Антропометрический фактор в художественном конструировании

Для снижения утомления, повышения производительности труда и предотвращения патологических изменений в организме важно учитывать индивидуальные особенности строения человеческого тела при проектировании его рабочего места, промышленного оборудования, инструмента, приспособлений и т. д. Человек служит основой при нормировании функциональных размеров всей предметно-пространственной, производственной, бытовой среды.

Еще в древности было замечено, что размеры человеческого тела неустойчивы. Но выражали их не в абсолютных, а в относительных единицах, т. е. в пропорциях. При создании произведений искусства и архитектуры художники и зодчие стремились канонизировать такие пропорции человеческого тела, которые соответствовали их представлениям о красоте. Известный канон «золотого сечения» (в его основе лежит деление отрезка на две части, из которых большая так относится к меньшей, как их сумма к большей) был принят основным и получил широкое распространение.

Табл. 7.1. Некоторые антропометрические признаки взрослого населения России

В действительности в канонах не учитывались разнообразия пропорций человеческого тела. Так, при обследовании установили, что канону Поликлета (он гласит, что высота головы составляет 1/8 длины тела) соответствовало 18,41 %, а канону древних, согласно которому размах рук равен длине тела,– 5,4 % обследованных людей. Таким образом, канонизация отношений и пропорций человеческого тела для современного художественного конструирования представляет интерес лишь в историческом плане.

Измерениями человеческого тела занимается антропология, и в частности ее раздел – антропометрия (от греч. anthropos – человек и metreo – меряю). Измерения производят по характерным (антропометрическим) точкам с помощью специальных устройств и инструментов. Для получения достоверных данных численность измеряемой группы должна быть не менее 300 человек. Средние значения размеров определяют статистическими методами, так как их распределение подчиняется нормальному закону.

Среди антропометрических различают классические и эргономические размеры человеческого тела, а среди последних – статические и динамические. При проектировании пользуются эргономическими размерами, которые определяются при различных позах и положениях человека, условно имитирующих его рабочие позы.

Статические антропометрические признаки определяются при неизменяющемся положении человека. Они делятся на размеры отдельных частей тела и габаритные, т. е. наибольшие размеры в разных положениях и позах человека (табл. 4.1). Последние учитывают при определении минимальных размеров проходов, проездов, люков и т. д. Динамические антропометрические признаки, т. е. размеры, измеряемые при перемещении тела в пространстве, характеризуются угловыми и линейными перемещениями (углы вращения в суставах, линейные изменения длины руки при ее перемещении вверх, в сторону и т. д.) (рис.7.1).

Числовые значения антропометрических данных чаще всего представляются в виде таблиц, в которых приводятся среднее арифметическое значение признака М, среднее квадратичное отклонение s, коэффициент вариации v, значения признака, соответствующие 1, 5, 95 и 99-му перцентилям. Зная значения М и s, можно установить значения признака, которые соответствуют границам его заданного интервала. Для определения необходимых границ интервалов, минимальных н максимальных значений антропометрических признаков пользуются системой перцентилей.

Перцентиль – сотая доля объема измеренной совокупности, выраженная в процентах, которой соответствует определенное значение признака. Площадь, ограниченная кривой нормального распределения значений признака делится на 100 равных частей, или перцентилей, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Так, 5-й перцентиль ограничивает слева на кривой нормального распределения 5 % численности людей с наименьшими значениями признака, 95-й – 5 % справа, 50-й соответствует среднему арифметическому значению признака.

При проектировании оборудования, рабочих мест необходимо предусматривать, чтобы удобство их эксплуатации обеспечивалось не только для людей со средними размерами тела, но по крайней мере для 90 % работающих. Поэтому в практике проектирования чаще используются значения антропометрических признаков, соответствующие 5 и 95му перцентилям.

Антропометрические признаки определяются с учетом возрастных, половых, территориальных и других факторов, так как существенно от них зависят.

Рис. 7.1. Динамические антропометрические размеры кисти, стопы, голени

Средний рост человека не остается стабильным. В 1920 г. средний рост мужчин в нашей стране составлял 1650 мм, а в 1964 г. уже 1680 мм. В 1935 г. средний рост 13-летних девочек был 1456 мм, 14-летних мальчиков – 1523 мм, в 60-х годах – соответственно 1548 и 1600 мм. Необходимо отметить, что у людей молодого поколения имеется тенденция к увеличению всех продольных размеров тела, а у людей старшего возраста – поперечных и обхватных. Проведенные с целью определения функциональных размеров мебели для вузов исследования среднего роста студентов (на базе БТИ им. С.М. Кирова, Минск, 1970–1973 гг.) дали следующие результаты.

Средний возраст юношей (500 человек) 1 курса составил 18,1 лет, а средний рост – 1729 мм (определялся ростомером, что, правда, дает прибавку до 20 мм по сравнению с измерениями антропометром); девушек (500 человек) – соответственно 17,5 лет и 1617 мм. В последующие три года средний рост изменялся и составлял: у юношей соответственно 1740, 1743 и 1745 мм, у девушек –1624, 1626 и 1628 мм. Средний рост студентов пяти курсов оказался: юношей 1741 мм (s = 61 мм), девушек 1625 мм (s = 55 мм).

Проектирование промышленной продукции должно вестись, таким образом, с учетом изменения антропометрических признаков.

Наибольшие различия антропометрические признаки имеют в первую очередь в зависимости от пола, затем от национальных различий и далее от возрастных и профессиональных факторов .

В качестве примера в табл. 7.2 приведены продольные размеры тела мужчин и женщин трех национальностей разных возрастных и профессиональных групп (Антропометрический атлас.– М.: ВНПИТЭ, 1977, с. 9).

Табл. 7.2. Средние арифметические значения некоторых продольных размеров тела человека

Точность учета антропометрических признаков зависит от их эргономической значимости и от величины порогов мышечно-суставной чувствительности человека.

В ряде случаев размеры изделия или его отдельных элементов должны приниматься с учетом индивидуальных антропометрических данных человека, как, например, обувь, рабочие сиденья и т. д. При массовом производстве, например, сидений их конструкция должна предусматривать возможность регулировки их основных размеров так, чтобы каждый оператор смог их «подогнать под себя».

Пороги мышечно-суставной чувствительности человека определяются изменением линейных, угловых и других эргономических размеров изделия, которые человек ощущает. Так, на рабочем месте человек легко различает изменение высоты сиденья, рабочей поверхности, подставки для ног на 8–10 мм и угловых размеров на 1°. Следовательно, эти и аналогичные показатели могут быть пределами допустимых отклонений от оптимальных параметров.

В отдельных случаях массовое производство продукции, с одной стороны, и большие вариации антропометрических признаков потребителей этой продукции, с другой, требуют изготовления ее нескольких типоразмеров. Например, в связи с большими различиями антропометрических признаков учащихся школьная мебель выпускается трех типов по размерам.

Крупносерийные изделия и оборудование предназначаются для использования многими потребителями. В таких случаях достаточно учитывать минимальные и максимальные значения антропометрических признаков, но в оборудовании необходимо предусматривать возможность регулировки отдельных параметров, наиболее важных с точки зрения эргономических требований.

В некоторых объектах и изделиях антропометрические признаки могут учитываться с относительной точностью. Однако все, что конструируется и создается, предназначено для человека, и изречение древних «человек есть мера всех вещей» наиболее полно отражает сущность современных эргономических требований.