Система человек-машина

продукции. К ним относятся: показатели назначения, на­дежности и долговечности, технологичности, стандартиза­ции и унификации, а также эргономический, эстетический, патентно-правовой и экономический показатели.

Не рассматривая подробно все показатели, остановимся лишь на тех из них, которые влияют на деятельность чело­века в СЧМ или зависят от результатов его деятельности.

Быстродействие (время цикла регулирования T_ц ) опре­деляется временем прохождения информации по замкну­тому контуру «человек — машина»:

k

Т_ц =∑ t_i

i=1

где T_ц — время задержки (обработки) информации в i-м звене СЧМ; k — число последовательно соединенных звеньев СЧМ; в качестве их могут выступать как техниче­ские звенья, так и операторы.

Надежность характеризует безошибочность (правиль­ность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оценивается она вероятностью правильного решения задачи, которая, по статистическим данным, определяется отношением

P_пр =1 – m_ош / N

где m_ош и N — соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.

Важной характеристикой деятельности оператора яв­ляется также точность его работы. На этой характеристике следует остановиться особо, ибо в ряде случаев происхо­дит некоторое смешение ее с надежностью. В каче­стве исходного понятия для определения обеих характери­стик используется понятие «ошибка оператора», для расчета обеих характеристик предлагаются одинаковые фор­мулы и т. д. Фактически же надежность и точность пред­ставляют собой различные показатели, характеризующие разные стороны деятельности оператора. Правильное тол­кование обоих этих показателей дается в работе.

Под точностью работы оператора следует понимать сте­пень отклонения некоторого параметра, измеряемого, уста­навливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного или номинального значения. Коли­чественно точность работы оператора оценивается величи­ной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавли­вает или регулирует данный параметр:

Y = I_н - I_оп

где I_н — истинное или номинальное значение параметра; I_оп — фактически измеряемое или регулируемое операто­ром значение этого параметра.

Величина погрешности может иметь как положитель­ный, так и отрицательный знак. Понятия ошибки и погреш­ности не тождественны между собой: не всякая погреш­ность является ошибкой. До тех пор пока величина погрешности не выходит за допустимые пределы, она не является ошибкой, и только в противном случае ее следует считать ошибкой и учитывать также при оценке надежности. Понятие погрешности наиболее важно для тех случаев, когда измеряемый или регулируемый оператором параметр представляет непрерывную величину. Так, например, мож­но говорить о точности определения координат самолета оператором радиолокационной станции и т. д.

В работе оператора следует различать случайную и си­стематическую погрешности. Случайная погрешность опе­ратора оценивается величиной среднеквадратической по­грешности, систематическая погрешность — величиной математического ожидания отдельных погрешностей. Ме­тоды их определения приведены в работах.

Своевременность решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена за время, не превышающее допустимое:

Т_доп

Р_св = Р {Т_ц < Т_доп } = © φ (Т) dT,

0

где φ (Т) — функция плотности времени решения задачи системой «человек — машина».

Эта же вероятность по статистическим данным оцени­вается по выражению

Р_св = 1 – m_нс / N

где m_нс — число несвоевременно решенных СЧМ задач.

При определении величин m_ош и m_нс , а следовательно, и при оценке вероятностей P_пр и Р_св не имеет значения, за счет каких причин (некачественной работы машины или некачественной деятельности оператора) неправильно или несвоевременно решена задача системой «человек — ма­шина».

Поскольку большинство СЧМ работают в рамках опре­деленных временных ограничений, то несвоевременное решение задачи приводит к недостижению цели, стоящей перед системой «человек — машина». Поэтому в этих слу­чаях в качестве общего показателя надежности исполь­зуется вероятность правильного (Р_пр ) и своевременного (Р_св ) решения задачи

Р_смч = P_пр Р_{св ,}

Такой показатель используется, например, при приме­нении обобщенного структурного метода оценки надежно­сти СЧМ [см. 31].

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается веро­ятностью безопасной работы

n

Р_счм = 1 - ∑ P_{воз I} P_{ош I} ,

i=1

где Р_{воз i} — вероятность возникновения опасной или вред­ной для человека производственной ситуации i-го типа; Р_{ОШ i} — вероятность неправильных действий оператора в i-й ситуации; n — число возможных травмоопасных ситуаций.

Опасные и вредные ситуации могут создаваться как тех­ническими причинами (неисправность машины, аварийная ситуация, неисправность защитных сооружений), так и нарушениями правил и мер безопасности со стороны лю­дей. При этом, в условиях автома­тизированного производства, когда контакт человека с ра­бочими частями машин и оборудования сравнительно неве­лик, большая роль в возникновении опасных и вредных для человека ситуаций принадлежит психофизиологическим факторам. Их влияние также нужно учитывать при опреде­лении показателя Р_бт .

Степень автоматизации СЧМ характеризует относи­тельное количество информации, перерабатываемой авто­матическими устройствами. Эта величина определяется по формуле

K_a = 1 – Н_оп / Н_смч ,

где Н_оп — количество информации, перерабатываемой опе­ратором; Н_счм — общее количество информации, цирку­лирующей в системе «человек — машина».

Для каждой СЧМ существует некоторая оптимальная степень автоматизации (k_{o пт} ), при которой эффективность СЧМ становится максимальной. При этом чем сложнее СЧМ, тем больше потери эффективности из-за неправильного выбора степени автоматизации. Это видно из сравнения кривых 1 и 2 на рис. Оптимальная сте­пень автоматизации устанавливается в процессе решения задачи распределения функций между человеком и ма­шиной.

Зависимость эффективности СЧМ от сте­пени автоматизации: 1 — для простых систем; 2 — для сложных систем

Экономический показатель характеризует полные за­траты на систему «человек — машина». В общем случае эти затраты складываются из трех составляющих: затрат на создание (изготовление) системы С_и ,затрат на подго­товку операторов С_оп и эксплуатационных расходов С_э . По отношению к процессу эксплуатации затраты С_и и С_оп являются, как правило, капитальными. Тогда полные при­веденные затраты в СЧМ определяются выражением

Wсчм=С_э + Е_н (С_оп + С_и ),

где Е_н — нормативный коэффициент экономической эффек­тивности капитальных затрат.

При заданной величине W_счм путем перераспределения затрат между отдельными составляющими С_и , С_оп и С_э можно получить различные значения общей эффективно­сти СЧМ. И, наоборот, заданная эффективность СЧМ мо­жет быть обеспечена с помощью различных затрат в зависимости от распределения их между отдельными состав­ляющими. Методы технико-экономической оптимизации СЧМ (получение заданной эффективности при минимуме W_счм или получение максимума эффективности при задан­ной величине W_счм ) путем перераспределения затрат С_и , С_оп и С_э .

Большое значение при анализе и оценке СЧМ имеют эргономические показатели. Они учитывают совокупность специфических свойств системы «человек — машина», обеспечивающих возможность осуществления в ней дея­тельности человека (группы людей). Эргономические по­казатели представляют собой иерархическую структуру, включающую в себя целостную эргономическую характе­ристику (эргономичность СЧМ), комплексные (управляе­мость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость СЧМ), групповые (социально-психологические, психологические, физиологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели.

С помощью рассмотренных показателей можно оценить одно или несколько однотипных свойств СЧМ. Иногда их может оказаться недостаточно для решения инженерно-психологических задач (например, при выборе одного из нескольких конкурирующих вариантов СЧМ). В этом слу­чае нужно дать интегральную оценку качества системы «человек — машина» как совокупности всех ее основных свойств. Для этого используется понятие эффективности СЧМ, под которой понимается степень приспособленности системы к выполнению возложенных на нее функций. При определении эффективности СЧМ необходимо учесть сле­дующие правила:для получения полной интегральной оценки следует учитывать всю совокупность частных показателей каче­ства СЧМ;

частные показатели должны входить в общую оценку с некоторым «весом», характеризующим их важность в данной системе;

поскольку частные показатели имеют различный физи­ческий смысл и измеряются в разных величинах, они дол­жны быть приведены к безразмерному и нормированному относительно некоторого эталона виду.

При этом следует отметить, что все частные показа­тели с точки зрения их влияния на эффективность могут быть повышающими (надежность, безопасность, своевре­менность и т. п.) или понижающими (затраты, время решения задачи и др.)- Поэтому нормирование производится следующим образом:

для повышающих показателей

Э_i = E_i / E_{max i}

для понижающих показателей

Э_i = E_i / E_{min i}

где Э_i и E_i — соответственно нормированное и абсолютное значение i-гочастного показателя; E_{max i} и e_{min i} — макси­мальное (минимальное) значение

i-гo частного показа­теля, которое имеет существующая или проектируемая аналогичная система.

Эффективность системы представляется как некоторая совокупность частных показателей. Чаще всего применя­ется аддитивная функция

n

Э_счм = ∑ a_i Э_i

i=1

где а_i - — «весовые» коэффициенты, сумма которых должна быть равна единице; n — число учитываемых частных по­казателей.

При выполнении рассмотренных условий величина Э_{c чм} принимает значения в пределах от нуля до единицы и пред­ставляет собой своеобразный «коэффициент полезного действия» системы «человек — машина».

3. Оператор в системе «человек машина».

Как уже отмечалось, независимо от степени автомати­зации СЧМ, человек остается главным звеном системы «человек — машина». Именно он ставит цели перед систе­мой, планирует, направляет и контролирует весь процесс ее функционирования. Поэтому деятельность оператора является исходным пунктом инженерно-психологического анализа и изучения СЧМ. Деятельность оператора имеет ряд особенностей, определяемых следующими тенденци­ями развития современного производства.

1. С развитием техники увеличивается число объектов (и их параметров), которыми необходимо управлять. Это усложняет и повышает роль операций по планированию и организации труда, по контролю и управлению производ­ственными процессами.

2. Развиваются системы дистанционного управления. Человек все более удаляется от управляемых объектов, о динамике их состояния он судит не по данным непосред­ственного наблюдения, а на основании восприятия сигна­лов от устройств отображения информации, имитирую­щих реальные производственные объекты. Осуществляя дистанционное управление, человек получает необходимую информацию в закодированном виде (т. е. в виде показа­ний счетчиков, индикаторов, измерительных приборов и т. д.), что обусловливает необходимость декодирования и мысленного сопоставления полученной информации с со­стоянием реального управляемого объекта.

3. Увеличение сложности и скорости течения производ­ственных процессов выдвигает повышенные требования к точности действий операторов, быстроте принятия реше­ний в осуществлении управленческих функций. В значи­тельной мере возрастает степень ответственности за совер­шаемые действия, поскольку ошибка оператора при выпол­нении даже самого простого акта может привести к нару­шению работы всей системы «человек — машина», создать аварийную ситуацию с угрозой для жизни работающих людей. Поэтому работа оператора в современных чело­веко-машинных комплексах характеризуется значитель­ными увеличениями нагрузки на нервно-психическую дея­тельность человека, в связи с чем по-иному ставится проб­лема критериев тяжести операторского труда. Основным критерием становится не физическая тяжесть труда, а его нервно-психическая напряженность.

4. В условиях современного производства изменяются условия работы человека. Для некоторых видов деятельно­сти оператора характерно ограничение двигательной ак­тивности, которое не только проявляется в общем умень­шении количества мышечной работы, но и связано с преи­мущественным использованием малых групп мышц. Иногда оператор должен выполнять работу в условиях изоляции от привычной социальной среды, в окружении приборов и индикаторов. И если эти устройства спроектированы без учета психофизиологических особенностей оператора либо выдают ему ложную и искаженную информацию, то воз­никает ситуация, которую образно называют «конфлик­том» человека с приборами .

5. Повышение степени автоматизации производствен­ных процессов требует от оператора высокой готовности к экстренным действиям. При нормальном протекании про­цесса основной функцией оператора является контроль инаблюдение за его ходом. При возникновении нарушений оператор должен осуществить резкий переход от монотон­ной работы в условиях «оперативного покоя» к активным, энергичным действиям по ликвидации возникших отклоне­ний. При этом он должен в течение короткого промежутка времени переработать большое количество информации, принять и осуществить правильное решение. Это приводит к возникновению сенсорных, эмоциональных и интеллек­туальных перегрузок.

Рассмотренные особенности операторского труда поз­воляют выделить его в специфический вид профессиональ­ной деятельности, в связи с чем для его изучения, анализа и оценки недостаточно классических методов, разработан­ных психологией и физиологией труда и используемых для оптимизации различных видов работ, не связанных с ди­станционным управлением по приборам.

Деятельность оператора в системе «человек — ма­шина» может носить самый разнообразный характер. Не­смотря на это, в общем виде она может быть представлена в виде четырех основных этапов.

1. Прием информации.На этом этапе осуществляется восприятие поступающей информации об объектах управ­ления и тех свойствах окружающей среды и СЧМ в целом, которые важны для решения задачи, поставленной перед системой «человек — машина». При этом осуществляются такие действия, как обнаружение сигналов, выделение из их совокупности наиболее значимых, их расшифровка и декодирование; в результате у оператора складывается предварительное представление о состоянии управляемого объекта: информация приводится к виду, пригодному для оценки и принятия решения.

2. Оценка и переработка информации.На этом этапе производится сопоставление заданных и текущих (реаль­ных) режимов работы СЧМ, производится анализ и обоб­щение информации, выделяются критичные объекты и си­туации и на основании заранее известных критериев важ­ности и срочности определяется очередность обработки информации. Качество выполнения этого этапа во многом зависит от принятых способов кодирования информации и возможностей оператора по ее деко­дированию. На данном этапе оператором могут выпол­няться такие действия, как запоминание информации, из­влечение ее из памяти, декодирование и т. п.

3. Принятие решения.Решение о необходимых дейст­виях принимается на основе проведенного анализа и оценки информации, а также на основе других известных све­дений о целях и условиях работы системы, возможных спо­собах действия, последствиях правильных и ошибочных решений и т. д. Время принятия решения существенным образом зависит от энтропии множества решений. Если же каждому состоянию объекта могут быть поставлены в соответствие несколько решений, то при расчете энтропии нужно учесть еще и сложность выбора из множества возможных решений необходимого.

4. Реализация принятого решения.На этом этапе осу­ществляется приведение принятого решения в исполнение путем выполнения определенных действий или отдачи соот­ветствующих распоряжений. Отдельными действиями на этом этапе являются: перекодирование принятого решения в машинный код, поиск нужного органа управления, дви­жение руки к органу управления и манипуляция с ним (на­жатие кнопки, включение тумблера, поворот рычага и т. п.). На каждом из этапов оператор совершает самокон­троль собственных действий. Этот самоконтроль может быть инструментальным или неинструмеитальным. В пер­вом случае оператор проводит контроль своих действий с помощью специальных технических средств (например, с помощью специальных индикаторов контролирует пра­вильность набора информации). Во втором случае кон­троль ведется без применения технических средств. Он осуществляется путем визуального осмотра, повторения отдельных действий и т. п. Проведение любого вида само­контроля способствует повышению надежности работы оператора.

На качество и эффективность выполнения каждого из рассмотренных этапов оказывает влияние целый ряд фак­торов. Так, например, качество приема информации зави­сит от вида и количества индикаторов, организации ин­формационного поля, психофизических характеристик предъявляемой информации (размеров изображений, их светотехнических характеристик, цветового тона и цвето­вого контраста).

На оценку и переработку информации влияют такие факторы, как способ кодирования информации, объем ее отображения, динамика смены информации, соответствие ее возможностям памяти и мышления оператора. Эффективность принятия решения определяется сле­дующими факторами: типом решаемой задачи, числом и сложностью проверяемых логических условий, слож­ностью алгоритма и количеством возможных вариантов решения.

Выполнение управляющих движений зависит от числа органов управления, их типа и способа размещения, а также от большой группы характеристик, определяющих степень удобства работы с отдельными органами управления (раз­мер, форма, сила сопротивления и т.д.).

Первые два этапа в совокупности называют иногда получением информации, последние два этапа — ее реа­лизацией. Из проведенного описания видно, что получение информации включает в себя как бы два уровня, поскольку текущая информация передается оператору через систему технических устройств. Он, как правило, не имеет возмож­ности непосредственно наблюдать за объектом управления (во всяком случае эта возможность ограничена), а полу­чает необходимую информацию со средств отображения в закодированном виде. С их помощью формируется ин­формационная модель объекта управления.

Поэтому на первом уровне получения информации про­исходит восприятие оператором информационной модели, т. е. восприятие физических явлений, выступающих в роли носителей информации (положение стрелки на шкале из­мерительного прибора, комбинация знаков на экране элек­тронно-лучевой трубки, мигание лампочки, звук и т. п.). После этого на втором уровне осуществляется декодиро­вание воспринятых сигналов и формирование на этой ос­нове некоторой «умственной картины» управляемого про­цесса и условий, в которых он протекает. Такую «умствен­ную картину» в инженерной психологии принято называть концептуальной моделью '. Она дает возможность опера­тору соотнести в единое целое различные части управляе­мого процесса и затем на основе принятого решения осу­ществить эффективные управляющие действия, т. е. пра­вильно реализовать полученную информацию.

Деятельность оператора, как отмечалось в начале дан­ного параграфа, имеет целый ряд специфических особен­ностей. Поэтому успешное ее выполнение предполагает определенный уровень развития психических процессов. Основными из них являются восприятие, внимание, па­мять, представление и др..

До сих пор нами рассматривались общие черты деятель­ности оператора. Однако наряду с ними можно выделить и различные виды операторского труда, каждый из кото­рых характеризуется своими частными особенностями.

Оператор-технолог непосредственно включен в техно­логический процесс. Он работает в основном в режиме немедленного обслуживания. Преобладающими в его дея­тельности являются управляющие действия. Выполнение действий регламентируется обычно инструкциями, которые содержат, как правило, почти полный набор ситуаций и решений. К этому виду относятся операторы технологиче­ских процессов, автоматических линий, операторы по при­ему и переработке информации и т. п.

Оператор-наблюдатель (контролер) является класси­ческим типом оператора, с изучения деятельности которого и началась инженерная психология. Важное значение для деятельности такого оператора имеют информационные и концептуальные модели, а также процессы принятия решения. Управляющие действия контролера (по сравне­нию с оператором первого типа) несколько упрощены. Опе­ратор-наблюдатель может работать в режиме отстрочен­ного обслуживания. Такой тип деятельности является мас­совым для систем, работающих в реальном масштабе времени (операторы радиолокационной станции, диспет­черы на различных видах транспорта


9-09-2015, 17:54