Лекция 8 Антропометрические требования в эргономике

Лекция 8. Антропометрические требования в эргономике
Форма и функциональные размеры всей предметной среды, ее
объемно-пространственных структур неразрывно связаны с размерами и
пропорциями тела человека на протяжении всей истории цивилизации.
Древние народы, как и народы всей Европы, вплоть до XIX века
пользовались системами мер, основанными на параметрах человеческого
тела (локоть, фут, ступня и т.д.). Строители, архитекторы возводили
постройки, руководствуясь правилом «Человек есть мера всех вещей».
Художники и скульпторы, стремясь к созданию гармоничного образа
человека, пользовались системой пропорций – каноном (образец, правило),
которая делила человека на части и позволяла по одной части определять
целое (пропорция – соразмерность, определение соотношений частей целого
между собой). Примеры таких канонов:
 канон Поликлета, скульптор Древней Греции (вторая половина V века
до н.э.) – за единицу принимались ширина ладони и голова,
составлявшие 1/8 длины тела, а лицо — 1/10 и т.д.;
 каноном
Леонардо
да
Винчи
(1452—1519)
использовал
видоизмененный квадрат древних. По его канону фигура с
приподнятыми и разведенными руками и раздвинутыми ногами
вписывается в круг, центр которого – пупок;
 принцип «Золотого сечения» (принцип симметрии). Для составления
пропорции по данному принципу требуется не менее 3-х величин, где
третья величина равна сумме двух других.
С появлением метрической системы мер размеры строительных
элементов, архитектурных деталей, сооружений в целом стали утрачивать
свою связь с размерами человеческого тела.
В современной практике предпочтение отдано антропометрическим
характеристикам человека. Антропометрия (от греч. Antropos – человек и
...метрия) являясь составной частью антропологии (науки о происхождении и
эволюции человека) представляет собой систему измерений человеческого
тела и его частей, морфологических (анатомических) и функциональных
признаков тела, для выявления различия между отдельными людьми и
группами. Первооткрывателем в этой области в 1870 г. стал бельгийский
математик Кетле.
Антропометрические характеристики человека служат основой при
нормировании функциональных параметров предметно-пространственной
среды, создании ее объемно-пространственных структур. Полученная
информация при измерении человеческого тела может принять форму
антропометрически ориентированных проектных конструкторских норм,
соблюдение которых позволит человеку комфортно ощущать себя в
интерьерах, где он живет, работает или играет. Этими интерьерами
пользуются люди разного роста, веса, пола, возраста и физического
состояния, представителей различных рас и культур.
Важнейшие из эргономических характеристик – размеры тела и его
параметры являются ключевыми при проектировании и конструировании.
Поскольку подавляющее большинство зданий и сооружений рассчитаны на
пребывание в них человека, то их пространственные параметры
регулируются
антропометрическими
показателями,
включающими
статические размерности и пропорции тела, а также объем оперативного
(рабочего) пространства человека в процессе его дистанционного
перемещения и на рабочем месте.
Различают классические и эргономические антропометрические
признаки. Первые используются при изучении пропорций тела, возрастной
морфологии, для сравнения морфологических характеристик различных
групп населения, а вторые – при проектировании изделий и организации
труда.
Антропометрические признаки определяются с учетом возрастных,
половых, территориальных и других факторов (например, рода занятий), так
как они существенно от них зависят. Возраст – существенный фактор,
влияющий на параметры тела. Рост организма заканчивается в 18-22 года у
мужчин и немного раньше у женщин. После наступления зрелости рост у
представителей обоих полов с годами уменьшается. Исследования показали,
что у пожилых женщин размеры тела были меньше, чем у молодых, это
особенности самого процесса старения. Другой вывод этого исследования
заключался в том, что при равном росте пожилые люди не могут вытянуть
руку вверх на такую высоту, как более молодые. Социально-экономические
факторы тоже существенно влияют на размеры тела. Хорошее питание
людей с более высокими доходами приводит, например, к сокращению
детской заболеваемости и, следовательно, к лучшему росту и развитию
организма.
Эргономические антропометрические признаки подразделяют на две
основные группы – статические (структурные) и динамические
(функциональные) антропометрические признаки.
Статические признаки определяются при неизменном положении
человека. Они включают размеры отдельных частей тела (головы, торса), а
также габаритные, т.е. наибольшие, размеры в разных положениях и позах
человека. Эти размеры используются при проектировании изделий,
определении
минимальных
проходов
и
т.п.
Динамические
антропометрические признаки – размеры, измеряемые при перемещении тела
в пространстве. Они характеризуются угловыми и линейными
перемещениями (углы вращения в суставах, угол поворота головы, линейные
измерения длины руки при ее перемещении вверх, в сторону и т.д.) Эти
признаки используются при определении угла поворота рукояток, педалей,
определении зоны видимости и т.п. Их значения, определяемые для разных
полов и национальностей, приведены на рисунках и в таблицах (см.
документацию к лекции).
Числовые значения антропометрических данных чаще всего
представляют в виде таблиц, в которых приведены средне арифметическое
значение какого-либо признака (М), среднее квадратичное отклонение (ơ) и
значение признака, соответствующее 5-му и 95-му перцентилям
(процентилям).
Перцентиль (процентиль) – значение антропометрического признака
(например, длина тела, высота плеча над полом) для сотой доли
совокупности измеренных людей.
Разберем понятие перцентиля более подробно. Для удобства
исследований население делят на 100 категорий – каждая по одному
проценту, и данные, касающиеся определенных измерений тела, располагают
по возрастающей в виде кривой. Первый перцентиль роста означает,
например, что у 99 процентов испытуемых этой группы рост выше, чем у
данной категории. 95-й перцентиль роста показывает, что только пять
процентов обследуемых имеют больший рост, а 95 процентов – такой же или
ниже. Каждый перцентиль имеет свой номер, совпадающий с его порядком.
Имея дело с перцентилями, надо иметь ввиду, что:
1. антропометрические перцентили относятся только к одному
измерению тела данного индивидуума;
2. не существует индивидуума 95-го, 90-го или 5-го перцентиля. Это
виртуальные цифры. У человека с 50-м перцентилем роста может быть
40-й перцентиль высоты колена и 60-й перцентиль длины кисти (см.
рисунок);
3. 50-й
перцентиль
очень
близок
к
средним
показателям
среднестатистического человека, и разрабатывать дизайн, опираясь
на данные 50-го перцентиля ошибочно, так как подобные действия
приведут к ущемлению интересов 50 процентов представителей
исследуемой группы.
Систему перцентилей используют для определения необходимых
границ, минимальных и максимальных значений антропометрических
признаков. Зная М и ơ, Можно установить значения признаков, которые
соответствуют границам заданного интервала.
Как показывает статистика, измерения тела в каждой конкретной
популяции распределяются таким образом, что их большая часть тяготеет к
средним показателям, а наибольшие и наименьшие измерения малочисленны.
При проектировании изделий, оборудования, организации интерьеров и
рабочих мест дизайнеру необходимо помнить, что удобство их эксплуатации
должно обеспечиваться для 90% работающих или отдыхающих. Поэтому в
практике проектирования чаще используют значения антропометрических
признаков, соответствующих 5-му и 95-му перцентилям, а также 50-му.
Инженер-эргономист Алберт Деймон утверждает, что, дизайнеру для
проектирования (интерьера) необходимы десять параметров структурных и
функциональных измерений человека в таком порядке:
1. рост;
2. рост сидя;
3. досягаемость большого пальца руки;
4. расстояние от ягодицы до колена;
5. расстояние от ягодицы до подколенной ямки;
6. расстояние между локтями;
7. ширина бедер в положении сидя;
8. высота колена;
9. высота подколенной ямки:
10.высота бедра в положении сидя.
Разберем подробнее приведенные выше измерения человека.
Рост – это вертикальное расстояние от пола до макушки головы,
измеряемое, когда испытуемый стоит прямо и смотрит вперед. Данное
измерении производиться при определении минимальной высоты дверных
проемов и дверей, располагаемых над головой конструкций. Эти измерения
должны удовлетворять потребности 99% пользователей, соответственно 99
перцентилю. Например, среди представителей различных национальных
групп разница в росте весьма значительна – от 160,5 см у вьетнамцев до
179,9 см у бельгийцев. Диапазон составляет 19,4 см. У пигмеев Центральной
Африки средний рост равен 143,8 см, в то время как у самых высоких
северных нилотов из Южного Судана – он достигает 210 см.
Рост, сидя прямо – это вертикальное расстояние от поверхности
сиденья до макушки сидящего. Это измерение помогает определить
допустимую высоту размещения конструкций над сиденьем. Знание этих
цифр необходимо при проектировании двухъярусных кроватей, верхних
полок в поезде, автомобиля. В разработках, где самым важным является
расстояние, должен применяться 95-й перцентиль. Логика проста, если
дизайн создаст достаточное пространство для пользователя с большими
параметрами тела, то его хватит и для тех, у кого габариты меньше.
Досягаемость большого пальца руки – это расстояние от стены до
крайней точки большого пальца, измеренное, когда плечи испытуемого
прижаты к стене, рука вытянута вперед. Эти данные позволяют точнее всего
определить максимальное расстояние до проектируемого оборудования из
положения сидя или стоя. Например, рассмотрим такую дизайнерскую
задачу, как расположение шкафчиков над рабочей поверхностью или полки
над столом в офисе. Здесь учитываются интересы пользователей с
наименьшими показателями досягаемости, т.е. 5-го перцентиля. Если
разработанный дизайн устроит пользователей с небольшой досягаемостью,
он без сомнения подойдёт и тем, у кого досягаемость больше.
Расстояние от ягодицы до колена – это горизонтальное расстояние от
задней поверхности ягодицы до передней поверхности коленной чашечки.
Эти данные полезны для определения оптимального расстояния спинки
сиденья до физического препятствия или объекта, расположенного перед
коленями. Например, жестко фиксированные на полу сиденья в аудиториях,
театрах, автобусах конструируются с учётом этого параметра. Наличие
расстояния – ключевой фактор, поэтому необходимо использовать данные
95-го перцентиля.
Расстояние от ягодицы до подколенной ямки – это горизонтальное
расстояние от задней поверхности ягодицы до задней поверхности голени.
Эти данные полезны для разработки дизайна сидений, скамеек, банкеток и
определения глубины сидения. Принимают в расчет данные 5-го перцентиля,
т.к. они подойдут наибольшему числу пользователей. Так, если глубина
сиденья слишком велика, его край врезается в область за коленями, вызывая
дискомфорт и проблемы с кровообращением.
Расстояние между локтями – это поперечное расстояние, измеряемое
между согнутыми и слегка прижатыми к туловищу локтями, при этом
предплечья расположены вертикально. Эти цифры соотносят с параметрами
ширины плеч. Эти данные полезны для проектирования учебных столов,
столов переговоров, обеденных столов. Поскольку наличие расстояния –
ключевой фактор, необходимо использовать данные 95-го пурцентиля.
Ширина бедер в положении сидя – это ширина тела, измеренная в
самой широкой части бёдер в положении сидя. Эти данные чрезвычайно
важны для определения допусков внутренней ширины стульев, кресел,
табуретов у барных стоек и прилавков, офисных кресел. Наличие расстояния
– ключевой фактор, поэтому необходимо использовать данные 95-го
перцентиля. Так, в зависимости от конкретной дизайнерской задачи, эти
данные необходимо комбинировать с цифрами расстояния между локтями и
ширины плеч, т.к. к сиденью часто добавляют подлокотники.
Высота колена – это вертикальное расстояние от пола до середины
коленной чашечки. Необходимо учитывать высоту сиденья и его мягкость
(отнимем от полученной высоты). Эти данные незаменимы при определении
расстояния от пола до нижней части крышки стола, прилавка. Для
обеспечения пространства нужны данные 95-го перцентиля.
Высота подколенной ямки – это вертикальное расстояние от пола до
нижней поверхности бедра в точке позади колена, когда испытуемый сидит
прямо. При этом колени и лодыжки перпендикулярны полу, а нижняя
поверхность бедра и подколенной ямки едва касаются стула. Здесь также
учитывается мягкость сиденья. Эти данные незаменимы при определении
высоты сиденья над полом, особенно высшей точки переднего края сиденья.
Определяя высоту сиденья, надо принимать в расчет данные 5-го перцентиля.
Например, когда сиденье расположено слишком высоко, нижняя поверхность
бедра испытывает сжатие, кровообращение затрудняется. Кроме того,
подошвы ног не касаются поверхности пола, тем самым, уменьшая
устойчивость тела. Минимальная высота сиденья устроит пользователя с
большой высотой подколенной ямки – он может вытянуть ноги вперед.
Высота бедра в положении сидя – это вертикальное расстояние от
поверхности сиденья до верхней поверхности бедра, в той точке где бедро
соприкасается с животом. Эти данные незаменимы при дизайне прилавков,
медицинского оборудования, письменных столов, мольбертов, столярных
столов или других предметов мебели, за которыми пользователь сидит,
расположив ноги под рабочей поверхностью. Эти параметры позволяют
рассчитать высоту любой выдвигающейся поверхности или ящика.
Поскольку наличие расстояния – ключевой фактор, необходимо использовать
данные 95-го перцентиля.
Вес тела также необходимо учитывать, например, при проектировании
кабин лифтов, подиумов, мебели, качелей и др.
При измерении эргономических антропометрических признаков
пользуются так называемыми базами отсчета, в качестве которых
используют следующие ограничительные плоскости:
 плоскость пола (для измерения высот точек над полом);
 вертикальная стенка стенда для измерения поперечных и переднезадних размеров тела и в положении сидя;
 плоскость пола;
 плоскость сидения;
 спинка сидения, перпендикулярная заднему краю сидения.