інформації до необхідного мінімуму;
● передбачити можливість фільтрації інформації, тобто дати можливість оператору відбирати дані відповідно до умов
роботи;
● виділити максимально можливий час для прийняття рішення;
● зберігати на індикаторі інформацію за бажанням оператора протягом необхідного часу.
Всі сигнали, які надходять до оператора, поділяють на:
— аварійні;
— важливі відхилення від технологічного режиму, які можуть перейти в аварію;
— відхилення другорядних технологічних параметрів і техніко-економічних показників;
— незначні порушення правил технічної експлуатації.
Насамперед мають з’являтися сигнали, які вимагають екстреного втручання. Останні сигнали подаються по черзі, по мірі обробки найбільш важливих. Аварійні сигнали подаються негайно в оптимальну зону сприймання (центральна панель). Якщо в цей час з’являються сигнали другої групи, то вони надходять до периферійної зони сприймання. Сигнали третьої і четвертої груп в цей час затримуються в пам’яті машини.
При компонуванні приладів необхідно враховувати важливість, послідовність, частоту і тривалість використання кожного з них.
Основні принципи компонування засобів відображення інформації такі:
● принцип лаконічності. Засіб містить лише ті елементи, які необхідні для забезпечення оператора інформацією про стан об’єкта і вибору оптимального способу впливу;
● принцип узагальнення і уніфікації означає, що не слід виносити на засоби відображення елементи, які позначають несуттєві конструктивні особливості керованих об’єктів;
● принцип акценту на елементах контролю і керування. Це значить, що незалежно від розмірів цих елементів їх символи повинні виділятися дуже чітко;
● принцип автономності. Засоби відображення, які відповідають автономно контрольованим і керованим агрегатам і об’єктам, необхідно відокремити від інших;
● принцип просторового співвідношення елементів контролю і керування. Розміщення індикаторів має бути погоджено з розміщенням відповідних їм органів керування;
● принцип використання звичних асоціацій. Доцільно застосувати символи, які асоціюються з об’єктами і явищами, які вони позначають.
Управлінські дії оператор виконує за допомогою органів керування, здійснюючи відповідні рухи. Органи керування у вигляді важелів, ручок, маховиків, тумблерів, кнопок і т.п. формують моторне поле на робочому місці оператора. Моторні дії пов’язані з виконанням оператором таких завдань:
● включення, виключення і переключення;
● послідовне виконання рухів для здійснення операцій кодування і передачі інформації;
● маніпулювання з органами керування для настроювання апаратури і точного встановлення керованого об’єкта;
● операції стеження за рухомим об’єктом.
Рухи оператора характеризуються швидкістю, темпом, силою, точністю. Встановлено, що максимальний темп кругових рухів становить 4,0…4,8 с–1; ударних рухів — від 5 до 14 ударів/с. При збільшенні зусиль темп зменшується. До просторових характеристик рухів оператора відносяться розміри моторного поля (зони досягання) і траєкторії рухів. Розміри моторного поля для оператора визначаються довжиною витягнутої руки. В моторному полі розріз-
няють три зони — максимального, допустимого і оптимального досягання. У зонах оптимального і допустимого досягання можливі найбільш точні і швидкі рухи. У зоні максимального досягання точність і швидкість рухів зменшуються, а втома наступає швидше.
Залежно від зусиль і точності рухів в зонах допустимого і оптимального досягання існують певні раціональні рівні. Важелі, які для переміщення вимагають великих зусиль, необхідно розміщувати на нижніх рівнях оптимальної зони. Силові характеристики рухів повинні враховуватися при виборі протидії органів керування.
Органи керування використовуються:
— для введення командної інформації;
— встановлення необхідних режимів роботи апаратури;
— регулювання різних параметрів;
– виклику інформації з метою контролю.
Залежно від призначення і характеру використання органи керування поділяються на:
● оперативні (основні), які використовуються постійно;
● використовувані періодично (для включення, виключення або контролю);
● використовувані епізодично (для настроювання, регулювання).
Розміщення органів керування здійснюється з врахуванням принципу економії рухів. Це означає, що кількість і траєкторії
рухів необхідно звести до мінімуму, а самі рухи повинні бути ритмічними.
Оперативні, тобто найбільш важливі і часто використовувані органи керування, необхідно розміщувати в межах оптимальної зони досягання. Допоміжні органи керування можуть знаходитися в межах допустимої і навіть максимальної зон досягання. Епізодично використовувані органи керування можна розміщувати і за межами зон досягання або сховати під лицевою чи боковою панеллю пульта управління.
Органи керування повинні мати достатню протидію, щоб уникнути випадкового їх включення під вагою руки чи ноги.
Ручне керування більш доцільне тоді, коли необхідна висока точність і швидкість установки органа керування в певне положення і не потрібно тривалий час прикладати великі зусилля. Ніжне керування застосовується для розвантаження рук і економії часу при великій кількості органів керування, невеликій точності регулювання і значних м’язових зусиллях.
Коефіцієнт зручності виконання рухів:
,
де Тзр.з — час виконання операцій в найбільш зручній зоні; Тз — загальний час виконання операцій в робочій зоні.
Для зони оптимального досягання Кзр = 1;
для зони допустимого досягання Кзр = 0,9;
для зони максимального досягання Кзр = 0,3…0,6.
Розміщення засобів відображення інформації і органів керування на робочому місці оператора здійснюється з додержанням таких принципів:
● функціональності — інформаційні пристрої і органи керування, які виконують однакові функції, розміщуються недалеко один від одного;
● важливості — найбільш важливі інформаційні пристрої і органи керування розміщуються в місцях, найбільш зручних для спостереження і обслуговування;
● черговості — інформаційні пристрої і органи керування розміщуються в тій послідовності, в якій вони використовуються;
● частоти використання — інформаційні пристрої і органи керування розміщуються з врахуванням частоти їх використання.
Правильне компонування засобів відображення інформації і органів керування підвищує ефективність і надійність роботи оператора.