Органы управления предназначены для передачи управляющих воздействий от человека к машине. Они обеспечивают выполнение оператором требуемого действия по реализации принятого решения (приведение в действие исполнительных органов объекта управления, ввод информации и т.д.).
Выбор органов управления зависит: от характера управляющих действий (включение, переключение, регулирование и т.д.); требований к усилиям, точности, диапазону и скорости управляющих движений; рабочего положения тела человека; характера информации, предъявляемой оператору и вводимой им в машину; места расположения органа управления; размера, структуры и расположения отведенного пространства, в котором может быть расположен орган управления; типа рабочего места.
Конструкция органов управления в соответствии с ГОСТ 12.2.049-80 должна учитывать: требуемую точность и скорость движений при осуществлении управления; частоту использования органа управления; допустимые динамические и статические нагрузки на двигательный аппарат человека; антропометрические характеристики двигательного аппарата человека; необходимость быстрого распознавания органов управления, формирования и закрепления навыков по управлению.
Управление оборудованием, относящимся к одной и той же группе, должно быть унифицировано (т.е. иметь одинаковое расположение рукояток, педалей, кнопок, контрольно-измерительных приборов, одинаковые правила управления, типовые надписи, знаки и т.п.).
Органы управления должны иметь схемы и надписи, наглядно указывающие правильную последовательность операций.
Конструктивно органы управления оформляются самым различным образом. Это кнопки и клавиши, рычажные переключатели, поворотные выключатели и переключатели, ручки управления, маховики, рычаги, педали, ножные кнопки и т.д. При проектировании необходимо, прежде всего, точно установить, какую информацию оператор должен ввести в машину через данный орган управления. Далее следует руководствоваться некоторыми рекомендациями по проектированию органов управления.
Усилия, необходимые для осуществления управляющих действий, устанавливают с учетом способа перемещения органа управления (пальцами, кистью с предплечьем, всей рукой, стопой и т.д.), частоты использования и в некоторых случаях - продолжительности непрерывного воздействия на органы управления, скорости выполнения управляющего воздействия и положения человека в процессе управления.
Величина усилия, которое может развить оператор той или иной конечностью, может изменяться в зависимости от позы и длительности приложения усилия. Когда он действует с ручным или ножным органом управления, остальная часть его тела должна обеспечить ему устойчивость для работы руками или ногами. При этом следует учитывать следующие физиологические особенности человека[4]:
- максимальное усилие, развиваемое правой (рабочей) рукой, на 10-15% больше максимального усилия, развиваемого левой рукой;
- усилия, развиваемые при движении рук к себе/от себя больше, чем при движении рук в стороны;
- максимальное усилие, развиваемое стопой ноги в положении сидя, достигается при наличии упора для спины, и углом между голенью и бедром 95-120°;
- положение конечностей, в котором оператор может развить максимальное усилие, является наиболее благоприятным и для приложения небольшого усилия в течение длительного времени.
Органы управления, требующие приложения относительно больших усилий оператора, следует проектировать только для использования в аварийных ситуациях, например, в случае отсутствия энергии; а также для использования в редких случаях, например, при выполнении ремонтных работ.
Скорость выполнения движения по управлению зависит от многих факторов, таких, как необходимые точность и усилие, диапазон и амплитуда движения, тип управления и т.д. Рычаг является наиболее удобным органом управления для выполнения непрерывных регулировочных движений, а маховички и круглые поворотные ручки рекомендуется применять в тех случаях, когда диапазон движений относительно невелик. Нужно помнить, что[5]:
- скорость движения рук выше при направлении движения «к себе»;
- скорость движения правой руки больше при движении слева направо, левой руки - справа налево;
- линейная скорость вращательных движений рук выше скорости поступательных движений;
- скорость плавных криволинейных движений рук больше скорости прямолинейных движений с резким изменением направления.
В общем, чем больше диапазон требуемого движения, тем больше времени требуется на его осуществление. Однако в некоторых случаях, большая часть времени оператора при ответе на управляющий сигнал машины уходит на включение и остановку движения. Реакция на ожидаемый сигнал может наступить через 0,2 с, но если оператор не знает, какой из возможных сигналов может быть предъявлен, а каждый сигнал требует своего соответствующего ответа, то задержка во времени может быть значительно больше.
Точно так же, если оператор не может предвидеть, когда возникает сигнал, то ему потребуется значительно больше времени, чтобы начать ответное движение. Но если оператор знает заранее, какие потребуются реакции, то он может «программировать» серию движений, а временной интервал между ними будет снижен до минимума.
Точность выполнения управляющего движения зависит не только от ограничений, связанных с возможностями оператора и характеристиками органов управления, но также и от четкости предъявления оператору необходимой информации. С точки зрения физиологии следует учитывать следующее[6]:
- точность движения рук больше при работе в положении сидя, меньше - при работе в положении стоя;
- точность движений выше при небольших нагрузках;
- точность движений, совершаемых пальцами рук, выше точности движений кистью;
- наибольшая точность движений, совершаемых пальцами рук, достигается, если кисти расположены на уровне локтя или чуть ниже.
Любой орган управления должен соответствовать пальцам или руке и быть удобным для манипулирования. Если оператору необходимо установить какой-либо режим, то положение органа управления должно указывать на результат, которого он достиг.
Для того чтобы уменьшить вероятность неправильного использования органов управления, их необходимо проектировать хорошо отличимыми друг от друга. Для этого используют цвет, форму и расположение. Если очень важно предотвратить случайное включение какого-либо органа управления, его необходимо утопить в панели. Органы управления, которые используются только для настройки и в редких регулировочных операциях, могут располагаться под откидным клапаном.
На основе экспериментальных исследований разработаны рекомендации по использованию различных органов управления (табл. 1).
Таблица 1 - Рекомендации по использованию различных органов управления[7]
| Тип органа управления | Пригодность органа управления для обеспечения | |||
| скорости | точности | усилия | диапазона | |
| Рычаги: большой | Хорошо | Плохо | Непригоден | Хорошо |
| маленький | Плохо | Непригоден | Хорошо | Хорошо |
| Маховики | Плохо | Хорошо | Неплохо | Неплохо |
| Кнопки | Непригодны | Неплохо | Непригодны | Неплохо |
| Рукоятки: горизонтальные | Хорошо | Плохо | Плохо | Плохо |
| вертикальные (на себя и от себя) | Хорошо | Неплохо | Короткие плохо Длинные хорошо | Плохо |
| Вертикальные (поперек) | Неплохо | Неплохо | Неплохо | Непригодны |
| Рулевые колонки | Хорошо | Неплохо | Плохо | Плохо |
| Педали | Хорошо | Плохо | Хорошо | Непригодны |
| Поворотные переключатели | Хорошо | Хорошо | Непригодны | Непригодны |
| Тумблеры | Хорошо | Хорошо | Плохо | Непригодны |
Существует мнение, что наилучшим является орган управления, для перемещения которого требуется минимальное усилие. Однако это неверно, поскольку оператор будет действовать неточно, «не чувствуя» ответной реакции. Некоторое сопротивление перемещению органа управления заметно повышает точность. Кроме того, орган управления должен иметь защиту от самопроизвольного включения или смещения при вибрациях. Для этого предусматривают фиксацию, например, за счет силы трения, для преодоления которой требуется определенное усилие.
Органы аварийного выключения должны быть окрашены в красный цвет, отличаться формой от остальных элементов управления, иметь указатели их нахождения и быть легкодоступными для персонала.
На оборудовании, имеющем более одного пульта управления и обслуживаемом двумя или более лицами, каждый пульт, с которого осуществляется пуск машины, должен иметь стоп-запор (выключатель с ручным управлением без самовозврата). Они должны быть сблокированы между собой таким образом, чтобы при установке любого из них в положение «Заперто» исключалась возможность пуска машины с любого другого пульта управления. На таком оборудовании должна быть предусмотрена звуковая сигнализация при пуске его в рабочем режиме. На основном пульте управления, вблизи опасных зон и в зоне постоянных рабочих мест следует предусматривать кнопку «Стоп» или устройства для экстренного выключения.
Органы ручного управления допускается устанавливать на расстоянии не менее 200 мм от незакрытых подвижных частей механизмов.
Оптимальная зона расположения органов управления по высоте ±100 мм от уровня локтя. В горизонтальной плоскости органы управления следует располагать в зоне наилучшей досягаемости ограниченной 400 мм по ширине, и 400 мм в глубину.
Справа следует размещать органы управления постоянного действия и наиболее часто используемые, так как большинство людей работает преимущественно правой рукой. Этой рукой выполняются действия, требующие от исполнителя наибольшей точности и силы.
Органы управления и функционально связанные с ними средства отображения информации следует располагать вблизи друг от друга, но так, чтобы орган управления или рука оператора при манипуляции с ними не закрывали индикаторы. Для этого индикаторы должны размещаться выше соответствующих органов управления.