Управляющие действия оператора

Особенности моторных действий человека в системе «человек–машина». Виды движений, входящих в структуру управляющих действий. Особенности формирования двигательного навыка. Факторы, определяющие структуру управляющего движения. Классы двигательных задач в системе «человек–машина». Физиологические особенности двигательного аппарата человека. Скоростные (временные), силовые и точностные характеристики управляющих движений. Учет силовых, скоростных и точностных характеристик движений при проектировании рабочего места оператора.

Моторная деятельность оператора существенным образом отличается от подобной деятельности работников других профессий. Действия оператора внешне являются, как правило, очень простыми. Они сводятся к манипулированию органами управления, например, нажатию кнопок, включению тумблеров, повороту рукояток и т. п. Эти действия быстро осваиваются операторами и не требуют сами по себе специального обучения. Однако вся сложность управления здесь переместилась с исполнительной части двигательных действий на центральные механизмы их регуляции. Выполнение любого управляющего действия оператором определяется переработкой большого количества информации, от правильного и своевременного выполнения этого действия зависит успех в реализации принятого решения.

Любое управляющее действие складывается из массы элементарных движений, объединяемых механизмом центральной регуляции в целостную структуру.

Разные движения, включенные в такую структуру, имеют различное назначение, по которому их можно разделить на три группы:

• рабочие или исполнительные движения, посредством которых осуществляется непосредственное воздействие на орган управления;

• гностические движения, они направлены на познание объекта и условий взаимодействия с ним. К ним относятся осязательные, ощупывающие, измерительные и другие движения;

• приспособительные движения — установочные, уравновешивающие и другие движения.

Рассматривая характеристики управляющих действий, необходимо учитывать основные особенности формирования двигательных навыков.

Во-первых, в процессе формирования двигательных навыков изменяются взаимоотношения между отдельными видами движений. На первом этапе формирования двигательного навыка обычно преобладают гностические движения. Позднее они редуцируются и настолько тесно сливаются с рабочими движениями, что их трудно бывает разделить. В результате движения становятся более плавными и стабильными.

Во-вторых, на начальных этапах образование двигательного навыка происходит под контролем зрения. Затем этот контроль все более переходит к чувствительным приборам двигательного аппарата — к тактильному и кинестетическому анализаторам. Благодаря этому образуется внутренний контур регулирования, определяемый действием тактильного и кинестетического анализаторов, по которому сигналы проходят значительно быстрее (0,4 с), чем по внешнему контуру регулирования, включающему также зрительный контроль (1-2 с).

Структура двигательных компонентов, скорость и точность управляющих действий определяются: 1)задачами, которые решает оператор, • назначением органов управления, 2) конструкцией и расположением в пространстве органов управления, 3) рядом других факторов.

Все двигательные задачи, которые решает оператор при манипулировании различными по назначению органами управления, можно разделить на четыре класса двигательных задач.

1) Операции включения, выключения и переключения. При этом манипулирование соответствующими органами управления строится по принципу простых реакций или реакций выбора, основной характеристикой которых является время реакции.

2) Повторяющиеся движения. Они заключаются в выполнении последовательного ряда повторяющихся движений, с помощью которых осуществляются операции кодирования и передачи информации. Их характеристикой является темп.

3) Манипулирование органами управления для настройки аппаратуры и точной установки управляемого объекта. При их исполнении необходимо дозирование движений по их силовым, пространственным и временным параметрам. Основным фактором, определяющим их динамику, является точность дозировочных реакций.

4) Операции слежения за изменяющимися объектами. Задачи, выполняемые оператором в процессе слежения, относятся к классу непрерывных перцептивно-моторных задач.

Физиология двигательного аппарата человека имеет следующие особенности:

• скорость движения рук больше при движении в направлении «к себе», меньше — при движении «от себя»;

• скорость движения правой руки больше при движении слева направо, левой руки – справа налево;

• линейная скорость вращательных движений рук больше скорости поступательных движений;

• скорость плавных криволинейных движений рук больше скорости прямолинейных движений рук с резким изменением направления;

• точность движения рук больше при работе в положении сидя, меньше – при работе в положении стоя;

• точность движений рук больше при небольших (до 10Н) нагрузках; • точность движений, совершаемых пальцами рук, больше точности движений кистью;

• наибольшая точность движений, совершаемых пальцами рук, достигается в горизонтальной плоскости при положении рук, согнутых в локтевом суставе на 50...60° и в плечевом суставе — на 30...40°;

• максимальное усилие при движении ноги достигается в положении сидя при наличии упора для спины;

• скорость и частота движений, совершаемых стопой ноги, больше в положении сидя, чем в положении стоя.

Управляющие движения оператора характеризуются четырьмя группами характеристик:

• скоростными (временными),

• пространственными,

• силовыми,

• точностными.

Основной скоростной характеристикой операций включения является время двигательной реакции. Это время в общем случае зависит от расстояния, на которое перемещается рука, и ширины органа управления.

Для повторяющихся движений основной характеристикой скорости является частота их повторения, или темп. Установлено, что максимальный темп вращательных движений 4,0-4,8 об./с.

Темп вращения существенным образом зависит от размеров ручек управления и величины их сопротивления движению.

Максимальный темп нажимных движений при величине усилия 25 г составляет для ведущей руки 6,68 нажимов/с, для неведущей — 5,3 нажимов/с. При увеличении усилия до 400 г темп уменьшается и составляет соответственно 6, 14 и 5,59 нажимов/с.

Максимальный темп ударных движений изменяется от 5 до 14 уд./с. В среднем он равен 8,5 уд./с. Для продолжительного же периода работы оптимальный темп составляет 1,5-5,0 уд./с.

К пространственным характеристикам движений оператора относятся размеры моторного поля (зоны досягаемости) и траектории движений. Моторная деятельность оператора характерна прежде всего тем, что моторные координации являются тонкими, и, следовательно почти все движения осуществляются без перемещения туловища. Исходя из этого, размеры моторного поля (при неподвижном положении туловища) определяются длиной вытянутой руки оператора.

В моторном поле различают три зоны: максимальной, допустимой и оптимальной досягаемости.Максимальная зона ограничена дугами, описываемыми кончиками пальцев максимально вытянутых рук при их движении в плечевом суставе, допустимая – движением расслабленных рук, а оптимальная – движением рук в локтевом суставе.

В зонах оптимальной и допустимой досягаемости возможны наиболее быстрые и точные движения при минимальной утомляемости оператора. Поэтому здесь рекомендуется располагать наиболее важные и часто используемые органы управления.

В зоне максимальной досягаемости точность и скорость управляющих движений заметно снижается, утомление наступает быстрее. Поэтому в этой зоне возможна лишь непродолжительная работа.

Движения человека определяются также силовыми характеристиками. Основной из них является величина усилия, развиваемая рукой при движении. Эта величина определяется характером движения (вытягивание, толкание, отведение и т. д.) и углом между плечом и вертикалью тела.

Усилия, необходимые для осуществления управляющих действий, устанавливаются с учетом: способа перемещения органа управления (пальцами, кистью с предплечьем, всей рукой), частоты использования, продолжительности непрерывного воздействия на органы управления, скорости выполнения управляющего действия, положения человека в процессе управления.

Наибольшее усилие может быть развито: при вытягивании на себя, толкании от себя, а наименьшее усилие развивается при толкании вниз, отведении от себя.

Величина усилия, развиваемого человеком при вытягивании и толкании, резко падает при уменьшении угла между плечом и вертикалью тела.

Максимальное усилие, развиваемое левой рукой, в среднем на 10-15% меньше, чем правой.

Силовые характеристики движений человека должны учитываться при выборе сопротивления органов управления.

Для некоторых видов деятельности иногда отсутствует возможность для человека осуществлять зрительный контроль в процессе двигательного акта. В этом случае большое значение имеют точностные характеристики движений оператора, т. е. возможности человека по различению (без участия зрительного контроля): а) направления, б) размаха, в) длительности, г) силы движения. Эти характеристики особенно необходимо учитывать при организации дозированных движений.

Наиболее точные ощущения характерны для движений, совершаемых на расстоянии 15-35 см от средней точки тела. Уже на расстоянии 40-50 см точность анализа существенно снижается.

При изучении дозирования усилий выявлено, что оператор с большей точностью способен сохранять одно и то же усилие, чем изменять его в определенных пределах. Специальные тренировки позволяют значительно повысить точность регулировочных усилий.