3-5. Projektowanie wskaźników i elementów sterowniczych

Projektowanie wskaźników i elementów sterowniczych musi opierać się na zasadach ergonomii zawartych m.in. w normie PN-EN 614-1+A1:2009. Celem jest zapewnienie:

• Bezpieczeństwa i wygody pracy.
• Zrozumiałości obsługi maszyn.
• Kontroli operatora nad urządzeniem.

Aby to osiągnąć, urządzenia powinny:

• Wspierać operatora, nie przeciążając go (psychofizycznie).
• Być intuicyjne (zasada samoopisania).
• Pozwalać na pełną kontrolę (zasada sterowalności).

Kluczową rolę pełnią wskaźniki i elementy sterownicze, które:

• Przekazują informacje o stanie maszyny.
• Umożliwiają reakcję operatora.
• Przekazują informację zwrotną o skutkach jego działań.

Definicje (wg PN-EN 894)

• Element sterowniczy – część układu, którą operator obsługuje (np. przycisk, dźwignia).
• Element podstawowy – często używany, ważny dla bezpieczeństwa.
• Element drugorzędny – rzadziej używany.
• Grupowanie – funkcjonalne rozmieszczenie elementów.
• Kodowanie – nadanie cech (np. kolor, kształt) w celu łatwej identyfikacji.
• Rozmieszczenie – logiczne położenie wskaźników i sterowników.

Zasady projektowania:

• Łatwość i wygoda obsługi – dostosowanie do możliwości człowieka; nieprzymuszanie rytmem pracy maszyny.
• Łatwość identyfikacji – intuicyjne, jednoznaczne komunikaty.
• Zgodność ze stereotypami – zgodność z przyzwyczajeniami (np. czerwony = zagrożenie).
• Minimalizacja błędów – redukcja ryzyka pomyłek przez projekt.
• Indywidualizacja i łatwość nauki – dostosowanie do różnych użytkowników i kultur, łatwe uczenie się obsługi.

Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej (Dz.U. 2003 Nr 169, poz. 1650 z późn. zm.)

• Maszyna musi mieć element do całkowitego i bezpiecznego zatrzymania.
• Jeśli to konieczne, urządzenie awaryjnego zatrzymania.
• Elementy sterownicze muszą być:
• • Widoczne.
  • Zidentyfikowane.
  • Oznaczone zgodnie z normami.
• Maszyny nie mogą stwarzać zagrożeń (np. przez przypadkowe użycie).
• Maszyny muszą mieć łatwo odróżnialne urządzenia do odłączenia zasilania.
• W maszynach zespołowych:
• • Sygnalizacja ostrzegawcza i alarmowa musi być widoczna i zrozumiała.
  • Sygnalizacja świetlna lub dźwiękowa informująca o uruchomieniu maszyny.

Rozporządzenie Ministra Gospodarki (Dz.U. 2008 Nr 199, poz. 1228 z późn. zm.)

• Określa zasady bezpieczeństwa konstrukcji maszyn.
• Szczegółowe wymagania opisane są w normach serii PN-EN 894.

Podsumowanie

Projektowanie wskaźników i elementów sterowniczych powinno łączyć:

• Ergonomię (dostosowanie do człowieka).
• Przejrzystość informacji.
• Zgodność z przepisami.
• Redukcję ryzyka błędów.
• Wysoki poziom intuicyjności i komfortu użytkownika.

To klucz do bezpiecznej, wydajnej i bezbłędnej obsługi maszyn oraz urządzeń technicznych.

Rodzaje wskaźników informacyjnych:

• Wizualne – najczęściej stosowane.
• Dźwiękowe – dla informacji wymagających szybkiej reakcji.
• Dotykowe – dla wsparcia w ciemności lub dla osób niewidomych.

Wskaźniki wizualne

Typy:

• Cyfrowe – kod numeryczny,
• Alfanumeryczne – litery i cyfry,
• Analogowe – wskazówka + skala.

3-5. slajd 1

3-5. slajd 2

Projektowanie:

• Kąt widzenia: zalecany 18–22' (min. 15').
• Wysokość znaku: h = d × α (α w radianach).
• Szerokość znaku: 60–80% wysokości.
• Grubość kreski – wg PN-EN 894-2+A1:2010 (slajd 3).
• Odstępy:
• • między literami: 20–50% szerokości znaku,
  • między słowami: 1–1,5 × szerokość znaku.

3-5. slajd 3

Kontrast i kierunki wskazań:

• Kontrast znak/tło: min. 3:1, zalecane 6:1.
• Standardowy kierunek:
  • W prawo/góra – wzrost,
  • W lewo/dół – spadek.
  • Wskazanie:
    • godz. 12 – stan normalny,
    • godz. 9 – minimum/wyłączenie,
    • godz. 3 – maksimum/włączenie.

Dobre praktyki:

• Grupa wskaźników powinna mieć jednolite położenie wskazówek dla łatwego monitorowania.
• Dostosowanie rodzaju wskaźnika do zadania percepcyjnego (slajd 4).

3-5. slajd 4

3-5. slajd 5

Wskaźniki dźwiękowe

Zastosowanie:

• Gdy wzrok operatora jest zajęty,
• Gdy konieczna jest natychmiastowa reakcja,
• Informacja jest krótka i prosta,
• Operator przemieszcza się.

Parametry:

• Głośność: min. 15 dB powyżej tła, min. 65 dB.
• Częstotliwość: 300–3000 Hz (najlepsze postrzeganie przez ludzkie ucho).
• Unikać nadużywania, szczególnie przy pracy grupowej.

Wskaźniki dotykowe

Charakterystyka:

• Opierają się na kształcie i fakturze (twardość, chropowatość).
• Muszą być wyraźnie wyczuwalne i rozróżnialne.

3-5. slajd 6

Zastosowanie:

• Jako uzupełnienie w ciemności,
• Główne źródło informacji dla osób niewidomych lub słabowidzących.

 

To ta część systemu sterowania, z którą bezpośrednio oddziałuje operator (najczęściej ręką). Może być aktywowany przez:

• nacisk,
• zaciśnięcie,
• objęcie.

Sposoby chwytu – definicje

• Nacisk – siła jednokierunkowa wywierana palcem, kciukiem lub całą dłonią.
• Zaciśnięcie – chwyt palcami lub kciukiem (bez zaciskania pięści).
• Objęcie – palce lub ręka całkowicie otaczają element.

Minimalne wymiary elementów sterowniczych (wg EN 894-3+A1:2010)

 

Siły i momenty aktywacji – zalecenia (wg EN 894-3+A1:2010)

Przykład maksymalnych sił i momentów:

 

Min. siła aktywacji: ≥ 5 N – zapobiega przypadkowej aktywacji.

3-5. slajd 7

Ocena wymagań – Klasyfikacja wg PN-EN 894-3+A1:2010

Klasy ogólne i szczegółowe:

 

Klasyfikacja sił/momentów sił:

 

Cechy ruchu elementów sterowniczych

Zgodnie z PN-EN 894-3+A1:2010 (punkty j–n):

• Ruch: liniowy / obrotowy
• Oś: x, y, z
• Kierunek: dodatni / ujemny względem osi
• Ciągłość: ciągły / nieciągły
• Kąt obrotu: > 180° (jeśli ciągły)

3-5. slajd 8

Cechy chwytu (punkty o–q)

• Rodzaj chwytu: nacisk, zaciśnięcie, objęcie
• Część ręki zaangażowana: palec, kciuk, cała ręka
• Kierunek siły: prostopadły / styczny do powierzchni elementu

Etapy doboru ręcznych elementów sterowniczych (wg slajdów 9–15)

Etap I – Rejestracja wymagań:

• Ogólne: dokładność, prędkość, siła (a–c)
• Szczegółowe: potrzeba wzrokowego/dotykowego potwierdzenia, unikanie przypadkowej aktywacji, możliwość użycia w rękawicach, łatwe czyszczenie (d–i)
• Cechy ruchu (j–n) i chwytu (o–q)

3-5. slajd 9

3-5. slajd 10

3-5. slajd 11

Etap II – Wybór rodzin elementów sterowniczych:

Na podstawie:

• Wymagań ogólnych
• Cech ruchu
  Zgodnie z tabelami z normy (slajdy 12–13).

3-5. slajd 12

 

3-5. slajd 13

Etap III – Wybór konkretnego typu elementu:

Na podstawie:

• Cech chwytu
• Szczegółowych wymagań
  Zgodnie z tabelami PN-EN 894-3+A1:2010 (slajdy 14–15).

3-5. slajd 14 

3-5. slajd 15

Przykład praktyczny:

Jeśli chcesz dobrać element sterowniczy do awaryjnego wyłączania:

• Preferowany grzybkowy przycisk, aktywowany naciskiem dłoni, ponieważ:
  • Działa szybko (krótki czas aktywacji),
  • Ma odpowiednią siłę aktywacji (ok. 17 N),
  • Jest trudny do przypadkowego uruchomienia (wymaga konkretnego ruchu i siły),
  • Może być stosowany w rękawicach.

Projektowanie wskaźników i elementów sterowniczych powinno zapewniać ergonomiczne i intuicyjne użytkowanie, dostosowane do pozycji operatora (siedzącej, stojącej lub zmiennej). Norma PN-EN 894-4:2010 przedstawia procedurę ich rozmieszczenia oraz klasyfikację stref obsługi i widzenia.

3-5. slajd 16

Umiejscowienie wskaźników

• Wskaźniki wizualne powinny znajdować się w naturalnym polu widzenia operatora, które ograniczone jest zakresem obserwacji wzrokowej. Wyróżnia się trzy strefy:
• • A – zalecana (najlepsza widoczność),
  • B – akceptowalna,
  • C – niezalecana.
• Rodzaje zadań wizualnych :
• • Wykrywanie – system sam informuje operatora (np. sygnał ostrzegawczy),
  • Nadzorowanie – operator samodzielnie wyszukuje informacje.
• Strefy sterowania (zasięg kończyn górnych i dolnych operatora):
• • A′ – zalecana,
  • B′ – akceptowalna,
  • C′ – niezalecana.
• Oś stref pokrywa się z naturalną linią widzenia, która przebiega 15–30° poniżej poziomu wzroku.
• Elementy o wysokim priorytecie (często używane, kluczowe dla bezpieczeństwa) należy umieszczać w strefach A i A′. Elementy o mniejszym znaczeniu mogą znajdować się w strefach B/B′, a rzadko używane – w C/C′.

Klasyfikacja priorytetów

Elementy dzielimy na:

• Podstawowe – bezpieczeństwo, szybkość, częstotliwość użycia (strefy A i A′),
• Drugorzędne – mniej ważne, używane okresowo (strefy B i B′),
• Niskiego priorytetu – np. regulacja temperatury, używane sporadycznie (strefy C i C′).

Dla każdego elementu należy określić wymagania zadaniowe: dokładność, prędkość, siła, częstość użycia i ważność operacji.

Rozmieszczenie i odstępy między elementami sterowniczymi

• Odstępy zalecane należy stosować zwłaszcza między elementami o wysokim priorytecie, aby uniknąć pomyłek i zwiększyć komfort obsługi.

Tabela minimalnych odstępów wg PN-EN 894-4 :2010:

 

• Zasada kolejności: Elementy używane w stałej sekwencji powinny być rozmieszczone zgodnie z tą kolejnością – zwiększa to szybkość reakcji operatora i ogranicza liczbę błędów.

1. Brajczewski C. i in.: Cechy antropometryczne do projektowania stanowisk pracy. Wrocław, Zakład Antropometrii PAN 1983.
2. Gedliczka A. i in: Atlas miar człowieka. Dane do projektowania i oceny ergonomicznej. Warszawa Wyd. CIOP 2001
3. Gierasimiuk J., Wróbel J.: Kształtowanie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w procesie projektowania maszyn i stanowisk pracy. W: Bezpieczeństwo pracy i ergonomia. Red. nauk. D. Koradecka. Warszawa, CIOP 1999.
4. Paluszkiewicz L.: Ergonomiczne właściwości przyrządów sygnalizacyjnych i sterowniczych. Warszawa, Inst. Wyd. CRZZ 1975.
5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 października 2008 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn (Dz.U. Nr 199 poz. 1228 zm. Dz.U. z 2011 r. Nr 124 poz. 701) - wdraża dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2006/42/WE i 2009/127/WE
6. Bezpieczeństwo pracy i ergonomia Redakcja naukowa Koradecka D. Warszawa CIOP-PIB 1997
7. Bezpieczeństwo i higiena pracy Redakcja naukowa Koradecka D. Warszawa CIOP-PIB 2008
8. PN-EN 614-1+A1:2009 Bezpieczeństwo maszyn - Ergonomiczne zasady projektowania - Część 1: Terminologia i wytyczne ogólne.
9. PN-EN 547-3+A1:2010 Bezpieczeństwo maszyn wymiary ciała ludzkiego część 3: dane antropometryczne
10. PN-EN 614-2+A1:2010 Bezpieczeństwo maszyn - Ergonomiczne zasady projektowania - Część 2: Interakcje między projektowaniem maszyn a zadaniami roboczymi.
11. PN-EN 894-1+A1:2010 Bezpieczeństwo maszyn - Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania elementów informacyjnych i sterowniczych - Część 1: Ogólne zasady interakcji między człowiekiem a wskaźnikami i elementami sterowniczymi.
12. PN-EN 894-2+A1:2010 Bezpieczeństwo maszyn - Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania elementów informacyjnych i sterowniczych - Część 2: Wskaźniki.
13. PN-EN 894-3+A1:2010 Bezpieczeństwo maszyn - Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania elementów informacyjnych i sterowniczych. Część 3: Elementy sterownicze.
14. PN-EN 894-4:2010 Bezpieczeństwo maszyn - Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania elementów informacyjnych i sterowniczych - Część 4: Umiejscowienie i rozmieszczenie wyświetlaczy i elementów sterowniczych
15. PN-EN 61310-1:2009 Bezpieczeństwo maszyn. Wskazywanie, oznaczanie i sterowanie. Część 1: Wymagania dotyczące sygnałów wizualnych, akustycznych i dotykowych.
16. PN-EN 61310-3:2010 Bezpieczeństwo maszyn -- Wskazywanie, oznaczanie i sterowanie -- Część 3: Wymagania dotyczące umiejscowienia i działania elementów sterowniczych
17. PN-EN ISO 7731:2009 Ergonomia - Sygnały bezpieczeństwa dla obszarów publicznych i obszarów pracy - dźwiękowe sygnały bezpieczeństwa.
18. PN-EN ISO 12100:2012 Bezpieczeństwo maszyn - Ogólne zasady projektowania - Ocena ryzyka i zmniejszania ryzyka.
19. PN-EN-ISO 7250-1:2017-12 Podstawowe wymiary ciała ludzkiego do projektowania technicznego - część 1: określanie wymiarów ciała ludzkiego oraz punkty odniesienia.
20. PN-EN ISO 14738:2009 - wersja angielska Bezpieczeństwo maszyn. Wymagania antropometryczne dotyczące projektowania stanowisk pracy przy maszynie.
21. PN-EN ISO 6682:2009 Maszyny do robót ziemnych - strefy wygody i zasięgu w odniesieniu do elementów sterowniczych.
22. PN-N-08001:1980 Dane ergonomiczne do projektowania. Granica zasięgu rąk. Wymiary.(norma wycofana 09-02-2006).
23. PN-N-08002:1981 Dane ergonomiczne do projektowania. Granice ruchu stopy. Wymiary kątowe(norma wycofana 09-02-2006).
24. PN-N-08003:1991 Dane ergonomiczne do projektowania. Przestrzeń dla ręki obejmującej uchwyt. Wymiary. (norma wycofana 09-12-2011).
25. PN-N-08018:1991 Dane ergonomiczne do projektowania stanowisk pracy. Strefy pracy kończyn górnych. Wymiary.