2 Лекции 2,3. Эргономическое проектирование
2.1 Классификация основных эргономических методов
Классификация методов эргономики имеет много общего с классификацией методов человекознания.
Первую группу методов условно называют организационными. К ним относятся методологические средства эргономики, обеспечивающие системный и деятельный подходы к исследованию и проектированию. Они выступают в качестве элемента интеграции методов различных наук и сфер практической деятельности, на стыке которых возникают и решаются качественно новые проблемы изучения и проектирования систем "человек – машина".
Вторую группу методов составляют эмпирические способы получения научных данных. К этой группе относятся наблюдение и самонаблюдение; экспериментальные процедуры (лабораторный и производственный, "формирующий" эксперименты), диагностические методики (различного рода тесты, анкеты, социометрия, интервью и беседы); анализ процессов и продуктов деятельности; моделирование (предметное, математическое).
Третью группу методов составляют различные способы количественной и качественной обработки данных.
Наконец, в четвертую группу методов входят различные способы интерпретации полученных данных в контексте целостного описания функционирования систем "человек – машина".
2.2 Эргономика – проектировочная дисциплина
Проектирование систем "человек-машина", направленное на оптимизацию деятельности человека или группы людей по освоению СЧТС, управлению (использованию), обслуживанию и ремонту с целью обеспечения эффективного, надежного, безопасного функционирования систем при одновременном сохранении здоровья работающих людей и развитии личности, выделилось в самостоятельное направление – эргономическое проектирование. Эргономическое проектирование восполняет недостающее звено общего процесса проектирования систем "человек – машина". Требования к человеку и деятельности, задаваемые техникой или системой, впервые начинают целенаправленно проектироваться и исследоваться адекватными методами и средствами с начальных этапов общего процесса проектирования.
Проектирование – определяющий метод в эргономике – это создание прототипа или прообраза предполагаемого объекта или процесса.
Первых эрогономистов, решивших принять участие в разработке систем встретили с изрядной долей недоверия, однако в США уже в 70-е годы эргономисты принимали участие в проектировании всех сложных систем военного назначения. В 90-е годы как само собой разумеющееся воспринимается то, что в фундаментальном руководстве по инженерии, в подготовке которого приняли участие двести ведущих специалистов США, Европы и Японии, один из основных разделов посвящен "человеческому измерению".
В методическом отношении эргономическое проектирование характеризуется чередованием неформальных (интуитивных, творческих, эвристических) процессов с процедурами формальными (расчетными, математическими). Это способствует рождению новых проектных идей и нахождению нестандартных эргономических решений. Использование в эргономическом проектировании процедур системной оптимизации позволяет находить целесообразные проектные решения по избранным приоритетным критериям с учетом закономерностей деятельности человека, критериев его физического и психического состояния, а также технических, экономических, демографических и других ограничений.
Анализ рабочих задач, деятельности человека или группы людей, прототипов и аналогов проектируемого объекта, а также нормативнотехнической документации, проводимый по выбранной или специально разработанной методике, является первым этапом эргономической деятельности на стадии технического предложения и эскизного проекта. Он подготавливает почву для выполнения на этой же стадии эргономического концептуального проекта, содержащего основной замысел эргономического решения проектируемого объекта и обоснование выбранного варианта решения (разработка алгоритмов деятельности человека). При проектировании больших систем осуществляется моделирование деятельности человека.
Конечный эргономический проект определяет эргономические свойства создаваемого объекта. Это состав специалистов, их функциональные обязанности и организация работы; состав коллективных и индивидуальных средств отображения информации, органов управления, рабочих мест и пультов управления; организация рабочих мест и др.
На стадии подготовки рабочей документации, изготовления и испытания опытного образца осуществляются анализ и экспериментальная оценка последнего (желательно в условиях опытной эксплуатации) с целью определения степени реализации эргономических требований и предложений. В случае необходимости формулируются предложения по эргономическому совершенствованию объекта, включая и конструктивные изменения, направленные на облегчение и удобство эксплуатации и обслуживания.
Не всегда одна стадия эргономического проектирования последовательно переходит в другую. Зачастую происходит движение в обратном направлении с возвращением на исходную позицию, а затем оно продолжается дальше. Рекомендуется планировать процесс эргономического проектирования с определенным опережением работ на стадиях технического проектирования, так как эргономические исследования и разработки, как правило, продолжительны и сложны в методическом и технико-исполнительском плане. Эффективной включенности в общий процесс проектирования способствуют автоматизированные системы эргономического проектирования.
Эргономическое проектирование не может абстрагироваться от проблемы экономической эффективности, т.е. от определения отношения между эргономическими результатами и затратами на этот результат. Выгоды от эргономических разработок и исследований могут быть связаны с повышением производительности труда и улучшением качества промышленных изделий, повышением эффективности и надежности сложных систем "человек-машина", сохранением здоровья и обеспечением безопасности, удовлетворением работой и индивидуальным развитием работающих людей.
Эргономическое проектирование нуждается в маркетинге, так как оно создает продукт, в котором все больше заинтересован рынок. Осознавая это, эргономисты большое внимание уделяют маркетингу своих идей, разработок и услуг, т.е. изучению – что, кому, где, когда и как продавать. В маркетинге эргономических разработок и услуг ученые и специалисты должны четко отвечать на вопросы:
1) сколько времени займет данная разработка?
2) сколько она стоит?
3) каковы выгоды?
2.3 Моделирование в эргономике
Использование метода моделирования получило достаточно широкое распространение в эргономических исследованиях и проектировании. Моделирование таких в высшей степени сложных явлений, как деятельность человека, с достижением такого приближения и упрощения, которые позволяют сохранить, удержать в модели характеристики сложного оригинала и тем самым не исказить его природу или же сделать это в возможно минимальной степени, осуществимо на достаточно высоком уровне развития теории и экспериментальных исследований.
Осуществить моделирование – значит создать модель и заставить её функционировать.
Существуют следующие виды моделирования: физическое (предметное), математическое и имитационное с использованием компьютеров.
Физическое моделирование основано на использовании статических и функциональных макетов, которые воспроизводят основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики оригинала.
Статические макеты представляют собой выполненные в натуральную величину модели оборудования или его отдельных частей (блоков), которые подвергаются проверке. Эти макеты изготавливаются из дешевых подручных материалов (дерево, картон, бумага, пластмасса и т.п.). Они используются для выбора оптимального способа организации рабочего места, эргономической оценки оборудования, проверки размещения органов управления и удобства пользования ими, установления точности и скорости считывания показаний приборов, определения доступности точек проверки, испытаний и регулировки в процессе технического обслуживания оборудования.
Функциональные макеты – это модели оборудования в натуральную величину, которые могут воспроизводить реальное функционирование аппаратуры в режимах ручного и автоматического управления. Они используются для изучения трудовой деятельности человека (группы людей) с целью сравнения альтернативных вариантов конструкции, а также для оценки отдельных характеристик оборудования, пространственной организации рабочего места, обеспечивают профессиональную подготовку специалистов.
К функциональным макетам относятся также и тренажеры, предназначенные для профессиональной подготовки специалистов и используемые для изучения и решения задач проектирования соответствующего вида деятельности (например, в автошколах, тренажеры руля и конструктивного исполнения двигателя).
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..
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.
В проектной практике эргономики большое внимание уделяется развитию математических моделей. Основное преимущество этих моделей состоит в том, что они позволяют рассматривать эргономические проблемы уже с момента зарождения программы, разработки, а не на предпоследнем этапе только для того, чтобы как-то включить человека в систему. Они позволяют нередко осуществлять синтез там, где раньше он был невозможен.
К недостаткам математического моделирования следует отнести то, что не каждая модель действительно моделирует реальный производственный процесс и иногда превращается в набор символов, значков и условных обозначений; при моделировании некоторых (особенно мыслительных) процессов зависимости настолько сложны, что не поддаются проверке.
Автоматизация проведения научных исследований привела к имитационному моделированию, получению автоматизированных моделей. Эффективным средством эргономического моделирования и проектирования становятся системы автоматизированного проектирования (САПР), состоящие из ЭВМ и разнообразных пакетов программного обеспечения.
Немецкими специалистами создана автоматизированная система эргономического проектирования ЭРГОМАС, которая способствует быстрому и надежному эргономическому проектированию и оценке рабочих мест путем использования следующих компонентов: трехмерной модели человека, зон досягаемости и полей зрения.
Получила широкую известность автоматизированная система эргономического проектирования, названная английскими специалистами СЭММИЕ. Система предоставляет следующие возможности: трехмерное моделирование рабочего места и оборудования; моделирование манекена в произвольных позах для эргономических оценок; множественные методы наблюдения конструируемых сцен (практически с любой точки зрения, например изнутри создаваемой на экране конструкции).
Автоматизированные системы эргономического проектирования сопряжены с банками эргономических данных. В таких банках содержатся тщательно проверенные данные антропометрических измерений и количественные показатели (и различные зависимости между ними) психофизиологических возможностей и особенностей человека. В каждой стране существует собственный банк данных, в который могут входить как собственные измерения, так и данные других стан.
На Минском автозаводе используется система компьютерного трехмерного моделирования эргономических параметров на базе пространственной модели человеческого тела "МАНЕКЕН", представленная на рисунке 4. Система используется при проведении эргономических испытаний кабин автомобилей, включающих анализ и оценку комфортности вариантов дизайн-проектов кабин по эргономическим параметрам обзорности и досягаемости на основе анимации трехмерных моделей человеческого тела, размерные параметры которых настраиваются с учетом пола, расы, банков эргономических данных. Оценка параметров осуществляется с учетом требований нормативных документов: стандартов РФ, правил ЕЭК ООН.
Рисунок 4 – Система компьютерного трехмерного моделирования эргономических параметров "МАНЕКЕН"
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 (см. рисунок 5).
а) аудиовизуальный шлем;
б) очки;
в) мышь.
Рисунок 5 – Аппаратные средства виртуальной реальности
В Токио в специальном демонстрационном зале покупатели надевают очки и перчатки, чтобы "подобрать" и "обставить" 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.
Другой способ полного погружения – с помощью специальной виртуальной комнаты, в которой пол, стены и потолок снабжены экранами, на которые проектируются изображения. Моделируются движение и звуки (например, автомобиля, самолета, поезда или космического корабля). Все это важно для создания специальных тренажеров для пилотов, космонавтов, водителей автомобилей, операторов ядерных реакторов. Созданы также агрегаты, действующие на вестибулярный аппарат человека. Примером могут служить вращающиеся кабины для тренировки космонавтов. Именно необходимость создания таких тренажеров, приближающих обстановку к реальной, и вызвала к жизни создание систем виртуальной реальности. Первыми заказчиками и потребителями были военные – им нужны были тренажеры для обучения стрельбе, подготовки пилотов истребительной авиации к ведению воздушных боев, водителей танков. Космонавты при подготовке к полетам могут потренироваться в стыковке космических аппаратов, а хирурги – подготовиться к будущим сложным, еще не освоенным операциям.
2.4 Эргономическая система
Взаимоотношение человека и техники на всех этапах исторического развития настолько тесно связаны и обусловлены друг другом, что они вместе образуют единственную систему, которая может быть обозначена как "эргономическая система". Неразрывность и единство системы "человекмашина" обуславливается тем, что орудия труда возникли одновременно с человеком и развивались вместе с ним. Это первая характерная черта эргономики в целом. Вторая черта – постоянное ускоряющееся развитие эргономической системы. Третья черта – обязательность соответствия особенностей конструкций производственного оборудования анатомофизиологическим и психологическим особенностям человека.
При любом составе системы важно правильно представлять связи внутри этой системы. Прежде всего, связи осуществляются через информационное взаимодействие человека с машиной, которое можно разделить на три этапа:
1) восприятие информации (перцепция). Перцепция осуществляется с помощью органов чувств, откуда полученная информация передается в ЦНС;
2) переработка (трансформация) полученной информации, осуществляемая в ЦНС и приводящая к принятию определенного решения;
3)выдача принятого решения исполнительным органом и выполнение этого решения. Данный этап называется управлением и осуществляется путем воздействия на органы управления машины с целью внесения необходимых изменений в процесс.
В связи с этим, в зарубежных странах получила распространение "Эргономическая карта", которая служит для систематизации и анализа различных факторов, влияющих на трудовой процесс и производительность, а так же на реакцию организма работника на степень рабочей нагрузки. Карта содержит вопросы, которые имеют значение при анализе некоторых специфических видов работ. Все вопросы разделены на общие и частные. Перед началом исследований с применением эргономической контрольной карты опрашиваемый должен сделать общую оценку наиболее важных аспектов своей загрузки работой на данном рабочем месте.
Аналогичная карта применяется на отечественных предприятиях под названием "Карта организации рабочего места". Организация рабочего места – это проектировка РМ (рабочего места), обеспечивающая условия для высокопроизводительного труда при наименьших затратах сил и времени, без лишних неудобных или трудновыполнимых движений. Карта организации рабочего места составляется начальником участка и участковым нормировщиком, рассматривается и утверждается начальником отдела охраны труда и главным инженером предприятия. После утверждения она становится обязательной для руководства при выполнении работ.
Пример вопросов для эргономической контрольной карты по рабочему месту.
А.1. Является ли рабочее место достаточно просторным?
Б.1. Что является причиной недостатка производственной площади?
А.2. Находится ли рабочая плоскость на удобной высоте с учетом рабочей позы и расстояния до нее?
Б.2. Если работа выполняется сидя, есть ли место для ног? .........
А.5. Требует ли выполнение этой работы значительного физического напряжения?
В.5. Желательна ли замена некоторых операций, выполняемых человеком, на машинные операции? .........
Б.10. Удобны ли конструкция, расположение и размер педалей? .......
А.24. Являются ли машины причиной значительной вибрации? .........
А.28. Влияет ли окружающая обстановка на работника? .........
А.30 Как влияет на работника организация труда (темп работы, перерывы)?
Все эти вопросы выявляют неудовлетворенность работника своим рабочим местом и позволяют формировать предложения по организации РМ.
2.5 Подобласти эргономики
Использование новой информационной технологии в управлении сопряжено с такими изменениями в организациях, которые выходят за рамки индивидуальных задач сотрудников и отдельных рабочих мест. Появляются так называемые непосредственные организационные эффекты, которые могут существенно влиять на структуру и содержание деятельности, схемы коммуникаций и другие аспекты функционирования предприятия или фирмы. Информационные системы нарушают равновесие между рабочими ролями и возбуждают вопросы типа "кто что делает?" Проблемы такого рода не могут предвидеть ни разработчик информационных систем, ни заказавшая их организация, что приводит к противоречиям между технической и социальной системами (система рабочих ролей) в организации. Поэтому ставится задача проектировать социотехнические системы, в которых социальные и технологические процессы находятся в неразрывной связи. Сформировалось новое направление исследований и разработок, получившее название "макроэргономика в организациях".
Макроэргономика – раздел эргономической науки, исследующий эргономическую систему, а также ее важнейшие составляющие (технические системы, объекты, предприятия) с учетом психосоциальных характеристик и показателей окружающей среды. Макроэргономика исследует и проектирует системы "человек – социум, общество, государство", "организация – система организаций".
Мидиэргономика – раздел эргономической науки, исследующий эргономическую систему на уровне группового или подсистемного уровня. Мидиэргономика исследует и проектирует системы "человек – рабочая группа, коллектив, экипаж, организация", "коллектив – машина", "человек – сеть, сетевое сообщество", "коллектив – организация".
Сюда входит и проектирование организаций, и планирование работ, и обитаемость рабочих помещений, и гигиена труда, и проектирование автоматизированных рабочих мест в залах с дисплеями общего пользования, проектирование интерфейсов сетевых программных продуктов, и многое, многое другое. Исследуется взаимодействие в коллективе на уровне рабочих мест и производственных задач.
Микроэргономика – раздел эргономической науки, исследующий эргономическую систему на уровне индивидуального или подсистемного уровня, а также проектирование функций, рабочих задач, типов работ, видов деятельности и взаимосвязи между человеком и техникой на основе изучения возможностей и особенностей конкретного человека.
Сюда же включаются интерфейсы "человек-компьютер" (компьютер рассматривается как часть машины – например, в кабине истребителя есть дисплеи). При чем интерфейсы могут быть как аппаратные, так и программные. Соответственно, "эргономика программного обеспечения" – это подраздел микроэргономики. Сюда же относятся системы "человек-компьютер-человек", "человек-компьютер-процесс" и др.
Изучение и проектирование таких систем создали необходимые предпосылки для появления новых исследовательских задач. Во-первых, это задачи, связанные с описанием характеристик человека как компонента автоматизированной системы. Речь идет о процессах восприятия информации, памяти, принятия решений, исследованиях движений и других эффекторных процессах, проблемах мотивации, готовности к деятельности. С точки зрения обеспечения эффективности деятельности человека важное значение имеют такие факторы, как утомление, монотонность операций, перцептивная и интеллектуальная нагрузка, условия работы, физические факторы окружающей среды, биомеханические и физиологические факторы. Во-вторых, это задачи проектирования новых средств деятельности, относящихся преимущественно к обеспечению взаимодействия человека и машины. К таким средствам относят визуальные и слуховые индикаторы, органы управления, специальные входные системы ЭВМ, новые инструменты и приборы. В-третьих, это задачи системного характера, связанные с распределением функций между человеком и машиной, с организацией рабочего процесса и рабочего места.
Нисходящий эргономический подход существенно важен, так как увязывается с проектированием структуры технической системы, объекта, организации с таким расчетом, чтобы обеспечить достижение целей, стоящих перед ними в данный момент времени. Таким образом, макроэргономика отражает системный общественный подход к эргономической системе в целом, а миди- и микроэргономика – более детальный личностный подход.