МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ (МГУПП)
Кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине «Эргономика»
для студентов специальностей 280102, 220401, 260601, 150400, 140504, 190603, 140500, 220201, 220301, 230102
Москва 2011
Составители: Л.Л. Никифоров, проф. Б.П. Нечаев, доц. М.И. Ермолаев, доц.
С.В. Белова
Методические указания разработаны в соответствии требованиями учебной программы по дисциплине «Эргономика».
Утверждены УМС МГУТШ.
МГУПП,2011
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Эргономика» базируется на знаниях таких дисциплин как математика, физика, химия, теоретическая механика, теория механизмов и машин, сопротивление материалов, инженерная и компьютерная графика, детали машин и механизмов, технология пищевого машиностроения, электротехника.
Цель методических указаний - дать возможность студентам овладеть в процессе проведения лабораторных работ навыками самостоятельного проведения эргономичного анализа приборов и анализа их композиционных особенностей.
Теоретические вопросы студент должен изучать с конспектом лекций, нормативной документацией и по рекомендованной литературе.
Лабораторные работы знакомят студентов с основными требованиями эргономики относительно рационального учета «человеческого фактора» при проектировании и конструировании контрольно-измерительных приборов и систем. Это делается для создания максимально эффективных и надежных систем контроля и управления, а также для создания таких условий труда человека-оператора, которые бы соответствовали всем психофизиологическим возможностям и потребностям человека и способствовали длительному сохранению его работоспособности, здоровья, ощущению комфортности.
В каждой лабораторной работе студент сначала коротко знакомится с теорией и методами определения исследуемых параметров, а затем - с порядком выполнения исследований, методикой проведения расчетов, спецификой их регистрации.
Полученные при выполнении исследований данные являются основой для определения эргономичного и композиционного уровня приборов и их соответствия существующим нормативным документам и приборам-аналогам, соответствующих уровню лучших мировых образцов.
Описание каждой лабораторной работы состоит из четырех частей: цель работы; общие сведения по теме; порядок выполнения, регистрация измерений и исследований; обработка результатов, выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1-2 ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРИБОРОВ
Цель работы: Ознакомиться с методикой и порядком проведения эргономичной оценки действующих приборов, пультов, систем управления.
Задача работы: Выполнить практическое задание с использованием методик выбора оптимальных размеров, планирование и компоновка средств отображения информации приборов, пультов и органов управления.
Общие сведения
Эргономическая оценка эксплуатируемых систем «человек-машина» (СЧМ), пультов управления сложных автоматических линий и приборов дает возможность проверки степени надежности, пропускной способности и степени точности работы оператора, спрогнозировать поведение действующей СЧМ, а также принять меры для максимального повышения эффективности их труда. Оценка начинается с составления плана проведения исследований. Основные этапы таких исследований обычно выполняются по такой схеме:
а) ознакомление с назначением системы, задачами и основными требованиями к ней;
б) построение структурной схемы, которая воспроизводит связи отдельных подсистем, потоки информации и ход регулирования. При этом отдельно выделяются «человеческие» цепи с обозначением прямых и обратных связей между оператором СЧМ и машиной, а также между отдельными операторами (следует отметить интенсивность связей и их относительную важность);
в) оценка среды, в которой система функционирует, и ее влияние на систему СЧМ, которая исследуется;
г) описание функций системы и ее подсистем для всех режимов работы (включая маловероятные аварийные ситуации). При определении функций системы следует отметить, какие операции важнейшие и что собой представляет динамическая структура системы, т.е. какие сдвиги возникают в отдельных подсистемах при управлении, действиях помех и т.
д.
д) детальная эргономическая оценка рабочего места;
е) оценка средств отображения информации (СОИ) и органов управления (ОУ);
ж) рассмотрение функций операторов для нормального режима работы и, отдельно, для экстремальных ситуаций. При этом необходимо подробно проанализировать условия, которые могут привести к возникновению аварийной ситуации;
з) оценка совмещения функций оператора во времени, для чего строится профессиограмма деятельности.
На основании всех вышеупомянутых данных формируется вывод о надежности и эффективности системы и даются рекомендации по модернизации или усовершенствованию отдельных подсистем, узлов или всего прибора.
Порядок выполнения работы
Для выполнения работы каждый студент должен иметь несколько листов миллиметровой бумаги, чертежные принадлежности (циркуль-измеритель, транспортир, линейку и др.), конспект лекций и справочную литературу по эргономике.
Каждой подгруппе из 3-4 человек выдается образец действующего пульта управления или прибор, который необходимо оценить с точки зрения эргономичности.
Для этого предлагаются следующие приборы: измеритель шума и вибрации ВШВ-003, аспиратор ПУ-4Э, микроскоп стереоскопический МБС-10, осциллограф С-55 и другое оборудование.
При выполнении работы студент обязан:
а) изобразить в масштабе на миллиметровой бумаге схему действующего стенда, пульта или прибора, которые предложены к эргономичной экспертизе;
б) охарактеризовать соответствие требованиям эргономики фактическое расположение средств отображения информации, индикаторов, тумблеров, рабочих мест и т.п.; провести соответствующий анализ, разработать рекомендации для улучшения эргономичности объекта, который исследуется;
в) начертить на миллиметровой бумаге предложенный подгруппой вариант планировки и компоновки пульта управления, стенда или прибора с учетом требований эргономики и обосновать эти решения;
г) разработать чертежи рабочего места оператора;
д) построить структурную схему, воспроизводящую связи в подсистемах, подключения информационных потоков на человека- оператора;
е) составить текстовый отчет по работе по приведенной форме и приложить к нему выполненные чертежи.
Этапы проведения эргономической экспертизы действующего
пульта, стенда или прибора
1. Общее описание включает в себя краткую характеристику исследуемого объекта: назначение, местоположение, какие основные и дополнительные параметры регулируются, основные задачи оператора (но
каким параметрам он следит, регулирует, по каким вопросам принимает решение) и последовательность выполнения операций; ведущие каналы информации (зрительный, слуховой); моторные действия (ручной или ножной метод управления); контингент лиц на который рассчитано пульт или прибор (пол, возраст, страна); возможные аварийные ситуации и отказы, ограничения в работе или какие-то особые условия размещения и эксплуатации.
2. Составление антропометрических характеристик. Выходные данные берутся из анализа справочных материалов по антропометрическим измерениям. Пользуясь этими материалами студенты оценивают фактическое рабочее место оператора и разрабатывают его наиболее рациональную конструкцию.
На чертеже дается ориентировочное планирование пульта с помощью плоскостного манекена. Уточняется соответствие пульта объему помещения, высоте панели, зоне обзора, эргономическим требованиям. Оценивается рабочая поза, сиденья оператора, определяются сферы восторга.
Выбор позы и положения оператора в значительной степени зависит от размеров информационного поля и расстояния от приборов к глазам оператора.
При работе с небольшими приборами (шкалами) или принадлежностями, что требует использования лупы, расстояние до глаз должно быть равно 12-25 см; такую работу выполняют только в позе сидя. При работе с удалением от панели на 25-30 см сидячая поза также считается лучшей. При удалении от средств воспроизведения информации и органов управления на 35-50 см работа чаще выполняется в положении стоя и, наконец, при расстоянии от глаз до объекта наблюдения более чем на 50 см работа выполняется только в положении стоя.
При работе у пульта управления (лицевой панели прибора) должны выдерживаться оптимальные углы зрения. При работе стоя угол зрения а<30°±2,5°, а в положении сидя а<38°±2Д°. Необходимо определить угловой размер панели и сравнить с нормальным углом зрения. Угловой размер определяется из выражения:
2)
где а - угловой размер панели, град;
S - высота панель, м;
L - расстояние от панели к оператору, м. На основе замеченных отклонений составляются рекомендации и вносятся изменения в конструкцию по данным антропометрии.
3. Оценка условий труда на рабочем месте дается на основании сравнения нормативных требований с фактическими характеристиками производственной среды. Желательно замерять температуру, влажность и скорость движения воздуха, а также освещенность рабочего места оператора (что выполняется с учетом фактора времени, т.е. продолжительность и темп выполнения этой работы);
Оценивая условия труда необходимо отметить: какие неблагоприятные факторы могут присутствовать на этом рабочем месте и проанализировать их; меры по устранению вредного влияния среды на работу оператора (если они есть) и дать рекомендации в этот раздел в общем плане (условия труда оператора требуют улучшения и т д.).
4. Оценка средств воспроизведения информации (СВИ).
а) описывается общий вид, размеры и расположение информационных панелей. Выбор панели зависит от ее размеров. В горизонтальной плоскости угол обзора (при фиксированном взгляде в центр панели) должен иметь 30° - 40°, допускается угол 50° - 60°, максимальный угол (как исключение) достигает 90°.
Расстояние между оператором и панелью определяется соотношением:
S
2-tg(a/2)' (2)
где L - расстояние от панели к оператору, м. а - угол обзора, град; S - ширина экрана, м.
Для панелей, где S<10 м, соотношение ширины к высоте составляет 1,3:1.
На составленной студентом схеме (чертеже) при фиксированном положении оператора определяют величины a, S, h и фактическую величину L, потом сравнивают фактические значения экрана (панели) с нормативными.
При выполнении этого пункта необходимо учесть такие обстоятельства. В случае, если а>50°, лучше использовать сферический пульт. При фронтальном пульте, расположенном по вертикали с углом, не превышающей 30°, может быть одна плоская секция. Она расположена так, что ее верхний край находится на уровне линии горизонтального взгляда, но сама плоскость панели должна составлять с плоскостью, которая перпендикулярна линии взгляда, угол 0° - 20° у нижнего края панели. Если угол расположения панели по вертикали составляет более 30°, но не более 45°, то ниже основной добавляется еще одна секция, что составляет угол 30° - 50° по горизонтали.
б) проводится оценка отдельных приборов. При этом указывается общее количество приборов, их назначение и характеристика (стрелочные,
картинные, окошки и т.д.). Эти данные приводятся в сравнении с нормативными.
в) анализируется расположение приборов. Приборы должны быть расположены так, чтобы наиболее важные из них в функциональном отношении (а также приборы с частым обращением) размещались в центре поля зрения. Обращение к прибору ориентировочно определяется в зависимости от задач управления. На схеме расположения приборов последние нумеруются по частоте обращения. После этого проверяются связи, то есть порядок надзора за приборами. Приборы с более тесными связями должны расположиться рядом.
После проведения оценок дается общий вывод по средствам воспроизведения информации (СВИ).
5. Оценка органов управления. При оценке органов управления необходимо воспроизвести в отчете по работе наименование, назначение и количество органов управления, соответствие расположения органов управления рабочим зонам, размер, форму, цвет, последовательность обращения и частоту использования органов управления; число включений за время работы, направление, величину перемещений и приложенных к этому усилия, общую величину затраченной энергии при выполнении операций, связанных с управлением.
При оценке тумблеров и переключателей следует указывать и длину плеча рычага; ширину самой широкой части; направление включения, количество положений и угол поворота переключателя; поверхность ручки, которая захватывается рукой (длина, ширина, глубина).
При оценке органов ножного управления (педали) необходимо отразить; нормальное положение (сидя, стоя), расстояние между педалями и их наклон, расстояние от кресла до педали, частоту обращения, возможность регулировки и затраченные усилия. Необходимо указать на схеме расположения важнейших органов управления.
Примечание. Важнейшие органы управления следует расположить впереди и справа от оператора в зоне достижения правой руки. Максимальный размер зоны достижения обеих рук составляет 700x1100 мм. Размер зоны достижения по ширине (1100 мм) может быть увеличен в некоторых случаях на 200 - 300 мм за счет наклона корпуса и перемещения кресла на колесиках вдоль стола.
Глубина рабочей панели не должна превышать 800 мм.
Высота пульта, предназначенного для работы сидя за столом, или стоя, должна быть в пределах 750 - 850 мм, а угол наклона его панели к горизонтальной плоскости в пределах 10° - 20°.
Место на пульте для занесения записей, размещение регистрационных журналов и технической документации, должно располагаться непосредственно перед оператором. Его минимальные размеры - 1000 мм в ширину и 300 - 400 мм в глубину.
Надписи на пульте должны располагаться одинаково: под или над каждым указанным элементом. Надписи располагают так, чтобы они читались слева направо. Каждый текст должен использоваться для указания только одной функции. Соотношение высоты и ширины знаков должно равняться примерно 3:2, высота букв и других символов на панелях, которые находятся непосредственно перед оператором - не менее 3 мм.
Рекомендуемые размеры букв в надписях приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Расстояние до глаз, м |
Размеры букв и цифр, мм |
|
Важные надписи |
Обычные надписи |
|
0,7 1,0 2,0 6,0 |
2,5 - 5,0 3,3-6,6 6,6-12,0 22,0-43,0 |
1,2-4,0 1,5-4,5 3,3-10,0 11,6-33,0 |
При оптимальном расстоянии к оператору (примерно 250 мм) ширина штриха черных цифр и букв на белом фоне должна составлять приблизительно 1/6 высоты, а белых цифр и букв на черном фоне -примерно 1/7 - 1/8 их высоты.
Рекомендуемая ширина штриха буквы зависит от того расстояния, на котором расположен пульт от оператора. Так, при расстоянии 1, 2, 3, 4, 5 и 6 м ширина штриха буквы (черные на белом) должна быть соответственно 0,5; 0,8; 1,1; 1,4; 1,7 и 2 мм.
В заключении необходимо обратить внимание на следующие вопросы: предполагает расположение органов управления логике деятельности оператора; особенности группового расположение органов управления, регулирующих один параметр; соответствие индикаторов органам управления; расположение органов управления относительно индикаторов (выше, ниже индикаторов); расположение аварийных органов управление; соответствие направления движения рукоятки (рычага) направления движения стрелки; устройство места для ведения записей, размещение регистрационных журналов и технической документации.
6. Общий вывод и предложения по совершенствованию системы (пульта, стенда, прибора). Кроме текстовой части предложения должны содержать также графическую часть.
Отчет по лабораторной работе
«Эргономическая оценка действующих пультов управления и приборов»
Студент
Группа курс факультет
Наименование пульта (стенда, прибора)
1. Общие сведения
1. Краткая характеристика и назначение пульта (стенда, прибора):
2. Основные задачи оператора:
а) б) в)
3. Краткая характеристика деятельности оператора. Прием информации:
а) зрительный канал - приборы, табло;
б) слуховой канал - телефон, селектор;
в) тактильный канал и т.д.
Принятие решения:
Действия: а) моторные б) команды
4. Аварийные ситуации
(необходимо охарактеризовать в табличной форме действия оператора в системе и на пульте при различных аварийных ситуациях, а также изменения деятельности оператора при различных отказах системы).
5. Связь с другими операторами:
(представить также в
табличной форме, указав вид связи, количество каналов и их расположения).
6. Особые условия эксплуатации, ограничения
7. Контингент операторов:
страна ; пол ; возраст
уровень образования ; средний рост
среднеквадратическое отклонение ; заданный % охвата
8. Доверительный интервал (рост):
К1 ; К2 Поправка к
доверительного интервала на одежду и снаряжение
Конечный интервал
Масштаб плоскостного манекена
9. Рабочая площадь и объем на одного оператора.
ю
2. Сравнительная оценка пульта оператора (табл. 1.2).
Рекомендации к изменению исследуемого пульта (стенда, прибора) по данным антропометрические оценки
3. Факторы производственной среды (табл. 1. 3) Отклонение
Рекомендации
Таблица 1. 2
Параметры |
Размер |
Доверитель ный интервал для данного контингента |
|
фактич еский |
нормати вный |
||
Положение сидя |
|||
Высота сидения |
|
|
|
Ширина сидения |
|
|
|
Пространство для ног |
|
|
|
Высота рабочей поверхности |
|
|
|
Высота подставки для ног |
|
|
|
Глубина для коленей под пультом |
|
|
|
Коленный угол |
|
|
|
Ширина подставки для ступни |
|
|
|
Отклонение |
|
|
|
Положение стоя |
|||
Высота верхнего края информационной панели |
|
|
|
Высота нижнего края информационной панели |
|
|
|
Зона обзора |
|
|
|
Пространство для ног |
|
|
|
Отклонение |
|
|
|
Сфера захвата |
|||
Отклонение |
|
|
|
11
Таблица 1.3
Фактор среды |
Величина |
|
фактическая |
нормативна5 |
|
Освещение |
|
|
а) естественное, КЕО |
|
|
б) искусственное, лк |
|
|
Общий уровень шума, дБ |
|
|
Вибрация |
|
|
Температура воздуха |
|
|
Относительная влажность |
|
|
Скорость воздуха, м/сек |
|
|
Объем подаваемого воздуха на 1 человека, м3/ч |
|
|
Запыленность, мг/м3 |
|
|
Электромагнитное излучение (ВЧ) |
|
|
Радиационное излучение |
|
|
4. Оценка средств воспроизведения информации (СВИ).
Вид пульта
пульта:
Размер
б) по вертикали
а) по горизонтали
Расстояние глаз оператора в нормальном положении от центра взгляда Угол обзора пульта (табл. 1.4):
а) по вертикали
б) по горизонтали
Таблица 1.4
Показатель |
Величина |
|
фактическая |
нормативная |
|
Расстояние от оператора к пульту |
|
|
Угол обзора пульта |
|
|
Отклонение |
|
|
Рекомендации |
|
|
12
Оценка отдельных приборов производится по табл. 1.5.
Таблица 1.5
Тип прибора |
Название прибора |
Размер по вертикали, мм |
Угловой размер |
Диаметр шкалы |
Отклонение от норматива угловых размеров |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оценка приборов по основным характеристикам проводится по табл. 1.6.
Проверяется соответствие прибора, его оцифровка, расстояние до оператора требованиям нормативов.
Рекомендации
Общий вывод по средствам воспроизведения информации СВИ.
Таблица 1.6
Характеристика |
Величина |
|
Фактическая |
Нормативная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 .Оценка органов управления (табл. 1.7)
Таблица 1.7
Орган управления |
Характеристика |
Величина |
Откло нение |
||
Фактическая |
Нормативная |
||||
Кнопка |
Форма |
|
|
|
|
Размер |
|
|
|
||
Усилия |
|
|
|
||
и т. д. |
|
|
|
||
Тумблер |
|
|
|
|
|
Переключатели |
|
|
|
|
|
и т. д. |
|
|
|
|
13
Рекомендации
Разработка чертеэюа рабочего места оператора.
Построение структурной схемы. Построить структурную схему, воспроизводящую связи в подсистемах, замыкания информационных потоков на человека-оператора.
8. Заключение и общие рекомендации по управлению (стендом, приборами) в целом, с приложениями графического материала. Рекомендации разрабатываются для устройств, СВИ, органов управления, условий труда.
14
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 АНАЛИЗ ГАРМОНИИ КОМПОЗИЦИИ ПРИБОРА
Цель работы: Проанализировать гармонию композиции прибора по следующим категориям:
а) тектоничность
б) пропорция и пропорциональность;
в) масштаб и масштабность,
г) ритмичность и метр;
д) симметрия и асимметрия;
е) статичность и динамичность.
Задача работы: Создать индивидуальный вариант композиции приборостроения, используя средства гармонизации формы.
Общие сведения
Тектоника. При рассмотрении тектоники с точки зрения конструктивно-технологических задач нужно заметить, что сделать проектируемую вещь тектонической - это прежде всего означает сделать ее материально-физически совершенной, то есть такой, которая обладает прочной, устойчивой и надежной конструкцией, отражающая во внешнем виде общий тип, характер конструкции и всю сложную внутреннюю силовую работу материала. Таким образом, необходимо по возможности и наилучшим образом выявить, где и как распределены основные массы и нагрузки, как сопротивляется им материал изделия, как напряженные отдельные его части, какие элементы несущие, а какие несомые. Тектоничность формы означает также наглядность того, из какого основного материала выполнена конструкция (металл, дерево или пластмасса) и как данная конструкция изготовлена - монолитная или сборочная или это массивное литье или легкий тонкостенный корпус.
Тектоника - специфическое средство художественного выражения, которое органически связано с конструктивной объемно-пространственной структурой изделия и ее объективными закономерностями (прочностью, устойчивостью и равновесием). Тектонику называют зрелым отражением в форме работы конструкции и организации материалов. Таким образом, объемно-пространственная структура в формообразовании и тектоника формы являются важнейшими категориями композиции, которые закладывают основу построения сложной и красивой формы.
Пропорция и пропорциональность. Пропорция определяет соотношение отдельных частей, предметов и явлений между собой. Пропорция - один из главных средств, которое применяют в искусстве, архитектуре, технике, художественном конструировании. Правильная
15
установка пропорции в своем единстве составляет пропорционально-гармоничный порядок. Нарушение его снижает художественную выразительность.
Существуют различные виды пропорциональности. Так, например, для образования обычной математической пропорции нужно четыре члена: a:b=c:d. Геометрическая пропорция состоит из трех элементов (а:Ь = Ь:с). Общий член b называют средним пропорциональным.
Кроме арифметической и геометрической пропорций, существуют также пропорциональные зависимости, объединенные общим названием гармоничные пропорции.
В отличие от арифметической, геометрической и гармоничной пропорции золотое сечение образуется при комбинации только двух величин а и Ь. Разделение целого на две неравные пропорциональные части в математике называют золотым сечением. Математическое выражение имеет вид а : b - b : (a + b).
Это равенство создается при комбинации лишь двух величин, причем отношения между ними постоянное, где больший отрезок равен 0,618, меньше - 0,382 (рис. 3.1).
, 0.382 |
|
|
0 |
.618 |
|
|
а |
|
|
|
|
Мо |
|
|
М2 |
|
|
|
М, |
D
Рис. 3.1. Графическое построение золотого сечения
Золотое сечение также выражается геометрическим путем. Один из геометрических способов - это деление отрезка в золотом сечении. Он осуществляется с помощью прямоугольного треугольника с отношением катетов 1:2 (рис. 3.1):
Мо='а=1,О;
М] -х- 0,61803398;
М2 = а-х = 0,381966.
Потом в золотом сечении М2 делится на Мз = 0,236; М4 = 0,146; М5 -0,09 и т.д. (рис. 3.2).
16
Рис. 3.2. Система прямоугольников от квадрата к прямоугольнику
На рис. 3.2. приведено построение прямоугольников. Их получают геометрическим методом, взяв за исходную точку квадрат.
Ряд золотого сечения выражается такими цифрами: 0,09; 0,146; 0,236; 0,382; 0,618; 1,000; 1,618; 2,618 и т. д.
Масштаб и масштабность. Существует два понятия - масштаб и масштабность.
Масштаб - это отношение линейных размеров на чертеже, карте объекта к его размеру в натуре (1:2; 1:5; 1:10 и т. д.).
Масштабность - более сложное понятие. В архитектуре это одно из композиционных приемов, которое выражает размерность или относительную соответственность размеров форм архитектурного произведения, которые воспринимаются человеком до размеров человека.
Ритмичность и метр. В художественном конструировании, как и в архитектуре, используется специфическое средство композиции -
17
закономерное повторение и чередование элементов. Существует два вида повторности - метрическая и ритмичная (метр и ритм).
Метрический ряд является простым видом повторности, если он состоит из одного элемента, сложным, если в композиции одновременно принимает участие несколько рядов и элементов метрической повторности.
Ритм - более сложный вид повторности, это чередование элементов сооружения, предметов, производственного оборудования,
характеризующий нарастания или убывания их количества, формы, размеров. Ритмичные ряды создаются чередованием более выразительных элементов, называемых акцентами, и менее выразительными (пассивными), которые называются интервалами. Ритмичные ряды могут быть ниспадающими или растущими контрастно или нюансно.
Ритм - это последовательное чередование различных соизмеримых элементов. Он содействует ясности, четкости и стройности художественного изделия, делает его более цельным и выразительным.
Симметрия и асимметрия. Симметричной называется фигура, которая составлена с геометрически и физически равных частей, которые определенным образом расположены относительно друг друга. Симметрия - особый род геометрической закономерности красоты форм предметов, которые создают гармонии. Существует три основных вида симметрии: зеркальная, осевая, винтовая. Зеркальная симметрия основана на равенстве двух частей фигуры, расположенных одна относительно другой, как предмет и его отражение в зеркале. Осевая симметрия обусловлена равенством геометрических фигур в осевых сечениях и достигается вращением фигуры относительно оси симметрии. Винтовая симметрия достигается в результате вращательного движения линии или плоскости вокруг неподвижной оси с постоянной угловой скоростью и одновременно поступательным движением вдоль оси.
В современных условиях особое значение приобретает понятие асимметричной композиции. Она позволяет органично связывать отдельные элементы между собой, объединяя их в целостные, гармонично-функциональные организмы. Симметричное построение не всегда согласуется с противоречивыми требованиями при компоновке того или иного прибора, сооружения и т. д.
Статичность и динамичность. Кроме симметрии и асимметрии существует также статическая и динамическая композиции. Любая фигура, которая имеет центр или ось симметрии, всегда статическая относительно их. Шар, куб или параллелепипед статические во всех направлениях. Конус статический относительно оси симметрии, а вдоль нее он динамичен, потому что по ней происходит изменение формы. Наиболее характерную динамическую композицию имеют предметы, движущиеся транспортные средства, которые можно разделить на три основные группы
18
в зависимости от различной среды, а именно: те, которые двигаются по поверхности земли (автомобили, поезда), в воде (пароходы, подводные лодки) и в воздухе (самолеты, планеры).
Отчет по лабораторной работе
Представить анализ композиции действующего прибора по всем вышеуказанным категориям.
Выполнить чертежи созданного варианта прибора.
Дать обоснование выбранным решением.
19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ВЫБОР ЦВЕТОВЫХ РЕШЕНИЙ В КОМПОЗИЦИИ ПРИБОРА И ИХ АНАЛИЗ
Цель работы: Создать цветовое решение в заданном спектре композиции прибора.
Задача работы: 1. Провести анализ психофизиологического влияния выбранного цветного фона.
2. Охарактеризовать влияние тонового (цветового) нюанса или контраста.
Анализ выражения цвета и функциональное назначения прибора.
Выберите тип поверхности, обосновать выбор.
5. Обосновать выбор покрытия, материала, технологии (средство) изготовления.
Общие сведения
Цвет - это свойство тел вызывать определенные зрительные ощущения в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отраженного или выпускающего видимого излучения. Установлено, что человеческим глазом воспринимаются колебания с длиной волны от 380 до 760 нм.
Все цвета разделяют на две группы: ахроматические и хроматические. К первой группе (ахроматические) относятся белые, черные и все серые цвета, начиная с самого светлого и заканчивая самым темным. Ко второй (хроматические) группе относятся все спектральные цвета - красные, желтые, зеленые, голубые, синие, фиолетовые, пурпурные со всеми переходами и оттенками между ними.
Психофизиологическое воздействие цвета на человека в эмоциональном отношении велико. Цвет имеет способность вызывать различные эмоциональные реакции и мысли: он может успокаивать и волновать, приносить радость и грусть, подавлять и веселить. Цвет может вызвать чувство теплоты и холода, бодрости и усталости, легкости и тяжести, расширять и сужать пространство, стимулировать зрение, мозг, нервы; он может способствовать и помогать лечению больных. В эстетике цвет среди других эстетических факторов занимает одно из важных мест.
Современные высказывания и суждения ученых, художников о психофизиологическом воздействии цвета на человека сводится к следующему.
Красный цвет - возбуждающий, горячий, энергичный и жизнерадостный. Он имеет самую длинную волну, стимулируя влияет на мозг и вызывает эмоциональные реакции; способствует увеличению
20
мышечного напряжения, повышению кровяного давления и ритма дыхания; очень влияет на настроение человека.
Оранжевый цвет - яркий вызывает радость, в разных случаях успокаивает или раздражает. В физиологическом отношении он способствует улучшению пищеварения и ускорению истечения крови.
Желтый цвет - стимулирует зрение, мозг и нервы, успокаивает некоторое нервное состояние организма, веселит, способствует к общению.
Зеленый цвет - цвет природы, покоя и свежести, успокаивающе действует на нервную систему. Он способствует снижению кровяного давления за счет расширения капилляров.
Голубой цвет - светлый, свежий и прозрачный. Он действует примерно также, как и зеленый - успокаивающе, создает впечатление небесной дали. В физиологическом отношении он относится к лекарственным цветам, облегчая состояние больного в большей степени, чем зеленый.
Фиолетовый цвет - пышный и благородный, он положительно влияет на сердце и легкие, увеличивая их выносливость. Цвет усталости и скуки.
Коричневый цвет - теплый, он создает спокойное настроение, выражает мощь и стойкость предметов. Коричневый цвет с серым оттенком с угнетением действует на психику.
Серый цвет - холодный, деловой и мрачный. Он вызывает апатию и скуку. В производственной обстановке его необходимо применять как можно меньше.
Белый цвет - легкий, холодный и благородный, но в большом количестве вызывает блеск. Он - символ чистоты, очень хорошо сочетается с другими цветами.
Черный цвет - мрачный, тяжелый, резко снижает настроение. Он очень красивый, в небольшом количестве применяется для контраста.
Обобщая учет психологического влияния цвета на организм человека, видимые части спектра делят на три части: длинноволновую -760 ... 580 нм (красный, оранжевый), средневолновую - 580 ... 510 нм (желтый, зеленый и частично голубой), коротковолновую - 510 ... 380 нм (голубой, синий, фиолетовый)
На современном этапе установлено, что цвета длинноволновой части спектра оказывают возбуждающее и стимулирующее воздействие, а цвета коротковолновой части - успокаивающее или угнетающее воздействие. Наиболее благоприятно влияют цвета средней части спектра. Группа фиолетовых и пурпурных цветов оказывают волнующее и раздражающее воздействие.
21
Обобщая сведения о цветах можно сделать следующие выводы:
Лучшие сочетания дают цвета в диапазоне крупных и малых интервалов по цветовому кругу, худшие - в диапазоне средних интервалов.
Малые интервалы воспринимаются скорее как оттенки одного и того же цвета, а не как сочетание цветов.
3. При сочетании цветов необходимо принимать одинаковые соотношения светлости.
Более интенсивные цвета при сочетаниях с менее интенсивными следует подбирать в меньшем количестве.
Хроматические цвета можно сочетать с ахроматическими, причем теплые цвета сочетать с темными, а холодные со светлыми.
В дизайне цвет рассматривается прежде всего как средство функциональной организации предметной среды. В изделиях промышленного производства цвет выбирают с учетом:
а) функционального назначения изделия и условий его эксплуатации;
б) функционально-конструкторской структуры изделия;
в) особенности композиции формы изделия;
г) условий той среды, в которой изделие будет использоваться. Форма и цвет выявляют особенности и функциональные
предназначения промышленного изделия, одновременно облегчая зрительное восприятие и взаимодействие между изделием и человеком с учетом процесса использования.
Цвет способствует распознаванию сферы использования изделия и его эксплуатационной специфики. Он обуславливается требованиями безопасности, примитивности и легкости распознавания предметов или их отдельных элементов на различных цветовых фонах.
Цвет фона должен быть дополняющим (контрастным) к цвету детали: светло-коричневый к стали, чугуну и алюминию; светло-голубой к бронзе, дереву и другим деталям теплых цветов; ахроматический для разноцветных деталей и т.д. Особое значение имеет цвет при конструировании кнопок, переключателей, рычагов управления приборов и пультов управления, мнемосхем и других элементов для безопасности и надежности работы. Недостаточный контраст между кнопкой и фоном пульта может привести к браку или аварии. Некоторые изделия требуют контрастных и ярких тонов (планера, спортивные атрибуты, детские игрушки, туристическое снаряжение и т.д.), а другие - светлых и мягких тонов (медицинское оборудование, приборы, станки).
Окраска изделий должно быть связана с их функционально-конструкторской структурой.
Пульты и приборы, в которых большинство конструктивных элементов спрятано, относят к изделиям со скрытой структурой. Щиты пульта или прибора составляют их структуру и цвет играет для них очень
22
важную визуальную роль. Лицевая панель выделяется особым цветом, отличным от того, что обрамляющий, и при больших размерах пульта или лицевой панели прибора может быть разделена на отдельные участки, чтобы подчеркнуть разное их различное функциональное назначение.
Изделия, что решены в сдержанной теме с использованием минимума цветов, воспринимаются в более крупном масштабе и, наоборот, использование увеличенного количества цветов с повышенной контрастностью между ними, создает ощущение уменьшенного масштаба.
Для эстетической выразительности внешнего вида изделия важное значение имеет фактурная отделка. Поверхности, в результате обработки могут быть глянцевыми (зеркальное отражение), матовыми или шершавыми (диффузное отражение), полуматовыми или глянцевыми. Наиболее полно и хорошо цвет проявляется на матовой фактуре, а глянец в какой-то мере маскирует цвет. Матовая фактура и различные фактурные узоры (муаровый, рифленый, пупырчатый и др.) широко используются в отделке современного оборудования, приборов.
Для получения в дизайне прибора или пульта нужного цвета и фактуры поверхности используются разные способы обработки, есть также разные технологии изготовления и материалы (литье, штамповка, шлифование, полировка, прессования), а также различные виды покрытий - лакированные, гальванические, стеклоэмали, вакуумные.
Выбор лакокрасочных покрытий за декоративными свойствами (цвет, блеск, фактура и класс в соответствии с ГОСТ 9.032-74) проводят на стадии проектирования и назначают в соответствии с ГОСТ 23852-79 по табл. 4.1. Существует много видов гальванических покрытий, широко применяемых в приборостроении в качестве защиты металлических деталей, от коррозии и как декоративно-отделочные средства.
Таблица 4.1
Наименование групп изделий |
Требования к цвету и цветовых сочетаний лакокрасочных покрытий |
Требован ия к фактуре и блеску |
Изделия, функционирующие в производственных помещениях в контакте с человеком - приборы, станки, машины, оборудование, организационная, вычислительная техника и т.д. |
Сочетание цветов - родственные, родственно-контрастные. Цвета красной, оранжевой, желтой, зеленой, голубой, синей зон и ахроматические; сложные; светлые, средние, темные по яркости; малой и средней насыщенности. Число основных цветов в схеме цветового решения не более 3. |
Гладкие, глянцевые, полуглянц евые, полуматов ые. Допуска ются гладкие с рисунка |
23
|
Сочетание цветов эквивалентно, например, серо-зеленый (352), родственно-контрастные, например, "слоновая кость" (229) и серо-зеленый (365). Гладкие, глянцевые, полуглянцевые, полуматовые. |
ми (молотко вые, рельефы ые) |
Изделия культурно-бытового назначения, функционирующих в жилом интерьере в контакте с человеком, например, пылесосы, стиральные машины, холодильники, бытовая радиоэлектронная аппаратура, вентиляторы, кондиционеры, ручной механизированный инструмент и др. |
Цвета красной, оранжевой, желтой, зеленой, голубой, синей зон и ахроматические; сложные; светлые, средние, темные по яркости; малой, средней и максимальной насыщенности. Число основных цветов в схеме цветового решения не более 2. Сочетание цветов родственные, родственно-контрастные, контрастные и эквивалентные. |
Гладкие, глянцевые, полуматов ые. Гладкие, рельефные глянцевые. |
Для этого применяют покрытие никелем, хромом, цинком, свинцом, оксидными пленками, бронзой, серебром.
В Табл. 4.2 приведены некоторые физико-химические свойства металлов, которые часто используются для отделки деталей приборов и изделий культурно-бытового назначения.
Никелевое покрытие различают следующих видов: однослойное, блестящее (двухслойное, черное и химическое).
Хромирование является: защитно-декоративное, твердое, равномерно-черное, агатовое, холодное, пористое.
Стеклоэмали неорганические покрытия находят широкое применение в защитно-декоративной и специальной поверхностной обработке основных конструкционных материалов и керамики. Успешно применяется эмалирование алюминия и сплавов на его основе.
Для окраски эмалей применяют цветные оксиды кобальта, железа, меди, хрома, марганца.
Порядок выполнения работы
Учитывая все функционально-конструктивные особенности и условия эксплуатации прибора (пульта, стенда), выбрать для разработанного по форме варианта дизайн-проекта все материалы, виды поверхностей, покрытия, фактура, рисунок.
24
Отдельно уделить внимание выбору материала и цвета элементов средств воспроизведения информации (СВИ) и органов управления (ОУ). Заполнить табл. 4.3.
Таблица 4.3
Название элемента |
Цвет |
Фактура поверхности элемента |
Вид покрытия и способ его получения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отчет по лабораторной работе
1. Представить анализ цветовой композиции прибора, выбрать материал, фактуру, цвет, рисунок поверхностей прибора - фоновых, шкал, табло, органов управления, мнемосхем, значков и представить их в виде таблицы 4.3.
2. Выполнить чертежи индивидуального варианта цветовой композиции прибора.
3. Дать обоснование принятым решениям.