автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Оценка и прогнозирование качества осветительной установки на основе многофакторного анализа

минстрои- российской федерации

научно-исследовательский институт строительной физики

(НИИСФ)

На правах рукописи

АНИСНМОВА Вера Александровна

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МНОГОФАКТОРНОГО АНАЛИЗА

Специальность 05,23.03. Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики Минстроя Российской Федерации Научный руководитель- кандидат технических наук, старший научный сотрудник К М. Беляева

Официальные оппоненту: доктор технических наук,

профессор Н. Н. Киреев, кандидат технических наук Ю. С. Рябов

Ведущэе предприятие- Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (БНИИЖГ)

Защита состоится 1998г. в часов

на заседании специализированного Совета Д. 033.10. 01 при Научно-исследовательском институте строительной физики

Минстроя РСФСР по адресу: Москва, 187238, Локомотивный пр. ,21

«

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде института.

Автореферат разослан "¿У* 19эЛ1г.

Ученый секретарь

специализированного Совета ' к к. САВИН

-з-

' общая характеристика работы

Эффективная спетпцпетовая среда (СЦС) создает не только благоприятные условия труда и поддерживает работоспособность человека на высоком уровне, но и способствует снижению расхода электроэнергии, что имеет большое значение для народного хозяйства. Немаловажную роль в создании оптимальной СЦС играет осветительная установка(ОУ). В процессе нормирования, премирования и эксплуатации ОУ необходимо располагать методиками, поэволяющими прогнозировать и оценивать их качество по определении критериям. Создание таких методик возможно на основе согласования характеристик элементов системы "Человек-объект деятельности-среда" (Ч-ОД-С).

Работы, выполненные по этому направление в нашей стране и ва рубедом, наряду с достоинствами содержат ряд определенных недостатков. В них ограничен круг рассматриваемых Факторов, влияющих на показатели качества, отсутствуют оценки их значимости, взаимодействия факторов друг с другом и остальными показателями системы. Все это затрудняет процесс оптимизации ОУ и требует проведения дополнительных исследований. К тому яе все созданные методики оценки качества СЦС по обобщенным критериям разработаны лить для работ с ахроматическими объектами труда. Для зрительных зад/vj при работе с цветными объектами вопрос согласования нарамотрол объекта деятельности, факторов СЦС, характеристик чело пока и ¡u-горитама его деятельности требует проведения дополнительных исследований и развития.

Все вышеизложенное говорит о целпеообрааности развития ютто-дик оценки и прогнозирования качеств?» ОУ.

Целью работы является повышение качества ОУ и работоспособности человека за счет борлее полного согласования поклааталай человека, параметров объекта деятельности и факторов светоцявго-вой среды с учетом алгоритма зрительной работы.

Для достижения атоЯ цэлй поставлены и решим сладу*»»«» *ад*-

чи:

Определение роли зрительного утомления во влиянии на зрительную работоспособность (ЗР) человека на основе результатов экспериментальных исследований ЗР.при моделировании уровней видимости и зрительного утомления.

Разработка аналитической модели зрительной работоспособности в функции показателей зрительного утомления и видимости зритель-

ной задачи.

Изучение цветоразличительной способности (ЦРС) глаза человека в функции комплекса факторов освещения( уровень яркости, цветовые параметры режимов освещения- цветовая температура, общий индекс цветопередачи и тип спекта источника света) и параметров объекта зрительной работы( насыщенность цвета объекта и фона, на котором он наблюдается и их цветовой тон).

Разработка классификации видов зрительных работ с цветными объектами по требованиям технологии.

Разработка классификации зрительных эадач по требованиям к цветоразличению и цветопередаче.

Определение производственных допусков на цветовое различие для выделенных классов зрительных работ по результатам натурного обследования на промышленных предприятиях.

Разработка требований к цветовым параметрам источников света для выполнения зрительных работ с цветными объектами.

Разработка методики оценки и прогнозирования качества ОУ для работ с цветными объектами на основе согласования параметров объекта деятельности, алгоритма деятельности, факторов СЦС и показателей человека.

Научная новизна. Б результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований:

Впервые смоделированы уровни зрительного утомления и установлена его роль наряду с видимостью зрительной задачи в формировании зрительной работоспособности.

Формализована модель зрительной работоспособности на основе учета видимости зрительной задачи и показателя зрительного утомления.

Выявлены зависимости ЦРС глаза от цветовых параметров объекта деятельности и факторов СЦС ( цветовые, спектральные и яр-костоной параметры режимов освещения).

Установлена значимость влияния исследованных факторов на цветораэличение.

Разработаны классификация видов зрительных работ с цветом по требованиям технологии и уточнена классификация зрительных задач с цветными объектами по требованиям к цветоразличению и цветопередаче.

Установлены технологические допуски на цветовое различие в различных отраслях промышленности.

Определены оптимальные сочетания параметров ОУЦ для освещения различных классов зрительных задач на основе согласования параметров объекта деятельности, алгоритма зрительной работы, факторов СЦС и показателей человека.

Методы исследования. При решении задач исследований использованы методы психофизиологии, исследований пороговой чувствительности, калибровки субъективных откликов наблюдателей. Также привлекались положения теории планирования эксперимента, статистической обработки результатов, элементарной теории погрешности и методы математического моделирования.

Практическая ценность результатов

1. Разработанная модель зрительной работоспособности может использоваться в практике нормирования, проектироывания, оценки качества осветительных установок.

2. Для класса зрительных задач с цветными объектами, где предъявляются высокие требования к цветоразличению и цветопередаче предложены оптимальные цветовые параметры люминесцентной лампы (Тцв=4600 К и 1?а=68 от. ед. спектр-смесь широко и трехполосного) по признакам цветоразличения и экономическим показателям.

3. Разработанные классификации зрительных работ с цветными объектами по требованиям технологии и требованиям к. цветоразличению и цветопередаче могут Сыть использованы в практике проектирования и эксплуатации ОУ промышленных зданий.

4. Для выделенных классов зрительных задач разработаны рекомендации по рациональному использованию источников света, которые также должны найти применение при проектировании, нормировании и эксплуатации ОУ.

5. Методика оценки и прогнозирования качества ОУ для работ с цветными объектами разработанная на основе согласования параметров объекта деятельности, алгоритма деятельности, факторов СЦС и показателей человека, позволяет проводить экспертизу спроектированных, действующих осветительных установок, а также оценить любой источник света, как из каталога, так и вновь разрабатываемый.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при разработке рекомендаций по освещению пошивочного цеха обувной фабрики им. В. П. Капранова, цехов полиграфического объеденения "Молодая гвардия", мест контроля лакокрасочной продукции на Ярославском объеденении "Победа рабочих"

Оеноише результаты работы включены в материалы для новой редакции главы СНиП "Естественное и искусственное освещение" Приложение 0.

Апробация рагюг». Основные результаты работы доложены на 9- ой Всесоюзной 1;<ш1»,!ренцин по светотехнике "Задачи светотехнической науки в повышении эффективности освещения и развития светотехнического производства" г. Рига, 1987; на Всесоюзном семинаре в г. Саранске "Спит эксплуатации источников света и световых приборов", 19В8г.; на международной конференции по светотехнике "ОСМА Международна конференции по осветителна техника ОСВЕТЛЕНИЕ- 20" Варна, 1990г.

Публикации. Результаты работы отражены в 6 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит ив введении, четырех глав, заключения, ешмка литературы из 12рГ наименований, ^ и приложений. Общий объем /64 страниц, из них на /¿странице (2 рисунка и на 2 6 страницах /<? таблиц.

содержание работы

Во_ввелу|1т1_о0основана актуальность темы диссертации, сформулирована цоль работы, отражены основные научные результаты.

В первой главе проводится аналиа проблемы оценки и прогнозирований качества ОУ, рассматривамся достоинства и ныдостатгл существующих методик. Для работ с цветными объекта),«! анализируются работы, связанные с изучением ЦРС глаза, рассматриваются исследования по применении ЛЛ различных типов для качественного освещении зрительных задач с цветом. Дано краткое'состояние проблем пи результатам нанесших исследований, ставятся аадачи собственных исследований, обосновываются варьируемые в эксперименте параметры и диапазоны их изменения.

Исходя из концепции формирования системы Ч-ОД-С сформулированной и развитой в НИИСФ Беляевой 11 К и Хааипыи Б. С. , рассмотрим формирование обобщенного показателя зрительной работоспособно сти. Он строится на основа взаимодействия двух показателей- зрите лькой информативности и зрительного утомления, которые в свою оче редь являются результатом взаимодействия параметров СЦС. Предло-

женныо различными авторами другие шгодгаш определения обобщенных показателей, такие как модели ЫКО 19/2, Rea, ЕНИСИ (Кроль Ц. И., Мясоедова Е. И. ) , МЭИ ( Матвеев А. Б., Лебедкова С. А.) и др. отличаются от предложенной модели. Так модели зрительной работоспособности МКО 19/2 и Rea отличающиеся между собой в методическом плане имеют общее по кругу рассматриваемых параметров и выходному критерию. Время зрительной работы по этим моделям очень мало, не учитывается поэтому возникающее при работе зрительное утомление. В качестве определяющих факторов рассматривается яркость рабочей поверхности и фона,, яркостной контраст, параметры объекта и возраст человека. Таким образом, зрительная работоспособность по этим моделям есть ни что иное, как сиюминутная способность человека выполнять определенный вид зрительной работы, в течении дня этот показатель, естественно, будет меняться и данное изменение должно быть спрогнозировано. В методе определения производительности труда (ПГ) ВНИСИ зрительное утомление учитывается косвенно, так как авторами исследовалась ИТ в функции параметров СЦС ( яркость рабочей поверхности, показатель ослепленности и коэффициент пульсации) и параметров объекта на производстве, но он не формализован, что затрудняет процесс оптимизации модели по этому показателю. Комплексный показатель качества СЦС МЭИ основывается на субъективном восприятии среды человеком, при этом СЦС авторы характеризуют уровнем освещенности и цветовыми параметрами источников света ( цветовой температурой и индексом цветопередачи МЭИ), а также экономическими показателями. В данном случае для оценки и прогнозирования качества ОУ промышленных вданий модель имеет ограниченное применение.

Таким образом необходимыми данными для совершенствования качества ОУ по признаку зрительная работоспособность мы не располагаем. Дня этого нужно определить значимость и зрител* ""rt информативности и зрительного утомления, а также их вэаимод „твил. Исследования зрительной работоспособности в функции зрительного утомления и зрительной информативности не проводились до настоящего времени и в данной работе поставлена задача его осуществить.

Зрительные работы могут проводится с ахроматическими и с цветными объектами труда Если процесс формирования зрительной информативности для работ с ахроматическими объектами изучен достаточно и есть возможность использовать известные данные, в

частности методику определения видимости по модели UKO 19/2, то для работ с цвотными объектами такие методики отсутствуют. Поэтому на данном этапа следует изучить процесс формирования зрительной работоспособности для работ, с ахроматическими объектами, а для работ с цветными объектами труда ограничиться изучением формирования зрительной информативности.

Проведенные Беляевой 1L U. и Хаэиным Б. С. расчеты значиыостей входящих в методику определения видимости (VL) факторов по модели UKO 10/2 показали, что наибольший вес имеет яркостной контраст объекта с фоном, вторим по значимости является возраст работаюцэ-го и третьим- уровень освещенности. Практически те же данные, но в графической виде позднее получены Rea Поэтому экспериментальные исследования зрительной работоспособности при варьировании уровня видимости решено проводить за счет ее изменения при различных значениях яркостного контраста.

Формирование зрительной информативности для работ с цветными объектами должно происходить аналогично формированию такого т показателя для работ с ахроматическими-объектами труда, но в данном случае первостепенное значение приобретает обеспечение цветовой чувствительности глаза. Причем работы с цветными объектами труда могут различаться- это либо работы связанные с различением цветов, либо работы, не связанные с таким процессом. В последнем случае формирование зрительной информативности основано на создании высокой контрастной чувствительности глаза. Однако уровень зрительного утомления в ряде случаев молот повышаться дополнительно за счет воздействия цвета на глаза человека. В первом случае зрительная информативность будет определиться знач.-nii-нми цветового контраста, который необходимо различать, уровнем яркости рабочей поверхности, цветовыми параметрами объекта и цветовыми параметрами режима освещении. Па прак-ииад это выражается согласованием параметров объекта деятельности, технологических допусков, параметров ОЦС и способное!и человека воспринимать в созданных условиях заданные цветовые различия. Работ, проведенных но данному направленно достаточно, но ни одна из них на дает ответа на вопрос, какое циетоьое различие будет достоверно различаться при совокупном воздействии всех названных выше факторов. Основная пасса исследований-касается изучения ¿опроса нриемлимости конкретных тигюа источников света для выполнения конкретных зрительных задач. Многочисленные работы посвящены определению оптимальных

уровней освешрнности (яркости) для выполнения работ, связанных с цветоразличением. На основе объедененного анализа данных робот за рубежом определены оптимальные типы источников света с рекомендуемыми уровнями освещенности для работ разных типов. В нашей стране впервые в СШП П-4-79 создана а, позднее в Пособии к СНиП развита классификации зрительных работ с указанием источников света для освепдания выделенных классов. Данная классификация в настоящее время требует уточнения и развития . Для решения вышеуказанных вопросов в данной работе планируется провести экспериментальные исследования ЦБС глаза в функции цветовых параметров объекта ( Но,НфД>Лф), цветовых параметров режимов освещения (Тцв, Ra, тип спектра) и их яркости при постоянном коэффициенте отражения объекта и фона при варьировании значений наблюдаемых цветовых контрастов. На втором этапе ставятся задачи проведения обследования зрительных работ с цветными объектами на предприятиях различных отраслей промышленности с целью выявления видов зрительных задач и определения технологических допусков на цветовое различие. Согласование результатов обследования к проведенных экспериментальных исследований позволит реешь вопрос о развитии классификации зрительных задач и уточнить рекомендации по рациональному применению имеющийся номенклатуры источников света и перспективных люминесцентных ламп.

Зрительное утомление, возникайте как при работе с ахроматическими, так и с цветными объектами, изучено достаточно полно. Существует целый ряд работ, где исследовалось влияние качественных и количественных показателей освещения, типов источншсов света, параметров окружения, видов осе9е*51шя( искусственное, естественное или совмещенное), параметров самой зрительной задачи на состояние человека. Поэтому можно считать данный показатель управляемым и моделировать его для целей данных исследований. Как уже указывалось ранее эксперимент по выявлению значимости зрительного утомления на зрительную работоспособность будет проводиться лишь для работ с ахроматическими объектами труда и зрительное утомление от цветных объектов при работе с ними в данной работе не рассматривается. Также на данном этапе не учитываются факторы, определяющие уровень утомления, рассматривается только интегральное его значение ог совокупного действия всех факторов, известных нам.

Во второй гласе дается описание проведенных исследований цветорпгличителыюй способности глаза, раскрываются варьируемые

параыетры, диапазоны их изменения, описывается методика эксперимента, установка для проведения исследований, приводятся полученные результаты, дзлатася выводи.

Из анализа известных литературных данных и проведенного обследования промышленных предприятий 13 отраслей промышленности, а также исходя из принципов теории планирования эксперимента и возможностей лабораторного воспроизведения варьируемых параметров и исследуемого стимула, определены диапазоны их изменения.

Насыщенность цвета объекта изменяется от 10 до 65 порогов Шк Адама, насыщенность цвета фона от Б до 65 порогов Мак Адама. Уровни варьирования Но и Нф определены с учетом требований теории планирования эксперимента о независимом варьировании факторов: при условии Но-Нф иДо=4ф угловой размер объекта различения приобретает значение углового размера фона, для избежания этого принято не устанавливать значения Но и Нф на одинаковых уровнях. Для обеспечения наибольшего приблежения к ахроматическому фону, часто встречающемуся в условиях производства нижняя граница Нф равна 5 порогам Пак Адама. Для удобства проведения исследований влияния уровня яркости на ЦРС глаза принято поддерживать постоянным коэффициент отражения объекта и фона постоянным и равным ЗОХ. Уровни варьирования значений цветового тона выбрани с учетом данных о чувствительности граа к изменению H и с равным интервалом по Я . 440, 610, 680, БЮнм.

Цветовые параметры режимов освещения обеспечивались сочетанием цветности (Тцв.К), которая принимала значения 3500,4600,6000К и общэго индекса цветопередачи (Ra,от.ед. ) с значениями 60,68,90 от.ед. Моделирование типа спектра осуществлялось за счет использования в эксперименте люминесцентных ламп с стандартным ширагашодоснш излучением и трехполосным излучением, а также из смеси. Яркость рабочей поверхности изменялась за счет варьирования уровня освещенности и принимала значения от 25 до 100 нд/£ что соответствует при постоянном j>~0,3 уровням освеирн-ноети 250 и 1000 лк.

В качестве исследуемого стимула испольэоваляся ряд цветовых различий между двумя отралащиш образцами, которые принимали аначения от 0 до 1,6 единиц ДЕ в системе CIE LAB.

На основе результатов проведенного анализа методов исследований пороговой чувствительности и исследований цветового зрения разработана методика проведения исследований ЦРС глаза с привле-

чеиием метода калибровки субъективных откликов наблюдателей. В качестве метода исследований пороговой чувствительности принят метод постоянных стимулов. Методика включает одновременное предъявление сравниваемых объектов, бинокулярное наблюдение поля сравнения, бинарную систему ответов наблюдателя (да-нет), изготовление специальных шкал, случайное предъявление сравниваемых пар образцов шкалы, ограниченное время предъявления поры (1 сек), проведение калибровочной процедуры.

Для- обеспечения возможности воспроизведения заданного числа факторов на требуемых уровнях и в соответствии с разработанной методикой исследований к экспериментальной установке предъявлялись следующие требования: независимо друг от друга моделировать параметры объекта и фона, цветовые и яркостные параметры режимов освещения, обеспечить отличие ярютсти окружения от яркости объекта и фона не более чем на ЗОХ, обеспечить возможность дискретного шкалирования я предъявления в поле сравнен» обоснованного диапазона цветовых различий для заданных значений $ и Н, воспроизведение углового размера поля сравнения 4^1 фона 60°.

Экспериментальная установка содержала цветовую камеру, имеющую осветительную установку обеспечивающую моделирование релшмов освещения и устройство типа визуального колориметра. Данное устройство содержало сьемный фон, перемещаемую шкалу цветовых различий и имело автоматический привод для перемещения шсалы. . Схема управления перемещением шкалы обеспечивала включение электродвигателя в требуемом направлении и его автоматический останов по командам магнитоуправляемых датчиков. Информация о положении шкалы отображалась на светодиодном табло, невидимом наблюдателю.

Задачей наблюдателя являлось сопоставление образцов с точки зрения видит ли он цветовое различие между ними или нет. В эксперименте принимала участие группа наблюдателей из 11 человек с нормальным цветовым зрением и остротой зрения равной единице. Наблюдатели проходили предварительную тренировку' и инструктаж. Необходимое число наблюдений для каждого этапа,эксперимента определялось исходя из заданной точности опыта, достоверности результатов и коэффициента вариации. Все исследования проводились по единой методике.

Последовательность проведения каждого опита такова: после предварительной адаптации к ахроматическому окружению и освеще-

нию, имевщэму цветовые параметры Тцв=6000 к и Ra=»3Q от. ед. и яркость 26 кд/uf1 наблюдателю предлагается выполнить работу с ахроматической шкалой на ахроматическом фоне. Данные условия приняты для моделирования стандартной ситуации для проведения процедуры калибровки. Наблюдатель дает ответ, видит он различие между предъявляемыми ему образцами шкалы или нет. Ответ заносится в лабораторный журнал. Предъявление каждой пару осуществляется 10 раз в случайном порядке. На период смены образцов он переводит взгляд на ахроматическое окружение камеры для избежания процесса переадаптации. После проведения калибровочной процедуры оператор устанавливает исследуемый режим освещения по яркости и цветности, к которому наблюдатель адаптируется не менее 10 минут. В это время оператор устанавливает требуемый по плану эксперимента ion и шкалу. Дальнейшее проведение опыта аналогично описанной выше процедуре. В один экспериментальный опит входило помимо калибровочной процедуры три ситуации, в которых варьировались исследуемые- параметры. Общэе время эксперимента ограничивалось одни часом для исключения влияния, возникающего цветового утомления, с одной стороны, и приближения к реальным- производственным условиям, с другой. Первичная обработка данных проводилась графическим про-бит-методом.

Специально для целей эксперимента были созданы шкалы цветных отражающих образцов. Шкалирование цветовых различий (iE в системе CIE LAB) для каждого сочетания значений цветового тона и насыщенности осуществлялось набором из 7 цветовых пар со значениями цветового контраста между ними от 0 до 1,6 ед. CIE LAß с шагом от ОД до 0,4 ед. Специально для целей эксперимента бил проведен анализ погрешностей определения АЕ при помощи спектроколориметра "Радута-£Б", посла проведения специальных процедур, позволивших стабилизировать погрешности определения на данном приборе, с помощью элементарной теории погрешностей была оценена ошибка в определении а Е- Погрешность составляет от 0,13 до 0,18 ед. Это позволило провести аттестацию 11 шкал цветовых различий по результатам статистической обработки 10-и кратных измерений цветовых пар в случайной порядка. Образцы и фон изготавливались диффузно отражающими с постоянным коэффициентом отражения масляиными, reunepot и полиграфическими красками на ватмане. Уровни варьируемых цветовых параметров объекта и фона, а такие параметров режимов освеор-

ния приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исследуемые факторы Уровни варьируемых факторов

Насыщенность цвета объекта,НО,пороги Мак Адама Насыщенность вдета фона,Нф,пороги Мак Адама

Цветовой тон объекта и фона,Л им. Цветность режима освещения,Тцв, К Общий индекс цветопередачи режима освещения, Иа, от. ед. Яркость режима ос-вешэния.Ь.кд/м^* Тип спектра режима освещения

10

440

Я500

54

25

45

35

610

4600

68

100

65

ВО

580

6000

90

510

широкополосный, трехполосный и смесь трехполосного и широкополосного

Проведение экспериментальных исследований по выбранной методике позволило проводить математическую обработку и анализ результатов с использованием относительных цветовых порогов в исследуемых

-егн

экспериментальных ситуациях Qcjk , расчет которых проводится по формуле: e¿jK

CtijK '-¿р?—- , где

Oijx - абсолютный цветовой порог в исследуемой ситуации "к" у наблюдателя "i" в непрерывной серии опытов "J", ед. CIE LAB, определенный с 50Х вероятностью обнаружения;

ву - абсолютный цветовой порог в стандартной ситуации "s" у налю-дателя "i" в непрерывной серии опытов "J", ед. CIE LAB, определенный с 60Х вероятностью обнаружения.

С учетом того, что единица CIE LAB в среднем соответствует 3-4 порогам Мак Адама, стало возможным число относительных порогов идентифицировать числом порогов Мак Адама, в которых выражены значения насыщенности цвета объекта и фона.

Экспериментальные исследования проводились в три этапа, каждый из которых представлял собой полный факторный эксперимент. После проведения каждого из этапов на основании полученных в нем данных делались соответствующие выводы и последующий этап проводился в соответствии со сделанными выводами.

После проведения исследований в исследованных диапазонах из- . иенения параметров достоверно установлено отсутствие влияния на ЦРС глаза насыщенности цвета фона. Значимое влияние оказывают насыщенность цвета объекта и цветовой тон объекта равный цветовому тону фона. Достоверного различия между режимами освещения, кроме одного характеризуемого Тцв«еооо К и йа^БО, по признаку цветораэличения не выявлено. Указанный режим обеспечивает во всех исследованных ситуациях наихудшие условия для цветораэличения. Замечены тенденции улучшения цветораэличения "теплых" цветов при 1?а-90 от. ед. при"холодном" освешднии (Тцв-6000 К) и "холодных" цветов при "теплом" (Тцв«3500 К) освещении. Отмечена при невысоких уровнях насыщенности цвета объекта (Но< бОпорогов Мак Адама) высокая ЦРС глаза в режиме освещения Тцв-3500К и Иа-бО от. ед. Для условий, принятых в международной и отечественной практике, для уровня яркости 1.-100 кд/м? наиболее благоприятным по результатам исследований является режим Тцв-6000 К и Иа=90 от. ед. , что согласуется с данными Шестерненой и ориентироваными на производство номенклатурами фирм, выпускающими источники света. Высокую ЦРС глаза обеспечивают трехполосный спектр излучения лхллинесценгной лампы ЛБЦТ и смесь широкополосного и трехполосного спектров( режим условно названный в работе ЛХБЦ Тцв«4б00 К и (?а-в8 от. ед.). Установлены значения цветовых контрастов впервые с БОХ вероятностью различаемых в исследованных ситуациях-, которые после проведения обследования промышленных предприятий необходимо согласовать с значениями установленных технологических допусков, реально существующих на производстве, для того чтобы приступить к разработке методики оценки и прогнозирования качества ОУ по признаку цветораэличения.

В третьей главе приведено описание методики проведения и результатов обследования производственных помешрний 13 отраслей промышленности. Изложены принципы построения двух классификаций зрительных задач при работе с цветными объектами но требованиям технологии и по требованиям к цветораэличению и цветопередаче. На основании проведенного согласования параметров объекта, алгоритма

деятельности, факторов СЦС и показателей человека разработаны рекомендации по применению источников света и прогнозированию качества ОУ.

На 28 промышленных предприятиях 13 отраслей промышленности было проведено натурное обследование, в задачи которого входило:

сбор информации об операциях, на которых проводятся работы с цветом;

изучение алгоритма деятельности;

сбор данных о технологических допусках на цветовое различие и отбор выпускаемой и бракуемой продукции по признакам несоответствия по цветовым параметрам.

Все выявленные в хода обследования операции били разбиты на четыре обобщенных класса. Каждый класс объединял операции по технологическому признаку, было определено четыре обобщенных признака- обнаружение разнооттеночностн, обнаружите отличий от эталона, подбор деталей для изделия и изделий для партии и класс, который объединяет операции, где цвет но является информативным признаком. На каждой из обследованных операций определялся технологический допуск на цветовое различие либо по документации на изделие, либо визуально при помощи специально изготовленных шкал, либо при помощ! приборной аттестации отобранных образцов выпускаемой и бракуемой продукции. Кроме того, был проведен анализ нормативной,: научно-технической литературы по проблеме установления допусков на цвет. Анализируя в совокупности все полученные результаты были численно установлены величины допусков для различных видов работ. Поэтому стало возможным а каждой кла:се выделить подклассы, обгедененниэ значением технологического допуска на цветовое различие. Самые ответственные работы имеют диапазон допусков 1-2 порога Мак Адама, менее ответственные 3-4 порога Мак Адама и средней ответственности З-б порогов Мак Адома.

Анализ результатов исследований, проведенных во второй главе, а также результатов работ Беляевой, Аверьянова и др. позволил сформулировать требования к СЦС с точки зрения обеспечения ею необходимых уровней ЦРС глаза и правильной цветопередачи. Согласование данных требований и требований алгоритма деятельности позволило создать обобщенную классификацию зрительных задач с цвет-ними обгекташ по требованиям к цветораадичеиию и цнетопоръ-дачи в развитие Приложения б СНиИ П-4-79," Руководства по учету цветопередача искусственных источников света при проектировании цшгто-

вой отделки интерьера" и классификации, данной в "Пособии по расчету и проектированию естественного/ искусственного и совмещенного освещения". Классификация содержит классы с очень высокими требованиями, с высокими, средними требованиями к цветопередаче и цветоразличению и класс, где данные требования отсутствуют. В данной классификации для каждого класса приведен ориентировочный список опреаций I; нему относящихся и для удобства пользования указан класс и подкласс работ в соответствии с классификацией по требованиям технологии.

Две классификации, сформулированные требования к СЦС и выявленные технологические требования послужили основой для разработ-Ю1 рекомендаций по применению источников света в ОУ для освещения работ с цветными объектами. При этом учитывалось значение нормируемой освещенности на рабочей поверхности для согласования его с цветовыми параметрами источников света. Разработанные рекомендации содержат- класс работ по цветоразличению и цветопередаче, требуемый уровень освешэккости, цветовые параметры (Тцв и Иа) для системы местного и общего освещения и наиболее рациональные типы ИС из имеющейся номенклатуры. Основное отличие предлагаемых рекомендаций от рекомендованных источников света в Приложении 6 СНиП I1-4-79 заключается в расширении области применения трехполосной ЛЛ типа ЛБЦТ и ЛЛ типа ЛБ длл общего освещения производственных помещений классов работ с повышенны)«! требованиями к цаеторазли-чешто и цветопередаче. Для общрго освещения работ, где предъявляются средние требования к цветоразличению и цветопередаче или они вообще отсутствуют, расширен список предлагаемых источников света за счет применения металлогалогенных, натриевых, ламп типа ДРЛ или смеси предлагаемых ламп.

1!я основе предлагаемого материала становится возможным проводит }' ой/1 и".- и прогнозирование ¡сачества ОУ по признакам цвдто-раглнчешч» и цветопередачи. Методша оценки л прогнозирования качества ОУ разработана на основе согласования параметров объегаа деятельности, алгоритма зрительной работы, факторов СЦС и показателей человека. Для проведения оценки и прогнозирования качества ОУ изучаются требования технологии, которые задают физические характеристики объекта деятельности, алгоритм зрительной работы. По разработанным классификациям определяются классы зрительных работ но требованиям технологии и требованиям к цветоразличению и цветопередаче. При проектировании ОУ выбирается наиболее экономичный

тип ИС из предложенных типов в рекомендациях по использованию ИС для. освещения работ с цветными объектами. При оценке действующей или уже спроектированной ОУ параметры заложенного в проект ИС подлежат проверке с точки зрения разработанных требований к ОУ и экономических показателей, на основе этого принимается решение о целесообразности его использования в данной ОУ. Методика позволяет также оценить любой тип источника света из каталога либо вновь • разрабатываемого.

Данная методика нашла воплощение в работе при оценке исследованного в главе 2 перспективного режима ЛЛ, -условно названной ЛХБЦ, имеющей параметры Тцв-1600 К и !?а«68 от. ед.. Данный режим хорошо зарекомендовал себя с точки зрения создания условий для цветораэличения. В отечественной номенклатуре есть ЛЛ типа ЛХБ, но она практически не выпускается в настоящее время, хотя область ее применения достаточно широка. Предлагаемая ЛЛ имеет по сравнению с ЛХБ улучшенные цветовые характеристики и больший световой поток, поэтому она должна найти широкое применение для общего освещения ■ целого ряда зрительных задач, в том числе и для освещения операций с высокими требованиями к цветораэличению. Лампы аналога в номенклатурах западных фирм нет, только фирма "Сильвания", выпускает ЛЛ с Тцв=4300 и йа»64. Проведенная оценка эффективности результатов работы осуществлялась на основании эффективности применения перспективного режима ЛХБЦ взамен с известных ЛЛ типа ЛЕД, ЛВЦТ, ДЦЦ для освещения работ класса с висога1ми требованиями к цветораэличению и цветопередаче. Расчет проведенный по сопутствующим социальным результатам показал преимущество данной лампы по сравнению с ЛЕД по признаку производительности труда. Также проводилась оценка по приведенным годовым затратам, данная лампы имеет станет более выгодной чем ЛДЦ, ЛБЦТ И ЛЕЦ. Бее вместе взятое позволяет рекомендовать данный режим к воплощению а люминесцентной лампе и наладить ее выпуск.

В четвертой главе изложена методика проведения экспериментальных исследований зрительной работоспособности в функции зрительной информативности (видимости) и зрительного утомленна, описана экспериментальная установка, приваде ни и проанализированы полученные результату, показана построенная эмпирическая модель зрительной работоспособности,

Ранее показано, что основную роль в создании у, видимости играет яркостнод контраст объекта с фоном, меделирма.'»'^

уровня видимости проводилось эа счет изменения яркостного контраста. Диапазоны изменения ваьируемых параметров установлены из анализа научно-технической и нормативной литературы, а также из анализа результатов собственных лабораторных и производственных исследований. Яркостный контраст принимал значения из диапазона от 0,1 до 0,75 от.ед. Зрительное утомление для целей эксперимента было решено оценивать по уровню ахроматической адис-паропии. Относительное снижение уровня ахроматической адисларопии реально наблюдаемое в производственных и лабораторных условиях находится в диапазоне значений от 1 до 0,46 от.ед. Конкретные уровни варьирования параметров показаны в таблице 2.

Таблица 2

Параметы уровни варьируемых параметров

I II III IV

Контраст, от. ед. 0,1 0,37 0,64 0,76

Видимость, по 0,101 модели MKQ 19/2 от. ед. 0, 404 0,02В 0,83

Зрительное утомле- 1,0 нне (по снижению уровня ахроматической адисларопии) 0,72 0,45

К объекту зрительной работы были предъявлены следующие требования: по точности - Ш разряд по СНиП П-4-79, по цвету - ахроматический. Кроме этого при создании модели зрительной работы была предусмотрена возможность точного воспроизведения всех уровней контраста (за счет сочетаний коэффициентов отражения объекта и фона). Согласно вышеуказанным требованиям была создана модель зрительной работы с заданными параметрами, получившая серебрянную медаль на ВДНХ СССР в 1990г. Модель позволяет точно воспроизводить все параметры объекта и фона и их сочетаний (размер, цвет, фактуру, коэффициенты отражения), необходимую сложность зрительной задачи. Модель представляет собой набор точек, нанесенных на ткань размер, количество, цвет, коэффициент отражения которых задается предварительно для каждого образца. Модель создается при.

помощи швейной машинки, настроенной определенным образом,чтобы с одной стороны полотна получались точки . Размер точек зависит от толщины выбранной нити. Точки располагаются блоками в строчку, их количество определяется требуемой сложностью зрительной задачи, материал на который они наносятся представляет собой фон. Для целей эксперимента было изготовлено 4 образца модели с различными значениями яркостного контраста между объектом и фоном, содержащими окало ООО точек. Зрительная задача заключалась' в различении, фиксации, и подсчете точек при условии максимально быстрого и качественного выполнения работы.

Экспериментальная установка содержала экспериментальную камеру, испытательный стенд, рабочее место оператора. Осветититель-ная установка содержала блок светильников с М типа ЛБ, обеспечивающих уровень яркости на рабочей поверхности 257 кд/мг(коэффициент отражения фона поддержлваляся постоянным). В э1соперименталь-ной камере исключалась возможность цветовой и яркостной лереадап-тации за счет характеристик окружающих поверхностей. Показатель ослепленности и коэффициент пульсации были ниже нормируемых значений.

Рядом с рабочим местом наблюдателя, содержащим подставку для модели на фиксированном месте (при фиксации угла наблюдения), находился за ширмой испытательный стенд с аппаратурой, необходимой для определения времени ахроматической адиспаропии и рабочее место оператора.

Последовательность проведения опыта заключалась в следующем: у наблюдателя перед началом рабочего дня измерялось время ахроматической адиспаропии, этот уровень принимался за единицу. Наблюдателю после предварительной адаптации к световому режиму предлагалась зрительная работа с моделью, имеющей требуемый по плалу эксперимента контраст. Оператор фиксировал количество сделанных ошибок и время выполнения работы. Все данные фиксировались в лабораторном журналет. В 11-12 часов дня у наблюдатели вновь измерялось время ахроматической адиспаропии и определялось ее снижение, если данное относительное снижение укладывалось в требуемые диапазоны значений, то наблюдатель выполнял предлолднную зрительную работу. Если не наблюдалось требуемого утомления, . то приценялись специальные процедуры, позволяющие добиться устойчивого поышадния зрительного утомления. Последние исследования проводились в

-2016-10 часов. Процедуры проведения аналогичны. Погазатель зрительной работоспособности определялся по результатам фактической работы наблюдателя по критерию Бестона.

Для того, чтобы доказать наличие.определенных уровней зрительного утомления у наблюдателей был проведен дополнительный эксперимент с привлечением ут использованной во 2 главе методики калибровки откликов наблюдателей. Он заключался в том, что перед проведением работы с исследуемым гестом наблюдателю предлагалась работа с моделью, выполненной .на среднем уровне контраста и с ко-личестом обгекгов различения равно).! 200. Данные условия приняты для того, чтобы не повысить уровень наблюдаемого утомления, ш принятой в основном эксперименте методике, определялась зрительная работоспособность при работе со стандартным тестом. При обработке полученных данных определялось относительное значение зрительной работоспособности на данном утомлении и при исследуемом уровне контраста. Полученные результаты до1саэали наличие утомления, та/: как с одной стороны, рассматривая относительные значения зрительная работоспособность на исследуемом уровне контраста оставалась лась практически постоянной па всех моделированных уровнях утомления, с другой стороны, абсолютные значения на ток же уровнях контраста различается для разных уровней зрительного утешения.

в зкеггеркькиталышх исследованиях принимала участие группа наблюдателей из 8 человек с нормальной остротой зрения. Все наблюдатели прошли предварительную тренировку но общей методике эксперимента. Необходимое число наблюдений в каждой экспериментальной ситуации определялось исходя из необходимой точности опыта, достоверности результатов и коэффициента вариации. Полученные данные подвергались дисперсионному анализу. Наличие достоверного отличия практически'по всем данным позволило оценить чувствительность зрительной работоспособности к яркостному контрасту и зрительному утомленно. Разнохаратаерные переменные возможно сопоставлять исполь&уя не абсолютные, а относительные значения. По значению первой производной было получено приращение показателя зрительной работоспособности по показателю контраста равное 1,32, а по показателю зрительного утомления равное 0,32.

Поскольку показатель яркостного контраста является наиболее значимым фактором, влияющим на показатель видимости, будем считать гл;дим:от£ функцией одного переменного- яркостного контраста.

Это дает возможность, используя зависимости видимости от яркоет-ного контраста и зрительной работоспособности от контраста получить зависимость зрительной работоспособности от видимости. Видимость в данной случае выступает как зрительная информативность, поэтому показатели видимости и зрительного утомления являются взаимонезависимыми, что дает право проводить регрессионный анализ и строить регрессионную модель. После проведения пересчета данных контраста в значения видимости и проведения ряда математических процедур получена модель описывающая изменение зрительной работоспособности при вариациях видимости и зрительного утомления.

ЗР= 0,304-ЗУ + 1,077*УЫО, 1?1БЗУ'У1_+1,9, где

ЗР-зрительная работоспособность, от. ед.;

ЗУ-зрительное утомление по снижению уровня ахроматической адиснароиии, от. од. ;

VI-- показатель видимости по модели ЫКО 19/2, от. ед.

Расчет среднеквадратичного отклонения доказал адекватность модели эмпирическим данным.

Для проверки правильности полученных данных проведено сопоставление экспериментальных данных с данными расчета зрительной работоспособности гю методшсе ЫКО при отсутствии утомления. Получено достоверное соответствие, в то же время при наличии утомления данные отличаются от известных( В1ШС11, ИКС и др.). Выявленная значимость показателя зрительного утомления позволяет считать данный ио1сазс1тель существенным в ряду показателей, оказывающих влияние на зрительную работоспособность, он намного уступает по значимости показателю контраста, но в сравнении с значимостью освещенности и возраста работающих, расчет которых проведен Б)ли-евойП. Ы. и ХавииимБ. С. , сопоставим с ними.

Использование полученных в главе результатов позволит в дальнейшем проводить оценку и прогнозирование качества ОУ по пиюч-эателю зрительной работоспособности для работ с ахроматическими объектами. Формирование показателя видимости для работ данного типа хорошо изучено. Он формируется на основе согласшашм требований технологии, задающих физические характеристики сбт-жт.» деятельности и алгоритм зрительной раоош, а тик.и: ф.-ж-нфон СЦ0. Показатель зрительного утомления в еаткиыостн ог ыногсчн^л.аших показатели« а настоящем) ьр>лш такле хорошо научен. ои'.-иисгммш или проектируемая ОУ создает определенную СЦО на рц'л.',«« нлк, показатели которой определяйся, тнклз как определи».^. и 1.

ли человека при воздействии данной среды. Остается задача провести согласование факторов СЦС , показателей человека, параметров объекта деятельности и алгоритма деятельности, которую возможно решить располагая полученными в данной работе результатами. Это позволит создавать наиболее оптимальные и экономически выгодные ОУ, спасобныеподдерлшвата высокий уровень зрительной работоспособности человека.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе проведенных экспериментальных и теоретических исследований получена возможность развития требований к ОУ при их нормировании, проетировании и разработки новых источников света на основе согласования параметров объекта деятельности, человека, среды и алгоритма деятельности, что выразилось в разработке:

-эмпирической модели зрительной работоспособности в функции видимости зрительной задачи и зрительного утомления;

-классификации зрительных задач по требованиям технологии;

-классификации зрительных задач по требованиям к цветоразличению и цветопередачи;

-метода оценки и прогнозирования качества ОУ;

-рекомендаций по применению источников света для освещения зрительных задач в производственных условиях.

2. На основе проведенных экспериментальных исследований цве-торазличительной способности глаза при вариациях цветовых параметров объекта и фона, цветовых и яркостных характеристик режимов освещэнияусталовле но, что:

2.1. Насыщенность цвета фона не оказывает достоверного влияния на цветораэличение в исследованных диапазонах;.

2. 2. Влияние в исследованных диапазонах на ЦРС глаза оказывают цветовой тон объекта и фона, а также насыщенность цвета объекта;

2. 3. Самая высокая ЦРС глаза наблюдается в режиме освещения, имеющем Тцв-6000К и Ra=90 от. ед. и соответствует 1,57 порогам ,Мак Адама;

2. 4. Наихудшими условиями для цветораэличения являются условия, создаваемые режимом Тцв=6000 К и На=50от. ед. , цветоразличи-тельная способность соответствует 1,8 порогам Мак Адама;

2.5. Существует взаимное влияние при высоких значениях Ra

цветового тона объекта и цветности режима освещения ( "холодное" и "теплое") на цветоразличение, а именно- "теплые" цвета' лучше различаются при "холодном" освещении и наоборот "хододные" тона при "теплом";

2.6. Режим но цветовым параметрам соответствующий люминесцентной лампе Л£ (Тцв=3500 и Яа=50) обеспечивает ЦРС глаза на высоком уровне ( 1,62 порога Мак Адама) при насыщенностях цвета объекта ниже 60 порогов Ыак Адама;

2.7. Для яркости 100 кд/м^- условий рекомендуемых международной практикой для работ, связанных с контролем цвета- наиболее благоприятен режим Тцв=6000 К и Иа=90 с точки зрения цветораэли-Ч0Ш1Я;

2. 8. Трехполосный спектр люминесцентной лампы ДЕЦТ обеснечи-ваот условии для цветораэличения лучше, чем широкополосная люми-носцентная лампа ЛЕЦ;

2. 0. Изученный в работе перспективный режим, условно названный люминесцентной лампой ЛХБЦ, обеспечивает ЦРС глаза на уровне 1,61 порогов Мак Адама, что уступает ДЦЦ, . сопоставимо с ЛЕЦТ и лучше ЛЕЦ.

3. На основе результатов проведенного обследования, учета выявленных допусков на цвет, цветовых параметров объекта и фона, алгоритма деятельности, для использования в практике нормирования и, проектирования и эксплуатации ОУ, разработана классификация зрительных задач по требованиям технологии.

4. Разработаны требования к цветовым параметрам источников света для освещэния зрительных операций различных отраслей промышленности.

6. На основе согласования алгоритма деятельности и триСьиа-ний к источникам света разработана классификация зрительных задач

по требованиям к цве.торазличению и цветопередаче в развитие Приложения 6 СНиП П-4-79.

6. Па основе проведенных экспериментальных исследований, разработанных классификаций разработаны рекомендации по применению источников света в производственных помещениях, в которых расширена область применения более эффективных JL7I типа ЛБи ЛБЦТ, а также расширена номешслатура источников света длч освещения менее ответственных операций за счет применения металлогапогенных, натриевых, ртутных ламп и их смеесей.

7. Экспериментально установлено, экономическими расчетами подтверждено, что для класса работ, который включает большой перечень работ в разных отраслях промышленности с цветными объектами взамен ЛДЦ,ЛБЦТ,ЛЕЦ целесообразно разработать и внедрить перспективную JU1 типа ЛХБЦ (Тцв-4600 К и Ra-68 от.ед.). Экономическая эффективность расчиганная по приведенным годовым затратам составляет 860000 рублей при замене JIJI типа ЛБЦТ, при замене ЛДЦ И ЛЕЦ значительно выше.

10. Впервые проведены экспериментальные исследования, в которых моделировались уровни зрительного утомления при исследовании его влияния на зрительную работоспособность. По экспериментальным данным установлено, что значимость влияния видимости на зрительную работоспособность равна 1,32 от.ед., а значимость зрительного утомления составляет 0,32 от.ед.

11. Формализован показатель зрительной работоспособности в Функции зрительного утомления и показателя видимости зрительной задачи для работ с ахроматическими объектами. Модель позволяет находить оптимальные сочетания параметров зрительной задачи, характеристик человека с учетом факторов СЦС, при экономии капитальных и эксплуатационных затрат, сохраняя при этом работоспособность человека на надлежащем уровне.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Беляева Н. М. , Мурашова М. А. , Анисимова В. А. Нормирование комФ>ртной сьетоц1'"тоьой среды по комплексному показателю се качества на оенп!:е методологии прикладного системного {шалила// Ра-Д:'.;ш «иетут'-эшич-'ч'кой науки в н"1;ыш»нии яффектийноети и

>аанитин светотехнического производства: Тезисы докладов IX Зсессжжой научно-технической конференции. Рига, 10-12 ноября [907г. Рига-1987.

?.. Беляева IL М. , Доаорцева Т. Б.. Анисимова В. А. Оценка км 1еотва люминесцентных ламп в системе "человек-объект деятель юсти-среда"// Строительная светотехника: Сб. научных тру дон НИИ строительной фшики. -М. -1988-с. 71-80.

3. Беляева И. М , Бендерская Л. П.. Бунин A.M., Анисимова В.'А. 1рогновирование номенклатуры люминесцентных ламп по цветовым на .¡аметрам// Проблемы организации световой среды в зданиях и го -родеких пространствах: Сб. научных трудов НИМ строительной фиаи-<И-М. -1989-с. 44-53.

4. Гуляева Н. М. , Хазин Б. 0. , Анисимова'В. А. О влиянии параметров еьетоцветовой среды на работоспособность человека// Проблемы организации световой среды в зданиях и городских пространствах: Сб. научных трудов ШИ строительной фнаики-М.-1989-е. 30-4-1.

б. Беляева IL М. , Анисимова В. А. О номенклатуре люминесцентных ламп по цветовым параметрам// Опыт эксплуатации источников света и световых приборов: . Краткие теаисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара, Саранск, май 1988г. .Ленинград-t9fj8.

6. Беляева IL М. , Анисимова В. А. О качестве люминесцентных ламп в системе "человек-объект деятельности-среда"// "Осьетде-ние-90: Тевисы докладов на 8 международной конференции но светотехники, Варна, 1990г. лемы