Требования антропометрии и биомеханики

При проектировании оборудования необходимо предусматривать его соответствие антропометрическим данным и биомеханическим характеристикам человека на основе учета:

• динамики изменений размеров тела при перемещении всего тела или его частей в пространстве (динамические размеры);
• диапазона движений в суставах;
• правил экономии движений.

При этом обеспечивается:

• оптимальная рабочая поза;
• оптимальные размеры рабочих зон;
• оптимальные для работающего человека размеры рабочего места и взаимное расположение его элементов, обеспечивающих определенную рабочую позу.

При непосредственном использовании антропометрических данных следует определить:

• контингент людей, для которых будет предназначено оборудование;
• выбрать антропометрический признак (группу признаков), которые являются основой для определения размера оборудования;
• установить, какой процент работающих должно удовлетворять проектируемое оборудование, и определить границы интервала, в которых учитывается при проектировании необходимый объем выборки;
• найти соответствующие границам интервала (границы обозначаются или в перцентилях или долях сигмы) минимальные и максимальные значения антропометрических признаков (по справочным данным или проведя специальные измерения);
• учесть соответствующую поправку на вид одежды и обувь.

Среди антропометрических признаков различают классические и эргономические размеры, среди эргономических — статические и динамические.

Эргономическими называются размеры тела, которые могут служить основой для определения размеров различных объектов конструирования.

Эти размеры по своей ориентации в пространстве наиболее соответствуют ориентации параметров проектируемого оборудования, они измеряются в разных положениях и позах, условно имитирующих рабочие позы и положения.

Большинство эргономических размеров по своей структуре составные, части этих размеров биологически неравнозначны, относятся к разным анатомическим системам (кость, мышцы). Особенно это относится к габаритным размерам и размерам, взятым в положении «сидя».

Различия между группами населения по эргономическим размерам несколько меньше, чем по классическим, и характеризуются некоторыми особенностями.

Статические антропометрические признаки — это размеры тела, измеренные однократно в статическом положении испытуемого, сохраняющего при измерении одну и ту же позу и положение. Условность и постоянство позы обеспечивают идентичность измерений.

Статические антропометрические признаки делятся на размеры отдельных частей тела и габаритные размеры. Их можно рекомендовать для установления размеров рабочего места или изделия (высота, ширина, глубина и. др.), уточнения этих размеров, определения диапазона регулировки регулируемых параметров, разработки условий эргономических экспериментов, проведения экспертизных работ.

Габаритные размеры — это наибольшие размеры тела в разных его положениях и позах, ориентированные в разных плоскостях. Они измеряются по наиболее удаленным друг от друга точкам. Габаритные размеры используются для определения минимальных размеров пространства, занимаемого человеком в разных положениях и позах, определения размеров проходов, люков, безопасных промежутков и т. п.

Динамические антропометрические признаки — это размеры, изменяющие свою величину при перемещений части тела и всего тела в пространстве. Они характеризуются угловыми и линейными перемещениями.

К ним относятся углы вращения в суставах и линейные изменения одного и того же размера (эффект движения тела) в виде максимального его увеличения или уменьшения при перемещении части тела в пространстве.

Например, изменение длины руки при измерении досягаемости при перемещении руки вниз, в сторону, вперед, вверх. Динамические антропометрические признаки рекомендуется использовать для определения амплитуды рабочих движений и для определения размеров сенсомоторного поля.

При проектировании следует использовать в основном эргономические размеры. При пользовании антропометрическими данными не допускается сложения простых классических размеров для получения эргономических размеров, так как размеры, полученные путем сложения, на 5—10 см больше, чем размеры, измеренные непосредственно.

При сравнении национальных групп, резко отличающихся по. антропометрическим данным, например, литовцев, русских и армян, наблюдаются значительные различия. Например, различия в росте — 5—9 см.

Если же сравнить национальные группы, близкие по антропометрическим данным, например, русских, белорусов и украинцев, различия между ними незначительны.

Если объекты проектирования предназначены строго для какой-либо одной республики, то следует учитывать национальные антропометрические данные населения этой республики.

Если изделия промышленного производства предназначены для населения СССР в целом, то следует использовать данные наиболее многочисленного населения СССР — русских, украинцев, белорусов. Не следует смешивать антропометрические данные наиболее удаленных национальностей, относящихся к разным этническим группам (например, населения Прибалтики и Средней Азии и т. п.).
Ч

то касается возрастных различий, то имеется тенденция к увеличению всех продольных размеров тела у лиц молодого поколения, а поперечных, передне-задних и обхватных размеров — у лиц старшего возраста.

При проектировании оборудования следует знать, что наибольшие различия в размерах тела наблюдаются между мужчинами и женщинами внутри любой национальной группы (10—12 см. в длине тела), затем следуют национальные различия, а далее — возрастные и профессиональные.

Следует учитывать следующие половые различия:

• продольные размеры тела мужчин в положении «стоя» на 7—12 см больше размеров женщин;
• продольные размеры тела мужчин в положении «сидя» на 3—6 см больше соответствующих размеров у женщин;
• поперечные, передне-задние и обхватные размеры верхней части тела мужчин на 1—3 см больше соответствующих размеров у женщин;
• размеры таза и бедер у женщин на 1—3 см больше, чем у мужчин.

Цифровые значения антропометрических данных можно представлять в виде таблиц, соматограмм, номограмм, манекенов (плоских и объемных) и др. Наиболее распространенный способ представления — табличный.

В таблицах, как правило, представляются следующие статистические параметры: средняя арифметическая величина признака, среднее квадратическое отклонение (сигма), значения признака, соответствующие перцентилям—1-5-, 95-, 99-ому, коэффициент вариации.

Между средним квадратическим отклонением и частотой встречаемости признака имеется прямая связь, которая [выражается возможностью определить процент людей или объем выборки, у которых величина антропометрического признака укладывается з тот или иной интервал.

Зная значения средней арифметической величины и среднего квадратического отклонения и используя стандартные таблицы площадей кривой нормального распределения, можно найти значения того или иного признака, которые определяют границы заданного интервала, и, наоборот, но значениям признака можно определить интервал, в котором они находятся.

Для определения границ интервалов, в которых учитывается объем (процент) населения, которому должно удовлетворять проектируемое оборудование, а также для определения минимальных и максимальных значений антропометрических признаков, следует пользоваться системой перцентилей, а не долей сигмы,, что более наглядно.

Перцентиль — сотая доля объема измеренной совокупности людей, которой соответствует определенное значение антропометрического признака. Площадь, ограниченная нормальной кривой, делится на 100 равных частей, или перцентилей. Каждый перцентиль имеет свой порядковый номер.

Так, например, 5-ый перцентиль отсекает в левой части кривой нормального распределения 5% совокупности людей с наименьшими значениями признака. 50-ый перцентиль в нормальном распределении соответствует среднему арифметическому значению признака. 95-ый перцентиль отсекает в правой части нормальной кривой оставшиеся 5% совокупности людей с наибольшими значениями признака.

Средние арифметические значения признака следует использовать в редких случаях ввиду того, что оборудование, созданное с учетом только средних размеров тела для большого количества людей, будет неудобным.

Конструкция оборудования должна обеспечивать легкость использования и удобство эксплуатации по меньшей мере для 90 % потребителей..

Определение границ интервалов, в которых учитывается нeoбходимый объем выборки, связано с ориентацией в пространстве параметров оборудования и функциональным назначением этих параметров.

Неизменяемые высотные размеры оборудования при работе на нем только мужчин или только женщин должны рассчитываться исходя из значения антропометрического признака, соответствующего 95-ому перцентилю каждой половой группы, при работе мужчин и женщин — 95-ому перцентилю мужской группы.

Рациональная рабочая поза людей более низкого роста должна обеспечиваться путем регулирования изменяемых параметров рабочего места (рабочее сиденье, подставка для ног).

Неизменяемые размеры оборудования, связанные с вертикальной досягаемостью в нижних зонах, рассчитываются исходя из значения антропометрического признака, соответствующего 95-ому перцентилю каждой половой группы, если оборудование предназначено для работы только мужчин или только женщин; при работе на оборудовании мужчин и женщин — 95-ому перцентилю мужской группы.

Неизменяемые размеры вертикальных досягаемостей в верхних зонах рассчитываются исходя из значения антропометрического признака, соответствующего 5-ому перцентилю каждой половой группы, если оборудование предназначено для работы только мужчин или только женщин; при работе на оборудовании мужчин и женщин — 5-ому перцентилю мужской группы.

Неизменяемые размеры оборудования с ограничением их максимального значения, такие как зоны видимости, расстояния до индикаторов, контрольных точек, поручней, т. е. связанные с горизонтальной досягаемостью, размах движения органов управления и т. п., которые влияют на качество работы оператора или ограничены размерами тела, должны выбираться, исходя из значения 5-го перцентиля соответствующей группы населения.

Иными словами, неизменяемые по ширине и глубине размеры оборудования в том случае, когда на нем работают только мужчины или только женщины, должны рассчитываться, исходя из значения антропометрического признака, соответствующего 5-ому перцентилю каждой половой группы, при работе на оборудовании мужчин или женщин — 5-ому перцентилю мужской группы.

Размеры оборудования с ограничением их минимального значения (не должны быть меньше), такие как проходы, подходы, люки, безопасные промежутки и т. п., которые обеспечивают прохождение тела или его частей, должны соответствовать значению антропометрического признака соответствующему 95-ому перцентилю соответствующей группы населения.

Нижние и верхние границы измеряемых параметров оборудования при работе на нем только мужчин или только женщин должны рассчитываться, исходя из значений антропометрических признаков, соответствующих 5-ому и 95-ому перцентилю каждой половой группы. При работе на оборудовании мужчин и женщин — нижняя граница должна соответствовать: 5-ому перцентилю женской группы, верхняя — 95-ому перцентилю мужской группы.

Высотные размеры проектируемого оборудования должны соответствовать продольным размерам тела с учетом положения последнего. Не следует использовать размеры тела, взятые в положении «стоя», при расчете рабочих мест для работы сидя.

При расчете высотных размеров оборудования следует пользоваться антропометрическими данными молодого поколения (до 30 лет), а при расчете поперечных, глубинных размеров — данными населения старшего возраста (30—40 лет).

Точность использования антропометрических данных зависит от величины порогов мышечно-суставной чувствительности человека v от эргономической значимости элемента оборудования.

Величина порогов мышечно-суставной чувствительности при различении линейных и угловых характеристик рабочего места свидетельствует о том, что человек легко (субъективно и объективно) различает изменение высотных характеристик рабочего места (рабочая поверхность, сиденье, подставка для ног) на 8—40 мм и соответственно угловых характеристик на 1°.

Этими данными следует руководствоваться при определении допустимых отклонений от оптимальных параметров рабочего места и округлении цифровых значений антропометрических признаков.

Округление допускается до 1 см. При расчете минимальных пространств, занимаемых телом человека в разных положениях и позах, могут быть допуски 2—3 см .