2.3. Рекомендуемые величины и степени яркостного контраста

Машинист в кабине локомотива, рабочий у станка и т. д. должны четко видеть все органы управления локомотивом, станком и без труда находить их в нужный момент. Органы управления с различным функциональным назначением проектируются различными по форме, размерам или по цвету и располагаются так, чтобы они были четко видны на фоне пульта управления, станка. Многие элементы на пульте и на станке, как, например, кнопки управления, часто имеют одинаковую форму и размеры вследствие стандартизации их производства. В этом случае при разном их назначении они должны различаться по цвету и яркости, причем не по одной, а по крайней мере по двум из трех характеристик цвета.

Отличие органов управления на пульте локомотива или на станке не только по цветовому тону и насыщенности, но и по яркости важно еще и потому, что органы управления могут оказаться в условиях недостаточного освещения. Чаще всего это случается, когда машинист, рабочий своим телом заслоняют органы управления от прямого света и особенно в вечерних и ночных сменах при плохой осветительной установке. Кроме того, обычно органы управления располагаются в вертикальных плоскостях, которые легко могут быть загорожены от света.

При проектировании, конструировании и установке оборудования необходимо предусматривать хороший контраст соответствующих элементов оборудования с фоном. Поэтому в кабине локомотива, на рабочем месте у станка, за пультом управления не допускается слишком большая разница в яркостях объекта и фона. В перечисленных случаях рекомендуется яркостный контраст в среднем от 0,2 до 0,5. Если взгляд рабочего у станка, оператора за пультом обращен длительное время на какой-то элемент или панель, то яркостный контраст в данном случае можно рекомендовать K_я=0,3÷0,4. Такой контраст, не вызывая ухудшения функций зрительного аппарата, является достаточным для хорошего различения отдельных полей.

При цветовом оформлении объекта бывает необходимо выделить отдельные его поверхности или участки (условно назовем их полями) от соседних поверхностей. Для этого поле делают светлее или темнее фона. Учитывая, что стандартные приборы управления выпускаются промышленностью темными, приходится вокруг них создавать светлые поля, на фоне которых приборы хорошо различаются. Выделить необходимые поля можно, используя не только яркостный, но и цветовой контраст.

На пульте управления отдельными полями могут быть панели или участки с органами различного функционального назначения. Если имеется несколько одинаковых управляемых агрегатов, для каждого из которых оформляется свой щит с одинаковым числом и типом приборов информации, то для их различения целесообразно не только нумеровать клавиши, но и отмечать последние цветом, а при одинаковом цвете - яркостью. Все это визуально облегчит оператору ориентирование. Следует иметь в виду, что чем ближе к белому цвету яркость одной из поверхностей (объекта различения или фона), тем меньше необходимый яркостный контраст, так как это обеспечивает лучшее зрительное восприятие.

В производственных помещениях может иметь место случай, когда стены, на фоне которых устанавливается машина, светлее последней, а пол темнее ее. Следовательно, яркостный контраст (поверхности) машины будет иметь какое-то среднее значение между ними. В этом случае преимущественное значение приобретает яркостный контраст с той поверхностью помещения, фон которой чаще наблюдается работающим на данной машине.

Для всех пультов управления ведущее значение приобретает контраст их с фоном стен, так как оператор работает сидя, его взгляд направлен ближе к горизонтальному направлению и, следовательно, для него стенд или панель пульта будет проектироваться преимущественно на фоне стен. По этим же соображениям не следует размещать станки и особенно пульты управления против световых проемов. В последнем случае, кроме слепящих бликов, в поле зрения работающего создается исключительно большой яркостный контраст между световым проемом и стеной или пультом.

В производственных помещениях с точки зрения создания правильных контрастов определяющим является коэффициент яркости и цвет станков, а не поверхности помещений (строительных конструкций). Это объясняется тем, что станки выпускаются серийно по стандартам и перекрашивать их на производстве нецелесообразно.

Цвета поверхностей производственных помещений (строительных конструкций) определяются из условия получения оптимальных контрастов в зависимости от параметров станков, их расположения и т. д.

Органы управления машиной являются одними из важнейших ее деталей. Форма и цвет органов управления должны выражать их функциональное назначение, а яркостная характеристика, будучи увязана с цветом, должна помогать работающему быстро находить их для своевременной подачи команды. С этой точки зрения все органы и приборы управления машиной можно разделить на три группы.

Первую группу составляют органы управления, связанные с необходимостью быстрого и коренного изменения технологического процесса, выключения рабочих органов и внезапной остановки движущихся частей. Они должны резко выделяться на окружающем фоне, а также отличаться от соседних кнопок и рычагов не только цветом, но и яркостью, что особенно важно для лиц с аномалией цветового зрения. Для таких органов управления рекомендуется большой яркостный контраст, т. е. K_я=0,5÷0,7.

Ко второй группе относятся органы управления, которые рабочий использует для изменения технологического процесса работы машины. Эти органы управления должны иметь среднюю степень контраста K_я=0,2÷0,5.

Третью группу составляют органы управления, которыми рабочий пользуется до начала работы на станке. Они могут быть окрашены даже в цвет станка или щита управления, и для них рекомендуется контраст, близкий к малому, K>я=0,2.

Все это в одинаковой мере можно учитывать и при цветовом оформлении пультов управления и другого оборудования.

Приборы информации дают сведения о протекании технологического процесса. Работающему необходимо срочно принять меры при отклонении от принятых норм, определенных для данных условий технологического процесса. Поэтому к приборам информации предъявляются самые строгие требования, удовлетворение которых обеспечивало бы наилучшие условия для чтения показаний. Большинство таких приборов имеют указатель (стрелку) и цифровую шкалу. Естественно, яркостный контраст стрелки и цифровой шкалы приборов должен быть максимальным K_я≥0,7. Этому условию лучше всего удовлетворяет контраст черных цифр и стрелки на белом фоне.

Если по особым соображениям целесообразно иметь поле шкалы цветное, то насыщенность цвета должна быть не более P=20%, что обеспечивает большую его яркость. То же относится и к участку шкалы, который полезно выделить цветом, указывая тем самым допустимый или наиболее благоприятный диапазон работы машины.

Выделение цифр шкалы цветом допускается лишь на тех приборах информации, данные которых не являются исходными для резкого изменения режима работы машин. Однако необходимость выделения цветом диапазона нормальной работы или предельного показания все же может возникнуть. В этом случае окрашивается в нужный цвет часть поля шкалы, прилегающая к у казанным цифрам, причем для сохранения наибольшего яркостного контраста цифр вокруг них сохраняется белое поле. Можно рекомендовать яркостный контраст цветного пятна с полем шкалы порядка K_я=0,2÷0,3.

Некоторые приборы информации имеют стрелку, фиксирующую заданную норму, например, на контрольных часах или будильнике. Такая стрелка не должна мешать получению зрительной информации от других частей прибора. Яркостный контраст сигнальной стрелки должен быть малым - K_я=0,2. Яркостный контраст элементов обрамления приборов с окружающей панелью можно рекомендовать K_я=0,2÷0,45.

Предупредительная окраска предназначена для предупреждения работающего о возможной опасности. Главная цель ее применения - снижение производственного травматизма, поэтому она должна быть хорошо видна, а следовательно, иметь большой яркостный контраст K_я≥0,7.

Поезд, движущийся с большой скоростью, для обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте должен быть хорошо виден как встречному машинисту, так и находящимся поблизости от железнодорожного полотна людям. Поэтому наружные поверхности локомотива, особенно его лобовая часть, а также вагонов должны иметь хороший контраст с окружающим фоном. Последний сильно различается в разных географических условиях, в разных районах страны. В связи с этим необходимо использовать как яркостный, так и цветовой контрасты.

Увеличение контраста достигается использованием контрастных полос, расположенных на лобовой части локомотива и на боковых поверхностях вагонов. Для улучшения видимости поезда при его движении рекомендуются большие яркостный и цветовой контрасты K_я≥0,7.

Контрастная полоса в данном случае представляет собой маркировочный знак. Основной характеристикой маркировочного знака является дальность его обнаружения и дальность различения. Под дальностью различения понимают то предельное расстояние, на котором не только обнаруживается наличие знака, но и четко определяется его форма. Дальность различения маркировочных знаков, так же как и дальность их обнаружения, зависит от размеров знака, контраста между фоном и знаком, его яркости, угла между перпендикуляром к поверхности знака и линией зрения, прозрачности атмосферы.

Определение необходимых размеров маркировочных знаков является основным вопросом при расчете их видимости. Если смотреть из точки A (рис. 2.14) на контрастную полосу лобовой части локомотива в направлении, перпендикулярном к ее поверхности, то угловой размер, который образуется лучами, идущими от наиболее удаленных друг от друга сторон контрастной полосы к глазу, будет

(2.4)

где h - высота знака (контрастной полосы); l - расстояние от знака (контрастной полосы) до наблюдателя.

Рис. 2.14. Схема определения размера маркировочного знака

В нашем случае расстояние от наблюдателя до лобовой части локомотива можно принять равным 1 км, что приблизительно соответствует тормозному расстоянию поезда. Взор наблюдателя можно считать перпендикулярным к поверхности знака, т. е. высота его и глаза наблюдателя от земной поверхности почти одинакова. Так как величина угла в нашем случае не превышает нескольких минут, то можно выражение (2.4) написать в виде

Многочисленные исследования показали, что пределом разрешающей способности глаза¹ является угловой размер знака в 1′, который и будет соответствовать дальности различия знака.

¹ (Разрешающая способность глаза оценивается минимальным угловым размером промежутка между двумя объектами (линиями, квадратами и др.), который глаз в состоянии различать.)

При наблюдении маркировочных знаков на лобовой части локомотива на расстоянии в 1 км в перпендикулярном к знаку направлении высота последнего по формуле составит l=30 см. С учетом коэффициента запаса размер контрастной полосы в вертикальной и горизонтальной плоскостях можно принять равным 35 см. В соответствии с ГОСТ 12.2.056 - 81 "ССБТ. Электровозы и тепловозы колеи 1520 мм. Требования безопасности" на лобовую часть локомотива дневной флуоресцирующей эмалью АС-554 наносятся контрастные полосы. Общая площадь этих полос должна быть на локомотивах с кузовом вагонного типа не менее 1,2 м², а с кузовом капотного типа - не менее 0,7 м².

С увеличением контраста между яркостью знака и яркостью фона возрастает дальность различения формы знака. На рис. 2.15 изображена эта зависимость, рассчитанная для случая различения черных знаков на белом фоне. Контраст между знаком и фоном является важным фактором для различения маркировочных знаков.

Рис. 2.15. Зависимость дальности различения формы знака /′ от контраста

Применение различных маркировочных знаков и проведенные опыты по выбору цветов знаков и фонов с точки зрения максимальной дальности видимости показали, что наилучшим сочетанием цветов являются черный - для фона и желтый - для знака. Хорошими сочетаниями также являются черный и темно-красный фоны с белым и желтым цветами знаков. На естественном фоне (трава, снег, суглинок) лучшим цветом для знаков является оранжевый или продольные полосы белого и черного цветов.

Дальность различения маркировочных знаков днем в сильной степени зависит от яркости знаков при наблюдении их на темном фоне или от яркости фона при наблюдении темных знаков на светлых фонах [27]. На рис. 2.16 в качестве примера изображено изменение дальности различения черного знака в зависимости от яркости белого фона. Днем естественная освещенность колеблется в пределах 10³-10⁵ лк, что при коэффициенте отражения порядка 0,7 обеспечивает яркость L=(0,02÷2)10⁴ кд/м², вполне достаточную для четкого различения знаков.

Рис. 2.16. Зависимость дальности различения формы черного знака l от яркости белого фона

В сумерки, когда естественная освещенность снижается до 18 - 20 лк, что соответственно дает яркость L=4 кд/м², наблюдается снижение дальности различения приблизительно на 40% по сравнению с дневными условиями освещения.

Исследования, проведенные во ВНИИЖГ МПС [28], показали, что дальность видимости объектов, окрашенных дневными флуоресцирующими эмалями, в 1,5 - 2 раза выше дальности видимости объектов, окрашенных нефлуоресцирующими эмалями. Из всех объектов, покрытых дневными флуоресцирующими эмалями разных цветов, наибольшую дальность видимости имеют объекты оранжево-красного цвета. Именно этими эмалям и следует наносить контрастные полосы на лобовой части локомотива.

Влияние прозрачности атмосферы на дальность различения маркировочных знаков учесть очень трудно. При плохой и средней прозрачности атмосферы (туман, дождь и т. д.) различаемость маркировочных знаков резко снижается. Как правило, в этих условиях различаемость знаков наступает сразу же после их обнаружения. При наблюдении маркировочных знаков на сравнительно небольших расстояниях при хороших метеорологических условиях прозрачность атмосферы значения не имеет.

Рекомендуемые величины и степени яркостных контрастов для указанных выше случаев приведены в табл. 2.1.

Для того чтобы создать в помещении благоприятную световую среду, не следует превышать указанные ниже максимальные отношения яркости, какие бы пигменты ни использовались при цветовом оформлении. Отношение яркостей между зрительным пятном и окружением рекомендуется не более 3:1, между зрительным пятном и периферийным полем не более 10:1, между источниками света или окнами и смежными поверхностями не более 20:1. Для всего ансамбля помещения отношение яркостей не должно быть больше 40:1. Приведенные отношения яркостных контрастов относятся ко всем сравнительно большим поверхностям. Следует иметь в виду, что отношения яркостей, указанные выше, для малых площадей (например, черный телефон на светлом столе) представляют неудобства для зрения. Контрасты в интерьерах для украшения или подчеркивания отдельных элементов рекомендуется создавать противопоставлением цветов и сочетанием цветовых тонов, а не контрастом яркостей.

Таблица 2.1. Рекомендуемые величины и степени яркостных контрастов разных объектов различения

Видимость приборов на пульте управления в кабине машиниста локомотива в дневных условиях зависит от уровня горизонтальной естественной освещенности. Исследования [29] показали, что увеличение освещенности от 3,5 до 100 лк (рис. 2.17) сопровождается резким ростом видимости, которая достигает максимального значения при освещенности 200 лк. Последующее увеличение уровня освещенности от 200 до 700 лк приводит к некоторому снижению видимости. Однако ее величина остается довольно близкой к аналогичным величинам, полученным при 100 и 200 лк. При освещенности свыше 700 лк наблюдается значительное уменьшение видимости. Следовательно, естественная освещенность приборов на пульте в пределах от 100 до 700 лк обеспечивает оптимальную видимость.

В дневных условиях при освещенности приборов пульта 50 лк и ниже необходимо дополнительно включать искусственное освещение. В тех случаях, когда уровень естественной освещенности превышает 700 лк, необходимо снизить световой поток, проходящий через стекло фонаря кабины, путем уменьшения размеров светящейся части стеклянного фонаря. Для этого можно частично зашторить его или использовать светозащитные козырьки, а также очки.

Рис. 2.17. Зависимость видимости шкал приборов на пульте управления в кабине машиниста от уровня естественной освещенности

Необходимо определить не только оптимальную горизонтальную освещенность приборов на пульте управления в кабине машиниста локомотива, но и допустимую яркость в поле зрения машиниста локомотива в дневное время. Расположение объектов различной яркости в поле зрения машиниста схематически изображено на рис. 2.18. На рисунке показаны схемы: а) для степей; пустынь и равнин с лесными массивами и строениями на расстоянии более 100 м от железнодорожного полотна; б) для лесных массивов, сопок, гор и строений на расстоянии не более 20 м от железнодорожного полотна. Яркость отдельных поверхностей ландшафта согласно литературным данным [30] и выполненным расчетам (по коэффициенту яркости и освещенности поверхности) может достигать от 300 до 35 000 кд/м² в солнечный день при горизонтальной освещенности 105 лк; яркость неба [19, 31] может составлять 6000 - 10 000 кд/м² у горизонта, а выше линии горизонта (на 25 - 80°) - 20 000 - 40 000 кд/м². Яркость поверхностей в кабине локомотива не превышает яркости наиболее темных поверхностей ландшафта. Яркость участка неба, который видит машинист, зависит от размера окна кабины и от углового размера воспринимаемого ландшафта местности, составляющего от 0,08 - 0,5 ср (стерадиан).

Рис. 2.18. Объекты различной яркости, расположенные в поле зрения машиниста: I - предметы кабины; II - участок неба; III - ландшафт и железнодорожное полотно

Яркость видимого через окно кабины машиниста участка неба L_н и яркость объектов ландшафта L_ф в исследовании [30] определялись фотографическим методом, который позволил так-же определить размер светящегося элемента ω. Фотографии трех наиболее характерных видов представлены на рис. 2.19. Результаты исследования показывают, что для проведенных измерений с размерами светящихся элементов от 0,312 до 0,468 ср при близких значениях других параметров действие на глаза яркостей видимого через окно кабины участка неба L_н и объектов ландшафта L_ф практически почти одинаково. Кроме того, результаты показывают, что яркость неба, близкая к 9,35·10³ кд/м², еще допустима, а 11,5·10³ кд/м² и выше уже вызывает неприятное ощущение. Следовательно, предельная допустимая яркость находится между этими значениями.

Рис. 2.19. Картины, видимые машинистом через окно кабины

На основании вышеизложенного можно принять, что яркость светящегося элемента, видимая через фонарь кабины машиниста локомотива, днем не должна превышать 10 кд/м².