CC BY
51
УДК 614.84:664
АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР
В СОЗДАНИИ ЭРГОНОМИЧНОЙ ПОЖАРНОЙ ТЕХНИКИ
Самохвалов Юрий Петрович
Самохвалов Дмитрий Юрьевич
Ю. П. Самохвалов
полковник внутренней службы (в отставке), до 2003 г. начальник кафедры общепрофессиональных дисциплин Ивановского филиала Академии Государственной противопожарной службы МВД России
Д. Ю. Самохвалов
майор внутренней службы, преподаватель кафедры пожарной тактики Ивановского института Государственной противопожарной службы МЧС России
На основании проведенных исследований установлено, что средний рост пожарного составляет 164,5 см, среднее квадратичное отклонение роста пожарных — 6,01 см. Рост пожарных, как случайная величина, подчиняется нормальному закону распределения; группа лиц ростом 164,5 - 188,5 см охватывает 95% всех наблюдений. На основании показателей роста определены величины антропометрических признаков пожарных и поправки к ним с учетом зимней одежды. Полученные значения антропометрических признаков пожарных 5-го, 50-го, 95-го перцентилей позволят наиболее полно использовать антропометрический фактор при создании эргономичной пожарной техники.
Атропология изучает человека с биологической и социальной точек зрения. Эргономика ограничивается чаще всего связью с физической антропологией, которая в основном оперирует количественными характеристиками, учитывающими антропометрические данные человека. Неправильно выбранный размер в системе "человек - машина" может стать критическим в работе человека, создавая опасность и угрозу для здоровья работающего.
При создании новой пожарной техники, боевой одежды для пожарных, проведении эргономической экспертизы не следует использовать антропометрические данные "среднего" по стране человека. Необходимо исходить из антропометрии именно пожарных, так как специфика профессии накладывает существенные поправки. Например, средний рост мужчин (данные по г. Москве) среди инженеров составляет 170,7 см, среди слесарей — 168,9 см [1]. Не следует также использовать антропометрические данные "среднего пожарного", так как в этом случае может оказаться, что только 4% от всей совокупности будут средними [2].
Зная среднее значение признака X, среднее квадратичное отклонение а, закон распределения вероятностей, можно в каждом отдельном случае определить процент пожарных, у которых величина этого признака попадает в тот или иной интервал [2]. При нормальном законе распределения вероятно-
стей интервалу х ± 1а| соответствует 68,0% от числа всех наблюдений, интервалу х ± 2а — 95,0%, х ± 3а — 99,7%.
Для определения показателя среднего роста пожарных в возрасте от 20 до 45 лет в 2004 г. были произведены соответствующие антропометрические измерения во Владимирском, Ивановском, Ярославском гарнизонах пожарной охраны, а также слушателей заочного отделения и выпускников 2004 г. очного отделения Ивановского института Государственной противопожарной службы МЧС России.
По нашему мнению, выборка из 905 измерений является достаточно представительной для проверки гипотезы, что рост пожарных, как случайная величина, подчиняется нормальному закону распределения. Согласно методам [3] полученные данные роста были сгруппированы по интервалам в порядке их возрастания, после чего было произведено выравнивание эмпирического распределения по гипотетическим теоретическим.
Среднее значение роста пожарных х и его среднее квадратичное отклонение а вычислялись по известным формулам для данных, объединенных в группы [3]:
1 *
х = - X (х1т"); (1)
п I=1
а =
-Ц-Х(х, - *)
п -11=1
ш",
(2)
где п — число измерении
, п = X
ш, ;
г = 1
5 — число групп выборки (интервалов); ш" — эмпирические (накопленные) частоты в г-м интервале;
х, — середина г-го интервала попадании, см. Теоретические частоты ш™ определялись по формуле:
ш™ = Р(х,) п, (3)
где Р (хг) — вероятность попадания в г-И интервал,
к
Р(х,) = -Ф(х); а
(4)
к — ширина интервала, см; ф(х) — дифференциальная функция нормального распределения (плотность),
Ф(х) = -^= е - ^
(5)
На рис. 1 приведены значения эмпирических и теоретических частот попадании в интервал роста пожарных. Данные вычислении представлены в табл. 1, откуда следует, что х = 176,5 см, а = 6,01 см.
Эмпирические частоты \
Теоретические / частоты
200-
150 -
100-
ты о 3 та
О (Я
ар ^ £
I
и
50
0
_£к
Л
1
1
158 164 170 176 182 188 194
Рост пожарных, см Рис. 1. Гистограмма распределения роста пожарных
Для подтверждения гипотезы о нормальности распределения роста пожарных был выбран критериИ Пирсона х2 [4]:
X
5 I,„„" ,„„т\ 2
= у (ш - ш )
т
(6)
г = 1
ш,
Частоты в интервалах, встречаемость которых менее 5, были объедены с соседними частотами [3 -5]. Число групп выборки после объединения частот в интервалах составило 5 =11. Далее было вычислено значение х2 = 8,13 (см. табл. 1).
По приложению 5 руководства [5] при уровне значимости а = 0,05 и числе степеней свободы к = 5- 3 = 11-3 = 8 находимх2табл = 15,5.
Таблица 1. Данные по определению: среднего роста, среднего квадратичного отклонения роста пожарных, теоретических частот попадании в г-И интервал, критерия Пирсона
№ Середина
п/п интервала
х,, см
Накопленные частоты в
н
интервале ш1
(X - х)2 ш"
Плотность Вероятность распределе- попадания в ния ф(х;) интервал Р (х, )
Теоретические
т
частоты ш,
(ш" - ш™)2
т
ш
1 158 1 158 343,36 0,00344 0,00172 1,554 2,0633
2 161 12 11 1771 2653 0,01416 0,00707 6,395 7,9
3 164 24 3936 3768 0,0454 0,02266 20,51 0,59421
4 167 44 7348 3996,1 0,11348 0,05664 51,26 1,02913
5 170 99 16830 4221,4 0,22109 0,11036 99,87 0,00766
6 173 137 23701 1707,1 0,33574 0,16759 151,7 1,41849
7 176 198 34848 55,618 0,39739 0,19837 179,5 1,90201
8 179 160 28640 976,14 0,36663 0,18301 165,6 0,19109
9 182 122 22204 3650,3 0,26365 0,13161 119,1 0,07041
10 185 69 12765 4950,1 0,14778 0,07377 66,76 0,0752
11 188 30 5640 3946,8 0,06456 0,03223 29,17 0,02381
12 191 8 1528 1675 0,02199 0,01097 9,932
13 194 1 10 194 305,2 0,00584 0,00291 2,636 13,11 0,73942
14 197 1 197 419,02 0,00121 0,0006 0,545
£ 905 159760 32667 0,99951 904, 6 8,11473
х = 176,53 см а = 6,01 см X2 = 8,11
Для инженерных расчетов уровень значимости а = 0,05 считается вполне достаточным [3, 5]. Гипотеза о нормальном законе распределения при данном уровне значимости не отвергается, так как
X расч ^ X табл (8,13 < I5,5).
В эргономике при разработке рекомендаций, основанных на данных обмера группы лиц, используются антропометрические данные 95%-ного уровня (отбрасываются 5% самых низких и 5% самых высоких людей). С учетом результатов обработки данных по измерению роста пожарных с применением теории вероятности и математической статистики можно утверждать, что группа лиц ростом 164,5 - 188,5 см охватывает 95% всех наблюдений.
Однако данных только по росту пожарных недостаточно для разработки новых пожарных автомобилей с точки зрения удобства: посадки пожарных в автомобиль по сигналу тревоги (высадки из него); размещения в кабине боевого расчета при следовании к месту пожара; работы с пожарным оборудованием при проведении боевого развертывания и тушении пожара. Для этой цели необходимо иметь данные по следующим антропометрическим признакам: расположение плечевой точки, ширина плеч и таза, локтевая ширина, длина туловища (рост сидя) и др. Эти данные также будут полезны при конструировании боевой одежды пожарных и позволят определить не только требуемые размеры, но и потребность в них (количество).
Учитывая, что антропометрические признаки человека в основном пропорциональны росту [1], на основании коэффициентов пропорциональности антропометрических признаков были найдены их значения. Коэффициенты пропорциональности Кг для пожарных 5-го, 50-го, 95-го перцентилей определялись следующим образом: для г-го перцентиля из различных литературных источников [1, 2,6-10] выбирались необходимые антропометрические данные для людей в интервале роста х ± 1,5 см (интервал безразличия). Данные суммировались, затем усреднялись:
к = £ р
г = 1 I
(8)
где Рг — значение г-го признака в интервале роста х ± 1,5 см;
п — количество источников. При этом принималась правомерность объединения данных из различных источников в отношении коэффициентов корреляций и регрессий, если они получены для групп численностью 300 чел. и более [3, 5].
Так, для определения длины туловища (рост сидя) у пожарных 50-го перцентиля К150Р (рост 176,5 см) из источника [9] в интервале роста 175 - 178 см (с учетом интервала безразличия) были взяты следующие данные:
х = 175,6 см, х = 175,8 см, х = 177,1 см, х = 176,6 см, х = 178,0 см,
Далее по формуле (8) было вычислено значение коэффициента пропорциональности данного антропометрического признака для пожарного 50-го пер-центиля:
а = 6,25 см, К = 0,52;
а = 6,2 см, к = 0,526;
а = 6,0 см, к = 0,526;
а = 6,3 см, К1 = 0,52;
а= 6,17 см, к = 0,52.
К
1 50Р
0,52 + 0,526 + 0,526 + 0,52 + 0,52 5
= 0,522.
Аналогичным образом были определены коэффициенты пропорциональности Кг для интересующих нас антропометрических признаков пожарных 5-го, 50-го, 95-го перцентилей, их величины приведены в табл. 2, данные соответствуют рис. 2.
Рис. 2. Антропометрические данные пожарных (наименования признаков, их величины, поправки к размерам даны в табл. 2 и 3)
Таблица 2. Антропометрические признаки пожарных 5-го, 50-го, 95-го перцентилей
№ п/п Наименование признака 5Р, рост 164,5 см 50Р, рост 176,5 см 95Р, рост 188,5 см
Пояснение к измерениям К Величина, см К Величина, см К Величина, см
1 Длина туловища (рост сидя) Расстояние от сиденья до макушки головы 0,519 85,4 0,522 92,1 0,524 98,8
2 Высота плечевой точки Расстояние от уровня пола до середины плеча 0,813 133,7 0,824 145,4 0,832 156,8
3 Ширина плеч Расстояние между дельтовидными мышцами 0,254 41,8 0,263 46,4 0,267 50,3
4 Локтевая ширина Измерение производится сидя с прижатыми локтями 0,232 38,2 0,257 45,4 0,275 51,8
5 Ширина таза сидя Измерение производится в положении сидя 0,199 32,7 0,208 36,7 0,219 41,3
6 Ширина коленей Измерение производится в положении сидя 0,11 18,1 0,114 20,1 0,118 22,2
7 * Длина руки* Величина измеряется от плечевой точки до пальцев 0,436 71,7 0,441 77,8 0,446 84,1
8 Толщина тела ** Величина измеряется по боковому профилю тела - - 0,167 29,5 - -
9 Длина подколенной части бедра Измерение производится в положении сидя 0,263 43,3 0,282 49,8 0,287 54,1
10 Высота подколенной части бедра Измерение производится в положении сидя 0,242 39,8 0,254 44,8 0,259 48,8
При захвате органа управления всей кистью величину признака следует уменьшить на 12,7 см. Наибольший саггитальный диаметр тела в пределах нормы составляет 30 см.
Таблица 3. Величины поправок к размерам тела пожарного с учетом зимней одежды
№ п/п Наименование признаков Обозначение в формулах, рисунках Поправки к размерам Ах,, мм
0 Рост X +25
1 Длина туловища (рост сидя)* Ьт +20 (+58*)
2 Высота плечевой точки Нп +25
3 Ширина плеч вп +38
4 Локтевая ширина Вл +114
5 Ширина таза Вт +50
6 Ширина коленей Вк +52
7 ** Длина руки** 0 (-127**)
8 Толщина тела г т +38
9 Длина подколенной части бедра Ьб 0
10 Высота подколенной Нб +25
части бедра
При определении длины туловища пожарного в каске поправка принимается равной 58 мм.
Поправки не учитываются (при захвате органауправ-ления всей кистью величину признака следует уменьшить на 12,7 см).
Величины антропометрических признаков пожарных были получены без учета одежды, которая в большинстве случаев увеличивает размеры. Поэтому в соответствии с данными работ [2, 7] в полученные размеры тела пожарного были введены поправки, зависящие от одежды. Величины этих поправок с учетом зимней одежды представлены в табл. 3 (номера позиций соответствуют табл. 2).
Полученные нами антропометрические признаки пожарных 5-го, 50-го, 95-го перцентилей позволят более полно использовать антропометрический фактор при конструировании эргономичной пожарной техники. Так, например, высота подножки у пожарного автомобиля не должна быть больше высоты подколенной части бедра самого низкого пожарного; в кабине боевого расчета должен свободно разместиться пожарный высокого роста; пожарное оборудование на пожарном автомобиле должно располагаться в пределах зоны досягаемости пожарных низкого роста и т.д.
Не человека надо "подгонять" под технику, а технику под человека, создавая ему удобство и безопасность в работе!
ЛИТЕРАТУРА
1. Размерная типология населения стран-членов СЭВ. — М.: Легкая индустрия, 1974. — 440 с.
2. Вудсон У., Коновер Р. Справочник по инженерной психологии для инженеров и конструкторов. — М.: Мир, 1970. — 518 с.
3. Статистические методы обработки эмпирическихданных. — М.: Стандарты, 1978. — 232 с.
4. ГОСТ 11.006-74. Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. — М.: Изд-во стандартов, 1974. — 24 с.
5. Гмурман В. Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учеб. пособие для студентов вузов. — М.: Высшая школа, 2000. — 400 с.
6. Геслер В. М. Основы технической эстетики и эргономики: Учеб. пособие. — Калинин: 1974.— 263 с.
7. Инженерная психология в применении к проектированию оборудования (пер. с англ.) — М.: Машиностроение, 1971. — 488 с.
8. Пупко А. Б. Система: человек и военная техника. — М.: Воениздат, 1976. — 252 с.
9. Сидоров О. А. Физиологические факторы человека, определяющие компоновку поста управления машиной. — М.: Оборонгиз, 1962. — 364 с.
10. Аствацатуров А. Е. Основы инженерной эргономики (Инженерные задачи охраны труда и окружающей среды в сельскохозяйственном машиностроении). — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1991. — 208 с.
Поступила в редакцию 06.07.05.
