Основы художественного конструирования
Лекция 15. "Основы конструирования"
Основы художественного конструирования.
До сих пор мы говорили об инженерном конструировании :
Инженер–конструктор обеспечивает взаимодействие узлов и деталей машины, её высокие эксплуатационные характеристики , максимальный КПД минимальную материалоёмкость ( при оптимальной прочности и жёсткости ) и высокий уровень технологичности .
Художественное конструирование ( design ) возникло в среде инженерного конструирования в связи с развитием массового производства изделий , непосредственно предназначенных для использования человеком , а также в связи с общим повышением потребительских требований к качеству промышленных изделий .
Иначе говоря , промышленные изделия , прошедшие Художественно–конструкторскую разработку должны быть полезными и красивыми .
Поэтому художник–конструктор обеспечивает ,– зрительную целостность формы изделия, – правильное выражение в форме изделия его назначения и способа его эксплуатации , – соответствие (соразмерность ) изделия человеку , – отражение в форме изделия признаков господствующего в настоящий момент стиля в формообразовании изделий данного вида .
Художественное конструирование – комплексная междисциплинарная конструкторско– художественная деятельность , интегрирующая в себе элементы естественно–научных , технических , гуманитарных знаний , инженерного конструирования и художественного мышления .
Центральная проблема Дизайна – создание предметного мира , эстетически оцениваемого как «соразмерный» , «гармоничный» , «целостный» .
Рекомендуемые материалы
Дизайнер создаёт такие продукты и орудия труда , которые сами получают способность «по–человечески относиться к человеку» , т.е. обладают эстетической ценностью .
Конструирование ( проектирование ) промышленного изделия лишь тогда приводит к желаемому результату , когда конструктор , технолог и дизайнер работают в тесном творческом контакте и когда каждый из них хорошо понимает задачу другого и её значение .
Цель изучения Основы Художественного Конструирования – получение минимальных теоретических знаний в области дизайна .
Мы рассмотрим такие вопросы :
элементы инженерной психологии и эргономики ;
основы композиции и цветоведения ;
элементы промышленной эстетики .
Техническая эстетика – теория дизайна , изучающая особенности художественной деятельности в сфере техники . Эта отрасль общей эстетики обобщает практику массового изготовления орудий труда (станков , машин ) и других предметов , сочетающих в себе утилитарные (практически полезные ) и эстетические качества , т.е. – законы красоты , действующие в промышленном производстве .
* é Эстетика ( общая) – наука об [ национально , классово ,] исторически обусловленной сущности общечеловеческих ценностей , их создании , восприятии , оценки и освоении . Это– философская наука о наиболее общих принципах освоения мира по законам красоты .... º û
º теория искусства .
Инженерная психология – отрасль психологии , изучающая закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники .Данные этой науки используются для проектирования , производства и эксплуатации систем «человек– машина» и систем «человек–машина–среда».
Эргономика ( от греческого ergon – работа и nomos – закон ) – научная дисциплина , комплексно изучающая человека ( группу людей ) в конкретных условиях его (их) трудовой деятельности с использованием технических средств . Цель Эргономики – оптимизация предметного содержания , орудий , условий и процессов труда , повышение привлекательности и удовлетворенности трудом .
Промышленная эстетика ( искусство ) – весь предметный мир , создаваемый человеком средствами промышленной техники по законам красоты и функциональности .
Элементы Промышленной эстетики :
промышленный интерьер ;
промышленная графика ( товарные и фирменные знаки ) ; реклама; тара и упаковка .
Система « Человек – машина » [ «Человек–машина–среда»] .
Человек ( человек– оператор ) занимает основное место в управлении созданной им техникой . Технические средства помогают человеку усиливать его возможности с точки зрения физической силы , скорости действия производительности труда .
Ведущий принцип организации взаимодействия в системе « Человек–Машина » – ориентация на человека , как субъекта труда и творчества , с целью наиболее полного и рационального использования его интеллектуального и творческого потенциала . Т.О–М.– средство поддержания профессиональной деятельности человека : « Машина – для человека , а– не человек для машины !!! » .
NB Научная и практическая задача организации систем «Человек–Машина–(Среда)» состоит в рациональном распределении и согласовании функций между Человеком и Машиной при сохранении ответственности за Человека !
Эту задачу решает Инженерная психология . При этом Человек–Оператор рассматривается в первую очередь не как звено системы , а именно как живого человека , обладающего такими свойствами , как :
восприятие ;
внимание ;
скорость реакции ;
память , мышление , потребность в общении ;
емкость и долговременность ;
образность и гибкость оперативного мышления и т.д.
В инженерной психологии рассматривают :
сенсорный вход ( органы чувств , или рецепторы человека ) и моторный выход (двигательный или эффекторный аппарат человека) Человека–Оператора ;
процессы переработки информации и задачи управления машинами ( объектом ) ;
нормальные и критические условия жизнедеятельности Человека–Оператора ( физиологический или материальный ) .
é Человек Þ индуктивное мышление
Машина Þ дедуктивные действия û
По этим аспектам мы рассмотрим лишь некоторые рекомендации , которые могут оказаться полезными при конструировании пультов управления , приборных панелей , конструкторско–инженерных устройств и т.п.
При художественном конструировании применяются схемы взаимосвязей :
простая : Человек–Объект
«Треугольник взаимосвязей» : Человек–Система управления–Объект ( среда ) ;
Ч–О : Оператор станка ЧПУ ;
СУ : Блок ЭЧПУ ;
О : Станок .
1 – получение Ч–О от СУ разнообразной выходной информации в виде сигналов от приборов ( отсчётные , световые , звуковые ) .
2 – формирование человеком сигналов управления в виде действий по настройке , регулирования , управления станком .
3 – непосредственное воздействие объекта ( среды ) на Ч–О : расположение элементов блока управления должно соответствовать психофизиологическим возможностям .
4 – воздействие человека на объект (среду) : работа со станком требует не только определённых знаний и навыков ,но и «совместимости» параметров объекта с человеком ( с учётом «помех» ) .
5 – воздействие СУ на объект ( среду ) : система ЧПУ станка может иметь определённые геометрические размеры ( что не всегда позволяет разместить её в станке ) .
6 – воздействие О(С) на СУ : СЧПУ должна нормально работать в условиях вибрации , загрязнённой атмосферы цеха , и других нежелательных воздействий .
Системный подход .
Чтобы упростить сложные процессы анализа работы Человека–Оператора в системах взаимосвязей применяют частотные модели поведения Человека–Оператора .
Чаще всего Человек–Оператор выступает в роли «машины» по приёму и выработке информации .
W – воздействие внешней среды .
Y = F ( X , W ) .
Основные рецепторы ( органы чувств ) :
Р 1 – зрение ;
Р 2 – слух ;
Р 3 – осязание ;
Рпр. – (тактильные) : обоняние ,вкус ,равновесие (вестибулярный аппарат ) .
Основные эффекторы (формируют сигналы управления ) :
Э 1 – пальцы рук (кисть) (точные , но менее сильные ) ;
Э 2 – ноги ( менее точные , но более сильные ) ;
Эпр. – звуковые команды ( речь ) , биоэлектрические потенциалы, параметры физиологической активности ( , потоотделение , частота пульса и др. )
В соответствии с органами чувств на деятельность человека оказывают влияние () :
освещённость и цвет среды ;
шум , атмосферное давление ;
характер поверхностей , с которой имеется контакт ;
наличие запахов и токсичных веществ ;
рабочая поза , и влажность ( термолабильность ) .
Для оптимизации связи Человека–Оператора с Оборудованием
необходимо знать :
какое количество информации Человек– Оператор может принять , передать или переработать в единицу времени : «Пропускная» способность и предельные скорости различных реакций ;
какова точность восприятия и выдачи различных сигналов : время «задержки» (обработки) сигналов ;
какова надёжность работы Человека–Оператора : способность противостоять .
При этом вопросы необходимо решать путём «подгонки» параметров объекта конструирования под способности и возможности человека , а не наоборот .
Т.к. приём и переработка информации – процессы познавательные (ощущение – восприятие – представление ® мышление ) , которые сформировались в течение тысячелетий эволюции человека .
«Прибором» человека , с помощью которого он воспринимает или формирует сигналы , являются анализаторы : Рецептор + Нервные пути – центр в коре больших полушарий .
Рецепторный аппарат тесно связан с эффекторным (двигательным ) аппаратом .
Если рассмотреть Схему прохождения сигнала по контуру управления : Человек–Оператор « Объект , можно выделить 9 характерных стадий ( звеньев ) :
¬ восприятие показаний ( сигналов ) ;
Á преобразование показаний индикатора в форму удобную для сравнения с программой работы ® ;
¯ принятие решения об изменении программы работы ;
° воздействие на органы управления объектом ;
± перемещение рабочих элементов регуляторов ;
² реакция объекта на воздействие ;
Ç работа объекта по новой программе ;
´ отображение нового режима работы на индикаторах .
Основная характеристика этого процесса – скорость обращения сигнала по контуру управления , кроме того ,– погрешностями и надёжностью звеньев ; скоростью обработки информации в них .
Скорость обращения сигналов по контуру управления определяется временем полного цикла регулирования :
Т = Т0 + ТМ ,
где Т0 – время задержки сигнала оператором ( стадии 1...5 ) ; ТМ – время задержки сигнала объектом ( стадии 6...9 ) .
! Всегда Т0 >> ТМ . Т0 – определяется следующими компонентами :
анализаторами и длительностью латентного периода ( время от момента появления сигнала среднего уровня до ответа на него действием ) :
лп (за) = 0,15 .... 0,22 с
лп (са) = 0,12 .... 0,18 с
лп (та) = 0,09 .... 0,22 с
лп (общ) =0,31 ....0,39 с
Кроме того , необходимо учесть количество индикаторов и органов управления.
з 10 секунд.
А также темп работы оператора ( бит с ) :
оптимально 0,5.....5 бит с ( 0,5 – «засыпает» , 5 – «перегружен»).
Таким образом скорость обработки сигнала оператором зависит от :
характера информации ( знакомая 30...45 бс ; незнакомая ) ;
конструкции индикатора ( шкала, светофор , звук ) ;
характера считывания информации (команда , осведомление , ситуация ) ;
различимость сигнала (сигнал должен превышать фон в 3....5 раз).
Основные требования к конструкции индикаторов .
Индикаторы обеспечивают Человеку–оператору приём сигналов управления .
Основной аппарат приёма – органы чувств , являющиеся частью анализаторов.
При работе с объектами управления Человеке–оператор обычно использует только три вида анализаторов : зрительный (визуальный ) , слуховой (аудиальный) и осязательный (тактильный ) .
Особенности этих анализаторов человека (физиологические ) представляют определённые требования к конструкции индикаторов .
Зрительный анализатор , основной элемент которого – глаз , очень сложная система : 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек .
Палочки обеспечивают высокую разрешающую способность при ДО и цветовое зрение.
Колбочки– сумеречное зрение и чёрно–белое зрение .
Различают бино– и монокулярное зрение ( поле зрения ). Самая узкая область различения цвета – зелёная , самая широкая – жёлтая (даже дальтоники) .
Некоторые характеристики глаза нелинейные , если шкала используется на расстоянии до 500 мм от глаз , то пропорционально увеличения шкала на расстоянии 5 м даст в 10 раз большую погрешность .
Среднее время наведения двух глаз в одну точку – около 0,17 секунд , различение площадей двух фигур – до 2 % ; разрешающая способность по углу – 3°.... 12°, по яркости – 2 % .
Эти параметры обеспечиваются при наблюдении в течении 0,5 с. Время адаптации глаза к изменению освещённости – от 5 до 30.....40 мин.
Визуальные индикаторы могут иметь вид :
светофоров ;
счётчиков ;
шкал и светопланов .
Светофоры – сигнальная лампочка , табло или светящаяся кнопка (клавиша) : наличие или отсутствие сигнала .
Все цвета , кроме синего ! = Различимость .
Счётчики – самые точные отчетные устройства . Но их недостаток – они не могут показывать направления и скорость изменения параметра . Темп подачи сигналов , лишняя информация : нули слева .
Шкалы – по форме , подвижности . Основные требования – различимость делений и знаков.
Светопланы – электронно–лучевые трубки , люми– и газоразрядные индикаторы , жидко–кристальные индикаторы (ЖКИ) и светоизлучающие диоды (СИД), выполняемые часто в виде комбинированных дисплеев .
Для облегчения работы рекомендуется использовать мнемосхемы .
Например , проекция на лобовое стекло в летательных аппаратов .
Слуховой анализатор , основной элемент которого – ухо , воспринимает звуковые колебания простые (чистые тона ) и сложные (речь , музыка ) в широком диапазоне частот и уровней сигнала ( 20.....2000 Гц , 0,002 Нм2 ...... 100 Нм2 ) .
Слух обеспечивает стереоэффект ( 0..... 120 Дб) , биноуральный слух имеет незначительную разрешающую способность по углам , но обеспечивает приём сигналов из любой точки сферы , в центре которой Человек–оператор .
Основные рекомендации по акустическим индикаторам :
звучания сигнала 0,3.....0,5 с . ;
если используется несколько АС угол между ними должен быть 15....20(без поворота головы) или 3.....4 (при возможности повернуть голову на источник звука ) ;
учитывать биноуральность слуха и эффекты адаптации ;
наличие шума ( мешающих сигналов ) , модуляцию сигнала .
Тактильный (осязательный) анализатор – даёт возможность на ощупь определять характерные формы органов управления и облегчать или ускорять процесс управления .
Тактильные индикаторы – различимые на ощупь : рукоятки , кнопки , тумблеры .
Для лучшей различимости – размеры должны различаться между собой 20 % .
: когда органы управления рядом – но результат воздействия разный : цвет и форма !
На основании сказанного рекомендуется (общие рекомендации) :
использовать зрительные анализаторы – для решения задачи само ориентации ; снятия искажений с много шкальных приборов ; сравнения быстро следующих друг за другом сигналов ; наблюдения за источником информации и получения точной количественной информации ; оценки движения . Лучшая различимость – у дискретных сигналов ;
использовать слуховые анализаторы – для обеспечения индивидуальной одноканальной связи ; передачи кратких сообщений ; сигнализации о завершении ряда следующих друг за другом операций; для дублирующих сигналов. Для различимости– один уровень , но разная частота ;
использовать тактильные анализаторы– для тех случаев , когда зрение или слух заняты ; когда требуются подтверждающие сигналы или когда формируются простые команды управления.
Конкретно , смотреть Вудсон У. , и другие « Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников–конструкторов . « Москва , «Мир» , 1968 год .
Основные характеристики рабочей среды .
Характер физической и нервно–психологической нагрузки делят на четыре категории :
¬ лёгкая (комфортная ) рабочая среда ;
средняя ( относительно дискомфортная ) рабочая среда ;
® тяжёлая ( экстремальная ) рабочая среда ;
¯ очень тяжёлая (сверхэкстремальная ) рабочая среда .
смотри сборник стандартов безопасности труда (ССБТ) ® «Техника безопасности и охрана труда»; «Основы безопасности жизнедеятельности» .
Формирование сигналов управления – осуществляется регуляторами с применением эффекторного аппарата Человека–оператора .
Можно сказать , что в этом случае возможно два режима работы : Человек–инструмент (источник сигнала ) и Человек–машина (источник энергии ) .
При выборе или конструировании регуляторов необходимо соблюдать два основных правила :
нельзя пренебрегать двигательными навыками человека. В противном случае затрудняется процесс управления ;
для достижения максимального эффекта управления , усилия , прилагаемые человеком к регуляторам , должны соответствовать характеру действия регулятора .
По конструкции все регуляторы можно разделить на :
нажимные ( кнопки , клавиши , педали ). Для кнопок : чем реже используется и чем меньше прилагаемое тем меньше диаметр поверхности нажатия – вогнутая , для облегчения фиксации пальца .
движковые ( ручельные ) – это устройства управления простыми переключателями , которые ( как и нажимные ) должны иметь два чётко фиксируемых крайних положения ( нежелательное исключение – трёх позиционные ) .
рычажные – головки тумблеров и качающихся рычагов : должны иметь чётко различимый угол отклонения и размеры ( форму ) головки для захвата пальцами или всей рукой .
вращательные – разнообразные ручки управления с плавным или
дискретным движением рабочего элемента .
Рукоятки управления могут быть тактильными индикаторами , что даёт возможность определять характерные формы рукояток и облегчать или ускорять процесс управления.
Замечание . Большое влияние на точность и темп работы Человека– оператора оказывает степень обученности , натренированности и профессиональной пригодности ; необходимость и желание выполнять поставленную задачу .
Для обеспечения универсальности обслуживания объектов операторами с различными параметрами должен соблюдаться принцип максимальной стабильности характеристик объекта.
Поэтому индикаторы и органы управления группируются на панелях Панели управления (прибора) по их функциональному применению .
¬ Наиболее важные и часто используемые индикаторы и органы управления размещают в оптимальной зоне ;
аварийные – в легкодоступных местах вне оптимальной зоне ;
® второстепенные , периодически используемые – вне оптимальной зоны , руководствуясь правилами группировки и взаимосвязи между ними .
Последние правила состоят в следующем :
1. При групповом размещении индикаторов для контрольного считывания :
¬ при наличии в группе шести и более индикаторов – их располагают в виде двух параллельных рядов (вертикальных или горизонтальных ) ;
не делать более пяти – шести разрядов ;
® при наличии 25–30 и более индикаторов комплектовать их в 2–3 зрительно различимые группы . Лицевые поверхности индикаторов следует располагать перпендикулярно к линии взора оператора , находящегося в рабочей позе .
2. При размещении органов управления :
¬ органы управления необходимо располагать в зоне досягаемости (Человек–оператор не должен менять рабочую позу , и не требуется перекрещивать руки (ноги ) или закрывать рукой при включении индикатор ). Важные и часто используемые – в зоне лёгкой досягаемости .
органы управления необходимо располагать в последовательности , соответствующей последовательности действий (например, включения (выключения )) , и группироваться таким образом , чтобы действия оператора осуществлялись слева–направо и сверху– вниз .
3. При правильно размещённых органах управления Человек–оператор, работая , не должен думать о предстоящих манипуляциях управления :
¬ расположение функционально одинаковых органов управления должно быть единообразным во всех группах ;
это расположение должно обеспечивать равномерность нагрузки обеих рук и ног Человека–оператора ;
® поверхности , на которых располагаются Индикаторы и Органы управления не должны быть монотонными , зоны расположения их должны быть хорошо освещены .
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 17 Проекции ускорения на оси декартовых координат.
В заключении , некоторые общие требования к органам управления :
1. Размеры их должны соответствовать прилагаемым усилиям .
2. Форма и фактура поверхности должна обеспечивать удобный захват .
3. Цветовое оформление должно быть согласовано с общим цветовым решением объекта . Не следует использовать «накладной» цвет , т.е. краски , применяют материалы соответствующего цвета , химические или гальванические покрытия .
4. Форма не должна затруднять удаление загрязнений .
5. Конструкция должна гарантировать безопасность оператора , например , от поражения электрическим током или травм эффекторов.
