Тема 3. Функционально системный анализ процесса обоснования путей создания высокоэргономичных человеко-машинных комплексов (чмк) 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Тема 3. Функционально системный анализ процесса обоснования путей создания высокоэргономичных человеко-машинных комплексов (чмк)



В соответствии с известной методологией системный анализ при классическом подходе проводится в три этапа: структуризация целей; определение путей достижения целей; определение потребных ресурсов[31].

На первом этапе структуризация может проводиться:

- посредством композиции – обобщения частных целей;

- посредством декомпозиции – последовательной детализации обобщенных целей.

Выбор подхода зависит от основной цели оптимизации. Применительно к сложным СЧМ возможен только второй подход. При структуризации целей и задач с этих позиций также возможны два подхода:

- объектный, основанный на поэлементном делении целей, исходя из структуры объектов, эргономические характеристики которых необходимо оптимизировать;

- функциональный, основанный на расчленении целей, исходя из выделенных групп сходных функций вне зависимости от их принадлежности к элементам объектов. В данном случае первый подход неприменим, так как его использование нарушает один из основных принципов системного анализа – принцип общности получаемых в ходе анализа закономерностей.

Таким образом, результатом 1-го этапа системного анализа является создание функционально-структурной модели процесса обоснования рациональных путей формирования облика высокоэргономичных СЧМ.

Если говорить о более глобальной задаче – создании функционально-структурной модели процесса разработки высокоэргономичных СЧМ, то можно выделить следующие результаты обзора исследований в этой области. Во-первых – это исследования организационно-системного характера, в которых обосновывается структура и содержание эргономических мероприятий на различных этапах создания СЧМ. Вопросы взаимосвязи этих мероприятий и особенности их реализации при этом не рассматриваются. Отдельные вопросы детализации эргономических мероприятий отражены в системе государственных стандартов ССЭТО (более 100 стандартов). Несмотря на большое количество обязательных документов, не следует переоценивать полученные результаты: разработка велась в разное время, с различными методическими подходами и разными исполнителями, что не позволило построить взаимосвязанную и стройную систему эргономических показателей. Во-вторых, есть исследования, посвященные общим подходам к синтезу сложных СЧМ [55-57].Однако они, как правило, имеют направленность на узкий круг систем. В частности, в [55, 57] предполагается непрерывность процессов управления (авиационные и космические системы), а в [57] – однофазность, одноканальность, детерминированность этих процессов. Причем учет особенностей характеристик операторов при этом осуществляется посредством ввода эмпирически определяемых коэффициентов. В-третьих, часть работ посвящена детальной структуризации отдельных элементов эргономического обеспечения. Наиболее глубоко проработаны вопросы синтеза систем отображения информации, информационного обеспечения радиолокационных систем, распределения функций между операторами и средствами автоматизации, компоновки средств деятельности в залах боевого управления. Все эти исследования фактически направлены на синтез одной составляющей эргономического облика СЧМ – информационной, и, как правило, применительно к конкретным системам. Имеется значительное количество работ, посвященных вопросам организации процессов отбора, обучения и подготовки специалистов различного профиля, синтеза систем жизнедеятельности операторов, а также отдельных элементов. Но все эти работы касаются отдельных аспектов различных компонент взаимодействия человека-оператора со средствами автоматизации и внешней средой. Системный анализ всех сторон такого взаимодействия практически отсутствует, как отсутствует и структура составляющих эргономического облика комплекса хотя бы на самом верхнем иерархическом уровне поля эргономических решений. Кроме этого, нет приемлемой методологии оценки приоритетности проблемных задач при формировании перспективных программ эргономических исследований и разработок, что сказывается негативно на темпах повышения эргономичности СЧМ. Поэтому является актуальной разработка методического подхода к обоснованию путей создания высокоэргономичных СЧМ, включающего в себя обоснование структуры и взаимосвязи составляющих эргономического облика комплексов, структуры методики оценки приоритетности проблемных задач, структуры методики формирования эргономического облика комплексов. Такой системный подход позволит максимально использовать научный потенциал, содержащийся в поле эргономических решений, формируемом как из реализованных, так и нереализованных решений (результаты НИР, патентная литература и т.д.). Первым этапом создания такого методического подхода является структуризация целей процесса обоснования рациональных путей формирования эргономического облика СЧМ. Исходными данными для 1-го этапа являются структура эргономических свойств комплексов и ее взаимосвязь с составляющими их эргономического облика. Чтобы выделить интегральные эргономические свойства, примем достаточно ясную на понятийном уровне аксиому.

Аксиома. В высокоэргономичном комплексе человек-оператор выполняет необходимые функции с требуемым качеством, и при этом параметры напряженности деятельности находятся в допустимых пределах. В таком случае, очевидно, эргономичность будет определяться эргофункциональностью и эргокомфортностью. Процесс выполнения предписанных функций (Ф) человеком-оператором за время непрерывной работы (Т) можно представить графически следующим образом (рисунок 8). Ось Y (вверх) характеризует безошибочность выполнения функций, ось Y (вниз) – своевременность выполнения функций. На оси X – оси времени – откладываются моменты начала выполнения различных функций.Естественно, что в высокоэргономичном образце все функции должны выполняться безошибочно (Р 1), а время их выполнения (кривая 1) не должно превышать допустимое (кривая2). Тогда кривая будет представлять собой оптимальный профиль эргофункциональности,а кривая – реальный профиль. Область, ограниченную профилями и Сф назовем зоной эргофункциональности. В этом случае в качестве критерия обеспечения эргофункциональностиобразца может быть принят критерий

при котором достигается минимум площади заштрихованной области на рисунке 8.

 

 
 

 

 


Рисунок 8. – Построение зоны эргофункциональности

Для образцов, в которых человек-оператор выполняет предписанные функции, возникающие в определенном порядке и в заданные моменты времени (детерминированная деятельность), целевая функция F1 равна

,

где

– важность i -й функции;

– вероятность и время (среднее) выполнения i -й функции;

– допустимое время i -й функции.

Для систем, в которых моменты возникновения предписанных функций подчиняются случайным законам, целевая функция может быть рассчитана методом статистического моделирования.

В общем случае показатель эргофункциональности реальной системы может быть рассчитан через отношение значения целевой функции F1 к площади оптимальной зоны эргофункциональности

Рассмотрим более детально понятие эргокомфортности. При этом примем гипотезу, что напряженность деятельности оператора характеризуется значениями 2-х групп показателей. Первая группа показателей – это прямые показатели функционального состояния, по значениям которых можно судить о напряженности деятельности. В этом случае напряженность деятельности определяется влиянием внешней среды на организм человека (рисунок 9). Cхематически это влияние может быть представлено в виде круга комфортности. Вторая группа показателей – это косвенные показатели напряженности, значения которых зависят от выполняемых операторами функций. Круг комфортности для этой группы показателей можно представить в следующем виде (рисунок 10).

Для построения обобщенной зоны эргокомфортности построим следующую диаграмму (рисунок 11). Точки на оси Y (вверх), зафиксированные через равные интервалы, характеризуют начала отсчетов нормированных диапазонов изменения первой группы показателей, а на оси Y (вниз)– второй группы показателей. По оси X откладываются нормированные значения самих показателей.

.

Тогда кривая будет представлять собой допустимый профиль эргокомфортности, кривая – оптимальный профиль, а область, ограниченная кривой , является зоной допустимой эргокомфортности.

В качестве критерия обеспечения эргокомфортности образца может быть принят критерий

где — реальный профиль эргокомфортности, который в каждый момент времени определяется как совокупность значений показателей 1-й и 2-й групп по кривым, характеризующим динамику изменения этих показателей.

 

 

 
 

 


1 – комфортная зона;

2 – некомфортная зона;

3 – невыполнимая зона;

сектор 1 – давление;

сектор 2 – резкое изменение давления;

сектор 3 – постепенное изменение давления;

сектор 4 – влажность;

сектор 5 – вентиляция;

сектор 6 – потребное количество тепла на человека;

сектор 7 – вибрация (амплитуда);

сектор 8 – концентрация окиси углерода;

сектор 9 – шум;

сектор 10 – концентрация CO2 (при давлении 660-760);

сектор 11 – концентрация CO2 (при давлении меньше 660);

сектор 12 – тепло;

сектор 13 – холод;

сектор 14 – ускорение;

сектор 15 – наклон тела человека вперед и назад

Рисунок 9 – Влияние внешней среды на организм человека

Так, например, если динамика изменения Пi (показателя напряженности) имеет следующей вид, отображенный на рисунке 12, то проекция функции на ось Пi в момент to равна , а функции равна . Тогда можно сказать, что оператор в момент to находится в зоне комфортности, еслидля всех

,

где – количество показателей 1-й и 2-й групп;

, – минимально и максимально допустимые значения i -гo показателя (левые и правые границы зоны комфортности на рисунке 11).

 

 
 

 

 


1 – зона высокой напряженности;

2 – зона напряженной деятельности;

3 – зона не напряженной деятельности;

секторы 1-9 – секторы напряженности по критериям информационной загруженности:

сектор 1 – длительность наблюдения;

сектор 2 – количество объектов;

сектор 3 – количество сигналов;

сектор 4 – время активной работы;

сектор 5 – количество энграмм;

сектор 6 – время монотонной работы;

сектор 7 – размеры объектов наблюдения;

сектор 8 – разборчивость речи;

сектор 9 – сменность работы;

секторы 10-13 – секторы напряженности по критериям физиологической цены загруженности:

сектор 10 – частота сердечных сокращений;

сектор 11 – частота дыхания;

сектор 12 – температура тела;

сектор 13 – электрокожная проводимость

Рисунок 10 – Круги комфортности по показателям напряженности

Примечание. На рис.9 и 10 приведены ориентировочные перечни показателей. В каждом конкретном случае они могут уточняться.

В общем случае показатель эргокомфортности реального образца может быть рассчитан следующим образом

Эргофункциональность и эргокомфортность являются взаимозависимыми свойствами, но этазависимость не взаимооднозначная, т.к. справедливы следующие утверждения.

 

Рисунок 11 – Построение зоны комфортности (в статике)

       
 
 
   

 

 


Рисунок 12 – Динамика изменения показателей напряженности

В общем случае показатель эргокомфортности реальной системы может быть рассчитан следующим образом

Эргофункциональность и эргокомфортность являются взаимозависимыми свойствами, но этазависимость не взаимооднозначная, т.к. справедливы следующие утверждения.

Утверждение 1. Эргокомфортный образец может быть абсолютно неэргофункциональным.

Утверждение 2. Эргофункциональный образец не всегда является эргокомфортным (т.к. оператор может выполнять безошибочно и своевременно все необходимые функции, но на пределе своих психофизиологических возможностей, что скажется при длительной эксплуатации).

Таким образом более сильной является прямая зависимость:

эргофункциональность ----→ эргокомфортность,

чем обратная: эргофункциональность←----- эргокомфортность.

Чтобы выделить эргономические компоненты, оказывающие влияние на оба эти интегральных свойства и, естественно, эргономичность, рассмотрим абстрактную упрощенную модель связейв системе. Человек-оператор при выполнении своих функций получает распоряжение, сообщение через информационную составляющую эргономического облика посредством интерфейсной составляющей. При этом результат его деятельности (принимаемые решения) зависит какот «качества» указанных составляющих, так и от состояния окружающей среды (жизнедеятельностная составляющая) и квалификационных характеристик оператора (квалификационная составляющая). Более детально все выделенные 4 составляющие можно охарактеризовать следующим образом. Информационная составляющая определяется характеристиками процессов и технических средств организации информационного обеспечения деятельности операторов на автоматизированных рабочих местах. Так, нерациональная структура информационной модели, избыточность или недостаточность информации при принятии решений, не оптимальность способов кодирования информации могут свести на нет все усилия по оптимизации интерфейсных характеристик. Интерфейсная составляющая определяется характеристиками процессов и технических средств организации диалога на автоматизированных рабочих местах, а также антропометрическими характеристиками пультов управления. Так, оперативность и безошибочность работы человека-оператора за дисплеем во многом определяется способом ввода управляющих воздействий, структурой диалога, языком взаимодействия с ЭВМ, компоновкой элементов управления и средств индикации на пульте управления и т.д. Жизнедеятельностная составляющая определяется характеристиками процессов и технических средств обеспечения комфортности деятельности человека-оператора за автоматизированным рабочим местом, а также характеристиками режимов труда и отдыха. Так, не учет динамики изменения факторов внешней среды (освещенности, химического состава воздуха, влажности, температуры и т.д.) в ряде известных случаев делали невозможным выполнение операторами предписанных функций. Квалификационная составляющая определяется характеристиками процессов и средств формирования и поддержания квалификационных качеств оператора, которые зависят от социально-психологических факторов, психофизических свойств человека, а также от организации отбора, обучения и тренировки операторов. Четкая согласованность всех перечисленных составляющих при формировании облика системы обеспечивает его высокую эргономичность.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что эргономический облик системы определяется характеристиками следующих составляющих: информационной, интерфейсной, жизнедеятельностной и квалификационной. Причем, характеристики первых двух составляющих, в основном, оказывают влияние на эргофункциональность, а двух других – на эргокомфортность. Особенно это справедливо для существующего до настоящего времени «остаточного» принципа формирования эргономического облика системы, при котором в процессе его создания реализуются только информационная и интерфейсная составляющие, а жизнедеятельностная и квалификационная – реализуются в процессе её эксплуатации. Да и при этом последние компоненты в процессе их формирования в основном ориентированы на решения, реализованные в о системах-аналогах. Результатом такого технократического подхода является постоянно существующее противоречие между высокими потенциальными возможностями систем и возможностью их реализации.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-08-12; просмотров: 243; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.200.23.133 (0.07 с.)