CC BY
39
УДК 572.087:63-05
ИССЛЕДОВАНИЯ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ РАБОТНИКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК
Аннотация: В статье представлены результаты проведенных антропометрических измерений трех эргономических признаков. Измерения проводились в соответствии с установленной методикой. Систематизация эмпирического материала проводилась с использованием вариационно-статистического метода. В результате установлено, что для полученного эмпирического материала принята модель, выражающая закон нормального распределения. В работе определены значения исследуемых признаков, соответствующие определенным перцентилям.
Ключевые слова: Антропометрия, эргономические признаки, перцентиль, закон нормального распределения, эмпирический материал, кривые распределения.
Abstract: The article presents the results of anthropometric measurements of three ergonomic features. Measurements were carried out in accordance with established technique. Systematization of empirical material was carried out using the variational-static method. As a result, found that the resulting empirical material model is adopted, which expresses the law of normal distribution. In this paper, the values of studied attributes corresponding to certain percentile.
Key words: Anthropometry, ergonomic features, percentile, the law of normal distribution, the empirical material, distribution curves.
Соответствие конструкции оборудования размерам и форме тела человека, распределению массы его тела, подвижности частей тела определяют антропометрические требования. Задачей конструктора является обеспечение наибольшего удобства при работе для людей разного роста и пропорций тела. От этого напрямую зависит надежность функционирования всей системы «человек-машина». Соответствие параметров рабочего места антропометрическим данным человека, размерам его моторного пространства, удобству и комфортности его рабочей позы, экономичным и эффективным рабочим движениям способствует уменьшению величины нагрузки при работе, снижению вероятности возникновения заболеваний и сохранению высокой и устойчивой работоспособности и производительности труда.
Изучением размеров человеческого тела и его частей занимается антропометрия. Поскольку все люди различны, в антропометрии применяются статистические методы. Размеры тела человека и его отдельных частей определяются антропометрическими характеристиками (АХ). Антропометрическая характеристика — это величина, измеряемая в линейных, угловых единицах или единицах массы, соответствующая размерным характеристикам и характеристикам массы частей человеческого тела и взаимного их расположения.
Антропометрические признаки, используемые применительно к задачам эргономики и конструирования техники, называются эргономическими размерами тела [1]. Эргономические признаки называют еще прикладными, или производственными. Они внешне отличаются от классических тем, что измеряются в положении стоя, сидя и в переходных положениях тела. В пространстве они ориентированы так же, как и рабочие движения и позы, а, следовательно, и параметры производственного оборудования. Эргономические признаки, в отличие от классических антропометрических размеров, часто не имеют анатомической локализации и измеряются по
Прокошина Т.С.,
аспирант-заочник, ст. преподаватель кафедры Надёжность и ремонт машин ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ
Гальянов И.В.,
д-р техн. наук, проф., зам. директора по научной работе ВНИИ социального развития села ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ
наиболее выступающим точкам различных поверхностей тела. При измерении, в качестве баз отсчета, применяются ограничительные поверхности.
Эргономические размеры тела, по методам измерений и практическому значению, делятся на статические и динамические [2, 3]. В настоящей работе рассмотрены только статические размеры тела, как наиболее часто используемые и наиболее актуальные. Это размеры тела, измеренные однократно в статическом положении испытуемого, который принимает при измерении условную и постоянную позу. В свою очередь эти размеры делятся на габаритные и размеры отдельных частей тела.
Габаритные размеры - наибольшие линейные размеры тела в разных его положениях и позах, ориентированные в разных плоскостях (размах рук, горизонтальная и вертикальная досягаемости рук и т.п.). Их измеряют по наиболее удаленным точкам тела и используют, в основном, для расчетов параметров рабочего места, а также для расчетов максимальных и минимальных границ досягаемостей моторного пространства. Точность измерения габаритных размеров тела человека может быть снижена до 10 мм, но не более.
Получение и систематизация антропометрических размеров выполнялись в два этапа. Первый этап - сбор материала, т. е. измерения изучаемой группы населения. На этом этапе необходимо учитывать правила планирования выборки [4]. Второй этап - обработка собранного материала для выявления конкретных размеров.
Применительно к задачам конструирования и анализа уже существующих рабочих мест и рабочего оборудования широкое применение могут иметь антропометрические размеры тела человека, представленные в атласах [5], справочниках, статьях и отчетах. Но в некоторых случаях использовать имеющиеся в этих источниках данные будет не достаточно корректно, так как зачастую представленный контингент населения не совсем соответствует исследуемой в конкретном случае группе людей. Изучаемый нами контингент - работники ремонтных мастерских организаций и предприятий сельского хозяйства, который, по нашему мнению, имеет некоторые антропологические отличия и особенности. В связи с этим, предлагается провести самостоятельно антропометрические исследования некоторых признаков изучаемой группы людей, в соответствии с методикой разработанной частной программы измерений. Были выбраны три признака, которые, по нашему мнению, могут быть использованы для последующего проведения эргономического анализа металлорежущего оборудования, наиболее часто используемого при ремонтных работах в АПК.
Методика измерения
Частная программа основана на методике антропометрических измерений У. Вудсона и Д. Коновера [6]. Программа содержит перечень измеряемых признаков, которые необходимы для проведения эргономического анализа конструкции оборудования. В программе указаны контингент исследуемых лиц, используемые измерительные инструменты и приспособления, задана точность измерения, степень обнаженности испытуемых, подробно описано положение тела и поза измеряемого.
При измерении антропометрических признаков, в качестве ориентиров, использовались антропометрические точки, имеющие строгую локализацию, а также наиболее выступающие точки, располагающиеся на разных участках поверхности тела. В эргономических исследованиях эти точки находили путем соприкосновения определенных частей тела с ограничительными плоскостями, которые создают искусственно, как своеобразные базы отсчета (стенка стенда).
В качестве инструментов, используемых для проведения эргономических измерений, были выбраны:
-стенд с разграфленной сеткой;
- рулетка измерительная металлическая ГОСТ 7502-98.
Контингент лиц, подлежащих антропометрическому исследованию, состоит из работников предприятий АПК Орловской области русской национальности в возрасте от 20 до 50 лет. Нами было измерено 500 человек.
Известно, что точность измерения зависит от количества измерений, типа размера и применяемого инструмента. В проводимых нами измерениях была принята следующая точность. Для определения длины тела человека, точность измерения находилась в пределах до 5 мм, для определения высоты локтя над полом и боковой досягаемости - до 2 мм. Полученные цифровые значения округлялись нами в сторону увеличения значения признака.
Положение тела и поза измеряемого определяются поставленными задачами исследования. При решении одной задачи положение тела и поза у каждого измеряемого должны быть идентичны.
Степень обнажения измеряемого также определялась задачами эргономического исследования. С учетом того, что измеряемые нами эргономические размеры при наличии одежды увеличиваться не будут, измерения проводились на испытуемых, одетых в одинаковую для всех рабочую одежду.
Для измерения были выбраны следующие признаки:
- рост человека стоя (расстояние по вертикали от пола до макушки головы);
- высота локтя над полом (вертикальное расстояние от пола до вершины локтя);
- досягаемость руки в сторону (расстояние по горизонтали от сагиттальной линии тела до наиболее выступающей точки основной фаланги среднего пальца на тыльной поверхности).
Полученный в результате проведенных измерений первичный материал разгруппировывался для дальнейшего использования и выявления типичных черт изучаемого признака.
В процессе обработки эмпирических данных, полученных при измерении значений признака (рост, высота локтя над полом, досягаемость руки в сторону), строился вариационный ряд (распределение признака). В дальнейшем, определяли одну из важных характеристик вариационного ряда - среднюю арифметическую X. С ее помощью получили нужные сводные статистические характеристики, при изучении конкретных массовых закономерностей.
В целях повышения достоверности, вычисляли взвешенную среднюю арифметическую, уравнение которой имеет вид, [7]:
^ _ А-Щ + 4 -т, +...+ 4-т„
тх + тг +т3 + ....+ тп
(1)
где L12¡..л - средние значения признака каждого интервала вариационного ряда (центр интервала).
Очевидно, что индивидуальные значения любого исследуемого признака различаются между собой и в силу этого отклоняются от средней в ту или иную сторону. Величина отклонений индивидуальных значений признака от средней показывает размер изменчивости признака.
В качестве меры колеблемости признака применяли средний квадрат отклонения, или дисперсию й (й = о2).
Взвешенная дисперсия определяется уравнением, [7]:
в=
т
2>
(2)
Другой мерой изменчивости признака мы выбрали среднеквадратичное отклонение о, определяемое по формуле, [7]:
У*-12
I
т
т
(3)
иначе:
(4)
После нахождения средней, дисперсии распределения и среднеквадратичного отклонения, с помощью нижеприведенного уравнения определяли стандартное (нормированное) отклонение 1:
1 = -
Ь-Ь
(5)
Определив значения t для каждого интервала, определяли плотность нормального распределения, или дифференциальную функцию, которая является подынтегральной функцией интегрального закона распределения, т.е.
1
где 1 - стандартизованная (нормированная) величина.
■ е
(6)
Так как эта функция широко используется в математической статистике, все ее значения при разных t табулированы. Графическое изображение дает кривую нормального распределения.
2
г
2
Для выполнения необходимых расчетов плотность стандартного распределения находили по таблице приложения I, [7].
Затем определяли теоретические частоты нормального распределения и устанавливали точность описания теоретической кривой результатов измерений.
Близость эмпирических и теоретических распределений оценивали с помощью критерия Колмогорова, который основывается на соотношении накопленных частот (Б) теоретического и эмпирического рядов.
Применительно к задачам эргономики, кроме вышеперечисленных статистических параметров, также определяют: значения признаков, соответствующие определенным перцентилям (Р^, коэффициент асимметрии Ка ,[8]. Для исследуемых признаков определялись значения 1-го, 5, 50, 95 и 99-го перцентилей, для чего использовали формулу:
Р=4+ к
т
у у
(7)
где Lн - нижняя граница интервала, содержащего перцентиль р k - величина интервала дробления ряда данных; Б - накопленная частота интервала, содержащего перцентиль р mp - частота интервала, содержащего искомый перцентиль;
К - величина, определяющая нижнюю границу интервала, содержащего перцентиль р В качестве показателя отклонения вариационного ряда от симметрии, применяется простой эмпирический коэффициент асимметрии, определяемый по формуле:
Т. 1-М,
Ка=-(8)
<7
где М0 - мода.
Результаты и их обсуждение
Анализ полученных антропометрических данных, выполненный вариационно-статистическим методом обработки, позволил графически изобразить эмпирические и теоретические кривые распределения изучаемых эргономических признаков. Для примера ниже представлены кривые распределения для признака «высота локтя руки над полом» (рис. 1).
На основании полученных графиков распределения путем сравнения можно сделать следующий вывод: теоретическая кривая довольно хорошо описывает эмпирические данные.
Проверку гипотезы о соответствии теоретического закона распределения, принятого для отображения полученного эмпирического ряда осуществляли с помощью критерия согласия Колмогорова. По найденному значению Л, определяемого как абсолютная величина максимальной разности накопленных частот эмпирического и теоретического рядов, деленного на корень квадратный из числа наблюдений, определяем вероятность достижения величины Р (Л). В случае исследуемого признака - высота локтя над полом - для величины Л равной 0,67 определяем достижение величины Р(Л), которое составит Р(Л) = 0,7920. Полученная величина Р(Л) значительна (больше 0,05), поэтому можно утверждать, что расхождение между частотами случайно, и теоретическое распределение хорошо воспроизводит эмпирическое.
Полученные значения признаков, соответствующие 1 -му, 5, 50, 95 и 99-му перцентилям, представлены в таблице 1.
Коэффициент асимметрии >0 и составляет 0,27, что указывает на правостороннюю скошенность вариационного ряда.
то
950 970 990 ЮЮ ЮХ Ю50 ЮТО Ю90 11Ю 11Х 450 НТО 1190 12Ю 12Х 1250 12Т0
!., мм
Рисунок 1 - Кривые распределения 500 человек по высоте локтя руки над полом: 1 - теоретические частоты распределения; 2 - эмпирические частоты распределения
Полученные результаты представлены в сводной таблице 1.
Таблица 1 - Результаты обработки эмпирического материала
Признак ст Абсолютная частота, т: Теоретическая частота, т 1% 5% 50% 95% 99% Ка
рост, мм ± 60,0 500 500 1590 1689 1770 1888 1942 0,09
высота локтя над полом, мм ± 65,8 500 491 975 1021 1120 1219 1244 0,27
досягаемость руки в сторону, мм ± 45,1 500 492 736 774 829 895 918 0,03
Выводы
1. Теоретическое нормальное распределение исследуемых признаков с достаточной точностью отражает поведение распределения эмпирической совокупности.
2. Критерий согласия Колмогорова с достаточной вероятностью указывает на несущественное расхождение между эмпирическими и теоретическими частотами, и принятый закон распределения отражает существенные черты результатов измерений.
3. Принятый закон нормального распределения может быть принят в качестве модели эмпирического распределения исследуемых признаков.
4. Полученные значения признаков, соответствующие 1-му, 5, 50, 95 и 99-му перцентилям, представленные в таблице 1, могут быть эффективно использованы для эргономических расчетов и анализов рабочих мест.
ЛИТЕРАТУРА
1. Строкина, А.Н. Эргономическая антропология в проектировании и оценке эргатических систем : дис....д-ра псих. наук : 19.00.03 / Строкина Алла Николаевна. - М.: 2005. 316 с.
2. Строкина, А.Н. Об использовании метода антропометрии применительно к задачам эргономики / А.Н. Строкина // Новые методы новые подходы в современной антропологии : сб. ст. -1997. С. 71 - 80.
3. Строкина, А.Н. О специфике метода антропометрии в эргономических исследованиях / А.Н. Строкина // Вопросы антропологии. М.: 2000. Вып. 90. С. 151-167.
4. Дунаевская, Т.Н. Размерная типология населения с основами анатомии и морфологии / Т.Н. Дунаевская, Е.Б. Коблякова, Г.С. Ивлева и [др.]. М. : Академия. Мастерство. 2001. 288 с.
5. Строкина, А.Н. Антропо-эргономический атлас / А.Н. Строкина, В.А. Пахомова. М.: Изд-во МГУ. 1999. 192 с.
6. Вудсон, У. Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников конструкторов / У. Вудсон, Д. Коновер ; пер. с англ. А.М. Пашутина, В.Ф. Венда. М.: Мир. 1968.
7. Венецкий, И.Г. Теория вероятностей и математическая статистика // И.Г. Венецкий, Г.С. Кильдишев. М.: Статистика. 1975. 264 с.
