close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Макеев В. Н. Эргатические системы автоматизированного управления процессами лесопромышленного производства

код для вставкиСкачать
 0
В.Н. Макеев
ЭРГАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
В.Н. Макеев
ЭРГАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Монография
Воронеж 2015
2
УДК 630*79:65.011.56+630*848:65.011.54/56
М15
Печатается по решению научно-технического совета
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 6 от 12 ноября 2014 г.)
Рецензенты: кафедра электротехники и автоматики
ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ;
заведующий кафедрой информационных и управляющих
систем ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» засл. деятель науки РФ,
д-р техн. наук, проф. В.К. Бирюков
Научный редактор д-р техн. наук, проф. С.И. Сушков
Макеев, В. Н.
М15 Эргатические системы автоматизированного управления процессами
лесопромышленного производства [Текст] : монография / В. Н. Макеев ; М-во
образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2015. – 239 с.
ISBN 978-5-7994-0679-0 (в пер.)
В
монографии
рассмотрены
проблемы
создания
эргатических
систем
автоматизированного управления процессами лесопромышленного производства и
результаты исследования функциональной деятельности и физиологической загруженности
операторов систем автоматизированного управления процессами лесопромышленного
производства.
Монография рассчитана на инженерно-технических и научных работников,
преподавателей, магистров, аспирантов, занимающихся вопросами разработки систем
автоматизированного управления технологическими процессами предприятий лесного
комплекса.
УДК 630*79:65.011.56+630*848:65.011.54/56
ISBN 978-5-7994-0679-0
© Макеев В. Н., 2015
© ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2015
3
Оглавление
Введение.......................................................................................................................6
1. Влияние входных нагрузок на работу эргатической системы
автоматизированного управления (ЭСАУ) процессами
лесопромышленного производства.....................................................................12
1.1. Независимые переменные входных реакций (нагрузок)
человека - оператора...................................................................................14
1.2. Факторы, влияющие на индивидуальные различия между
операторами..................................................................................................16
1.3. Влияние организационных факторов на входные нагрузки....................20
1.4. Переменные величины входных нагрузок ЭСАУ....................................23
2. Характеристика задач управления, решаемых ЭСАУ......................................29
2.1. Определение задач управления..................................................................29
2.2. Требования к ЭСАУ и направления возможных исследований.............33
2.3. Система классификации задач ...................................................................34
2.4. Возможные задачи исследования ..............................................................36
2.5. Трудность поставленной задачи.................................................................38
2.6. Структурирование задачи...........................................................................40
2.7. Сложность задачи управления...................................................................42
2.8. Организация задачи ....................................................................................43
2.9. Автоматизация задачи.................................................................................45
2.10. Соотношение между оборудованием и задачей.......................................47
3. Принятие решений в работе эргатических систем АУ.....................................52
3.1. Определение процесса и типы задач принятия решения.........................52
3.2. Переменные величины, связанные с принятием решения.......................54
3.3. Входные и выходные факторы процесса принятия решения..................58
3.4. Поведение человека-оператора в процессе принятия решения..............61
3.5. Подготовка, опыт и индивидуальные факторы человека-оператора
(диспетчера) .................................................................................................63
3.6. Автоматизация процесса принятия решения............................................65
3.7. Роль человека-оператора (экскаваторщика) в повышении
эффективности гидравлических экскаваторов при строительстве
лесовозных дорог (пример эргатической системы «человек-машина»)..66
3.8. Общие выводы по разделу..........................................................................70
4
4. Обратная связь в эргатических системах автоматизированного
управления.............................................................................................................73
4.1. Определение обратной связи......................................................................74
4.2. Структурные переменные величины обратной связи..............................78
4.3. Эффективность обратной связи при решении определенных задач
оператором...................................................................................................81
4.4. Временные факторы – временные интервалы ОС ...................................83
4.5. Частота и объем обратной связи................................................................84
4.6. Специфичность обратной связи.................................................................85
4.7. Точность обратной связи............................................................................86
4.8. Средство предъявления обратной связи....................................................90
4.9. Уровень источника обратной связи...........................................................92
4.10. Мотивационная обратная связь..................................................................95
4.11. Усиленная обратная связь...........................................................................97
4.12. Установочные факторы обратной связи..................................................100
4.13. Общие выводы и рекомендации по обратной связи в ЭСАУ
процессами лесопромышленного комплекса .........................................102
5. Оператор – интегрирующее звено ЭСАУ ПТУ и его возможности..............106
5.1. Основные теоретические положения особенностей человека-оператора
как интегрирующего звена ЭСАУ ПТУ на лесных складах.................106
5.1.1. Особенности и функции человека-оператора как основного звена
системы управления и его модель...............................................106
5.1.2. Энергетическая нагрузка и коэффициент производительности
труда оператора..............................................................................113
5.1.3. Допустимая энергетическая нагрузка оператора и надежность
ЭСАУ..............................................................................................116
5.1.4. Влияние условий окружающей среды на работоспособность
человека-оператора........................................................................120
5.1.5. Взаимная независимость и совместимость функциональных
возможностей человека-оператора..............................................122
5.1.6. Критерии оценки качества функциональной деятельности и
физиологической загруженности человека-оператора..............127
5.1.7. Методы исследования качества функциональной деятельности и
физиологического состояния человека-оператора.....................132
5.2. Эргономические исследования человека-оператора ЭСАУ ПТУ на
лесных складах...........................................................................................139
5
5.2.1. Цель, программа и параметры исследования функциональной
деятельности и физиологической загруженности человекаоператора........................................................................................139
5.2.2. Методика, аппаратура и условия проведения эргономических
исследований человека-оператора...............................................143
5.2.3. Исследования по оценке функциональной деятельности
человека-оператора
по
показателям
операционной
загруженности................................................................................144
5.2.4. Исследования по загруженности человека-оператора на основе
физиологических параметров.......................................................155
5.2.5. Определение оптимального количества подъемно-транспортных
устройств в зависимости от функциональных и физиологических
возможностей человека-оператора..............................................164
6. Эргономические вопросы разработки ЭСАУ ведущими подъемнотранспортными устройствами на лесных складах..........................................170
6.1. Важность эргономической оценки ЭСАУ подъемно-транспортными
устройствами (кранами) ...........................................................................170
6.2. Взаимодействие оператор – ЭСАУ – ПТУ..............................................175
6.3. Требования, предъявляемые задачей ЭСАУ...........................................182
6.4. Стратегия выполнения задачи..................................................................184
6.5. Анализ качества взаимодействия системы «человек-оператор –
ЭСАУ – ПТУ».............................................................................................186
7. Эргономические аспекты разработки систем информационно-оперативного
диспетчерского
управления
процессами
лесопромышленного
производства.......................................................................................................204
7.1. Особенности человека-оператора-диспетчера как звена системы
управления (СИОДУ)................................................................................205
7.2. Основные виды моделей человека-оператора-диспетчера....................211
7.3. Непрерывная линейная модель человека-оператора-диспетчера,
выполняющего операции сопровождающего слежения........................217
7.4. Дискретная нелинейная модель человека-оператора-диспетчера,
выполняющего операции компенсирующего и сопровождающего
слежения.....................................................................................................221
Заключение...............................................................................................................226
Библиографический список....................................................................................228
6
Введение
В настоящее время во всех сферах производства, в том числе и в условиях
лесопромышленного, преобладают непрерывные технологические процессы
большой мощности со сложными комплексами энергетических и материальных
потоков и с жесткими требованиями к качеству продукции, к безопасности
обслуживающего персонала, к сохранности оборудования и к исключению
отрицательного воздействия на окружающую среду, что вполне естественно
ведет к необходимости создания более совершенных систем управления.
В
период
сложившиеся
развития
структуры
и
становления
управления
рыночной
экономики
ранее
производственно-технологическими
процессами лесопромышленных предприятий являются, вполне естественно,
устаревшими и не способными учитывать специфические особенности
рыночных взаимоотношений различных промышленных производств, в том
числе и производств лесного комплекса.
Современные предприятия любой направленности их производственной
деятельности, как правило, имеют подразделения, перерабатывающие и
заготавливающие древесину для реализации местным и другим потребителям с
целью не только выживания, но и поддержания и развития собственного
производства на надлежащем уровне.
Однако управление всеми как технологическими, так и транспортногрузовыми процессами в этих предприятиях осталось на прежних принципах и
соответствующем уровне, то есть как были, так и остались различные
полуавтоматические линии по переработке заготовленной древесины как
первичной, так и вторичной (более глубокой); полуавтоматизированные и
автоматизированные системы управления различными процессами, машинами
и механизмами, а также системы информационно-оперативного диспетчерского
управления всем производством лесопромышленных и лесохозяйственных
предприятий.
7
В связи с этим в настоящий период времени во всех сферах
производственной деятельности, в том числе и в условиях лесного комплекса,
возрос интерес к эргатическим системам управления – системам, в которых
вместе с техническими устройствами работает (функционирует) человек как их
основное мыслящее и интегрирующее звено. Сейчас, как никогда, стало
очевидным, что автоматизация, вытеснив человека из сферы непосредственного
воздействия на среду (объект), накладывает на него подчас непосильную
нагрузку на более высоких уровнях иерархии самой системы.
Системой называют множество взаимосвязанных элементов, каждый из
которых связан с каждым другим элементом, так что любые два подмножества
этого множества не могут быть независимыми. При этом элементами системы
могут быть объекты или понятия, а также сочетания объектов и понятий.
Система, все элементы которой есть объекты, называется физической.
Система управления определяется как система, обладающая следующими
свойствами:
- наличием цели своего функционирования;
- наличием управления, под которым понимается способность изменять
показатели и параметры элементов системы в соответствии с целью
функционирования.
Эргатической системой называется любая физическая система, в той или
иной степени зависящая от участия в ней человека [1]. В соответствии с этим
определением
все
физические
системы,
созданные
людьми,
являются
эргатическими.
С точки зрения теории управления эргатическая система представляет
собой совокупность объектов управления (ими могут быть и люди), с которыми
взаимодействует человек, осуществляющий функции управления. Эргатические
системы, как правило, являются системами управления, в которых в качестве
решающего и управляющего «звена» используется человек. При этом
предметом труда в эргатической системе является любой объект, с которым
8
человек-оператор взаимодействует на протяжении определенного периода
времени и при определенных условиях с целью изменения свойств объекта.
Эргатическая система предполагает знание человеком, действующим в ней,
цели своих действий. Вместе с этим в эргатической системе человек должен
обладать определенными навыками, с помощью которых он может выполнять
поставленные перед системой задачи. При выполнении этих условий можно
говорить о человеке в эргатической системе как о человеке-операторе [2].
Человек-оператор – человек, осуществляющий трудовую деятельность,
основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной,
механизмом, другими людьми и внешней средой, через посредство органов
управления и т. п. Действия оператора – это функциональный элемент его
деятельности, имеющий осознанную им цель.
Оценка качества эргатического процесса – процедура, без которой
невозможно
определить
техническую
и
тактическую
приемлемость
эргатической системы. Если ранее человек зачастую лишь вынужден был
приспосабливаться к уже созданной машинной (технической) части системы, то
с усложнением тактики использования систем возникла проблема обоюдного
«прирабатывания» и человека, и машины (технической части системы). Для
оптимизации технической части системы могут быть привлечены методы
теории оптимальных систем, до сих пор успешно применяющиеся в
автоматическом управлении [3, 4]. Но каким образом рассматривать процесс
оптимизации человека-оператора? Очевидно, это могла бы быть управляемая
адаптация человека к успешной работе в составе данной системы для
исполнения заданной цели. Отсюда следует задача управления обучением
человека-оператора, т.е. управления процессом стабилизации показателей
качества его деятельности в составе данной системы. Но человек-оператор в
процессе
обучения
приспосабливается
к
условиям
функционирования
эргатической системы и вследствие этого сам изменяется: изменяется структура
деятельности, изменяются отдельные характеристики действий. Следовательно,
9
эргатическая система от цикла к циклу в целом может обладать различными
структурой и параметрами, что особенно характерно для начальных этапов
обучения человека-оператора.
Обучение человека-оператора штатным и нештатным режимам работы
приводит, в конце концов, к стабилизации показателей качества процесса, что
позволяет переходить уже к статистическим оценкам по циклам и применять
статистическое моделирование эргатического процесса с целью оценки
надежности системы в целом [5].
Таким
образом,
осуществляющий
оператор
трудовую
эргатической
деятельность,
системы
основу
–
которой
человек,
составляет
взаимодействие с предметом труда, машиной, механизмом, другими людьми и
внешней средой через посредство информационной модели и органов
управления.
Действие человека-оператора – это функциональный элемент его
деятельности, имеющий осознанную им (человеком-оператором) цель. Цель
эргатического процесса – изначальная задача, которая выполняется в
результате этого процесса.
Аналогом
целей
человека-оператора
здесь
служит
определенная
совокупность требований к эргатической системе, на основе которых можно
воссоздать ее конфигурацию, а также выполняемые ей функции и операции.
Пути достижения цели любой эргатической системы определяют способы
действий
человека-оператора.
Способ
действий
–
это
индивидуально
своеобразная совокупность психологических средств (умственных, моторных),
к которым человек-оператор прибегает сознательно или стихийно и которые
позволяют
ему
привести
в
соответствие
с
условиями
деятельности
специфические особенности своего поведения. Следовательно, способ действий
– это устойчивый комплекс приемов, стиль деятельности, обусловленные
определенными
личными
системы управления.
качествами
человека-оператора
эрготической
10
Обученность
профессиональной
характеризующееся
–
состояние
эргатической
подготовленностью
стабилизацией
системы,
обусловленное
человека-оператора
показателей
и
работоспособности
при
последовательном предъявлении однотипных задач.
Вместе с этим, такие эргатические системы автоматизированного
управления, как дистанционное управление (ДУ), дистационно-програмное
управление (ДПУ), программное управление (ПУ) и групповое дистанционнопрограммное управление (ГДПУ) подъемно-транспортными устройствами
(ПТУ) – различного типа кранами на лесных складах [6], а также
централизованное управление технологическими процессами лесных складов
(ЦУТПЛС), централизованное диспетчерское управление производственным
процессом (ЦДУПП), информационно-оперативное диспетчерское управление
(ИОДУ), информационно-оперативная диспетчерская служба (ИОДС) [7],
совместимые с характеристиками человека и присущими ему биологическими
ограничениями, могли быть созданы только на базе количественного анализа и
эксперимента при условии, что поведение человека-оператора (диспетчера) и
объектов в системах управления может быть описано в сопоставимых
понятиях.
Поэтому в основу написания данной монографии были положены
результаты исследований, полученные при создании и функционировании
перечисленных эргатических систем автоматизированного управления (ЭСАУ)
процессами и машинами лесопромышленных производств.
При этом особое внимание было уделено:
1.
Влиянию
входных
нагрузок
на
работу
эргатических
систем
автоматизированного управления, т.е. изучению входных сигналов с точки
зрения создаваемых ими нагрузок на человека-оператора и эргатическую
систему;
11
2.
Характеристике задач управления, решаемых ЭСАУ, а именно
проблемам
трудности
структурирования,
сложности,
организации
и
автоматизации, связанных с самим содержанием этих задач;
3.
Принятию решений в работе ЭСАУ как наиболее важной функции
человека-оператора (диспетчера) и влиянию входных переменных величин на
процесс принятия решения;
4.
Значению обратной связи в работе ЭСАУ и в функциональной
деятельности
человека-оператора
(диспетчера)
с
анализом
временных
количественных и качественных переменных величин, воздействующих на ее
(обратной связи) эффективность;
5.
Человеку-оператору
как
интегрирующему
звену
созданных
эргатических систем автоматизированного управления на производстве
действующих лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий
лесного комплекса;
6.
И наконец, эргономическим системам разработки ЭСАУ подъемно-
транспортными
устройствами
и
производственно-технологическими
процессами лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств
лесного комплекса.
12
1.
ВЛИЯНИЕ
ЭРГАТИЧЕСКОЙ
ВХОДНЫХ
СИСТЕМЫ
НАГРУЗОК
НА
РАБОТУ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
УПРАВЛЕНИЯ (ЭСАУ) ПРОЦЕССАМИ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Входные характеристики рассматриваются по отношению к понятию
рабочей нагрузки, или просто нагрузки. Входные сигналы и в меньшей степени
допустимый диапазон ответных реакций оператора (диспетчера), также
влияющих на входные сигналы, предъявляют определенные требования
(императивный вход) к системе человек-машина (СЧМ), на которые последняя
реагирует модификацией своей работы. Эти требования, предполагаемые
концепцией нагрузки в самом общем смысле, отличаются от требований
системы управления процессами лесопромышленного производства. Хотя, в
конечном счете, нагрузка и определяется требованиями системы управления
процессами лесопромышленного производства (поскольку чем они жестче, тем
вероятнее возрастание нагрузки), требование, налагаемое самой нагрузкой,
вытекает из ситуации конкретной задачи.
Входные сигналы исследуются с точки зрения вызываемых ими эффектов
нагрузки, которая представляет собой сложное явление и может быть выражена
различными способами в зависимости от вызвавших ее причин, а именно:
1.
Как некоторая величина, определяемая несоответствием между
входным параметром и способностью системы управления процессами
лесопромышленного производства управлять им;
2.
Как величина физических усилий, определяемых задачей или
затрачиваемых человеком-оператором независимо от самой задачи;
3.
Как субъективное состояние человека-оператора и как объективное
следствие;
4.
Как сосредоточенность внимания на решаемой задаче и степень его
рассеивания на другие задачи;
13
5.
Как величина, связанная с концепцией стресса и равная отношению
времени выполнения единой серии задач к сумме времени их выполнения
отдельно друг от друга;
6.
сигнал,
Как независимая или зависимая переменная, а также входной
явившийся
следствием
воздействия
других
систем,
или
непосредственно сами воздействия;
7.
Как особый случай классической проблемы внимания или результат
общего состояния спешки;
8.
Как некоторая привносимая переменная величина, определяемая
соотношениями между входными сигналами и стимулами, выходными
сигналами и реакциями.
Наличие
нагрузки
(входных
переменных
величин)
может
быть
установлено только при сравнении с каким-либо базовыми деятельностными
характеристиками. Таким образом, наличие нагрузки подразумевается лишь в
том случае, если работа существенно изменяется вследствие изменения
входного сигнала. В реальной ситуации, в отличие от формального
эксперимента, бывает трудно отличить изменение работы, вызванное входной
нагрузкой, от «нормальной» изменчивости действий человека-оператора, в
особенности там, где изменения входных условий выражены нечетко.
Концепция нагрузки, обусловленная неспособностью человека-оператора
справиться с входными сигналами, требует введения понятия способности
человека-оператора или системы управления процессами лесопромышленного
производства реагировать на них, а также предъявляемого входными сигналами
требования, превышающего эту способность, которая представляет собой
потенциал, гипотетический максимум того, что в обычных условиях нельзя
наблюдать и что наблюдается только в условиях работы человека-оператора,
близких к отказу, что случается весьма редко. Точно так же требования,
предъявляемые входными сигналами, с трудом поддаются конкретизации и
измерению.
14
1.1
Независимые
переменные
входных
реакций
(нагрузок)
человека-оператора
Количество входных сигналов. Входные сигналы могут быть определены
либо как совершившиеся события, либо как источники входных сигналов.
Количество релевантных критических стимулов. Это те сигналы,
которые требуют действий человека-оператора по инструкции или по другим
системным критериям.
Количество нерелевантных стимулов. Это те сигналы, которые человекоператор должен отличать от релевантных (например, «шум» или «гул»).
Количество стимульных параметров. Чем больше параметров имеют
стимулы, тем труднее задача их опознания, а следовательно (при прочих
равных условиях), больше нагрузка. Например, стимулы, различающиеся
одновременно по размеру, форме, цвету и яркости, будут представлять
большую трудность, чем стимулы, различающиеся только размером.
Сходство стимулов. Чем больше один стимул похож на другой, тем
больше нагрузка.
Интенсивность стимулов. Чем слабее стимул, тем труднее реагировать на
него достаточно эффективно (например, на лесных складах в условиях
различения отношения сигнал/шум).
Скорость предъявления стимулов. Входные сигналы могут предъявляться
(возникать) так быстро, что человек-оператор с трудом справляется с ними. С
этим тесно связано время предъявления сигнала; когда скорость предъявления
сигналов увеличивается, время предъявления каждого отдельного входного
сигнала, вероятнее всего, будет уменьшаться, что означает уменьшение
возможностей человека-оператора воспринимать сигналы.
Частота смены стимулов. Когда человеку-оператору предъявляется
большое количество стимулов, а частота смены одного стимула другим велика,
могут возникать трудности при восприятии этих изменений, за которыми он не
15
успевает следить. С другой стороны, когда стимулы сменяются очень редко,
проявляется тенденция к ухудшению качества работы человека-оператора.
Количество
последовательно
выполняемых
функций
или
задач.
Совершенно независимо от количества входных сигналов и стимулов
превышение допустимого количества функций или задач, которые должны
быть выполнены в заданное время, может создать дополнительную нагрузку на
человека-оператора.
Количество параллельно выполняемых функций или задач. Эта ситуация
аналогична только что рассмотренной, за исключением того, что возможности
человека-оператора распределять свое внимание более ограничены в условиях
одновременного решения ряда задач. Чем в большей степени решения задач
совпадают во времени, тем вероятнее возникновение взаимных помех.
Физиологические требования. С точки зрения физиологии нагрузка часто
определяется как объем работы или усилий, требуемых от человека-оператора
для выполнения задачи, исходя из чего делается вывод о степени нагрузки на
человека-оператора.
Переменные величины ответной реакции человека-оператора. Характер
реакций, требуемых от человека-оператора, может также выступать в качестве
фактора
нагрузки.
Для
большинства
входных
переменных
величин,
рассматривавшихся выше, существует соответствующая выходная переменная
величина (количество требуемых реакций, сходство реакций, необходимая
скорость реакции и т. д.). Механизмы, вызывающие нагрузку при ответе, могут
гипотетически считаться почти такими же, как и механизмы, вызывающие
входную нагрузку. Здесь следует рассматривать только общую концепцию
критерия ответной реакции, которая может выступать в качестве явного или
скрытого
состояния
на
выходе
системы
управления
процессами
лесопромышленного производства.
Естественно, что нагрузка отсутствует тогда, когда у человека-оператора
нет точно выраженного или подразумеваемого критерия ответной реакции.
16
Если, например, у него масса времени на то, чтобы среагировать, и
качество реакции не имеет значения, то нагрузки не существует. Нельзя,
однако,
представить
себе
и
систему
управления
процессами
лесопромышленного производства без какого-то точно выраженного или
подразумеваемого
требования
к
выходным
результатам,
которое
использовалось бы человеком-оператором в качестве эталона для определения
темпа его работы.
Критерий ответной реакции как непосредственное отражение требования
системы автоматизированного управления процессами лесопромышленного
производства
придает
стимулу
целевую
направленность.
В
сложных
недетерминированных системах, выходные параметры которых часто зависят
от способности человека-оператора интерпретировать критерий ответной
реакции, существует вероятность взаимодействия входных факторов с
мотивационными переменными величинами; таким образом, результирующий
продукт на выходе системы управления процессами лесопромышленного
производства может быть либо значительно больше, либо значительно меньше
величины, ожидаемой при определенной ситуации на выходе.
В общем можно сделать следующие выводы:
1. Общее влияние нагрузки состоит в снижении эффективности работы;
2. Влияние нагрузки сказывается на всех функциях, задачах и системах
управления процессами лесопромышленного производства;
3. Влияние нагрузки – величина переменная, при этом реакция человека
оператора на условия создания нагрузки не пропорциональна входному
сигналу.
1.2. Факторы, влияющие на индивидуальные различия между
операторами
В
зависимости
от
личностей
операторов
(диспетчеров)
часто
наблюдаются значительные индивидуальные различия между реакциями их на
17
нагрузку, что в значительной степени обусловлено используемыми ими
«стратегиями» или методами адаптации к повышенному стрессу.
Существует
два
вида
факторов,
вызывающих
различия
между
операторами: «интер-операторные» и «интра-операторные». Хорошо известно,
что каждый человек-оператор по-своему реагирует на одну и ту же нагрузку. К
тому же один и тот же человек-оператор в разное время может по-разному
реагировать на равные условия нагрузки вследствие временных изменений,
например, бдительности и мотивации.
Тот факт, что операторы по-разному реагируют на одну и ту же нагрузку,
приводит к мысли о том, что нагрузка как бы активизирует способность
индивида сопротивляться ее воздействию. Действительно, переменные,
характеризующие человека-оператора, могут в значительной степени сгладить
влияние переменной нагрузки [8], а именно: индивиды различаются между
собой тем, как они манипулируют входными сигналами. Эти различия
уменьшаются в результате длительной тренировки, хотя и опытные операторы
могут в значительной степени отличаться друг от друга.
Разнообразие в реакциях на нагрузку может вытекать из тенденции
человека-оператора выбирать (намеренно или подсознательно) ту или иную
«стратегию» или метод приспособления к повышенному стрессу, вызываемому
входными сигналами [2]. Можно сказать, что не существует обязательного
несоответствия
между
гипотезой
о
присущей
индивиду
способности
сопротивляться нагрузке и его способностью выбирать более эффективную
стратегию. Те, кому присуще сопротивление нагрузке, могут проявлять эту
черту потому, что они лучше ориентируется при выборе стратегии адаптации.
Одним из наиболее значительных открытий в исследованиях нагрузок
является
частичная
зависимость
системы
управления
процессами
лесопромышленного производства и человека-оператора от условий входной
нагрузки.
18
Подобно тому, как повышается эффективность работы при низких
уровнях нагрузки, человек-оператор адаптируется повторно в тех случаях,
когда нагрузка становится очень напряженной, применяя один (или более) из
следующих методов.
Выбор реакции. Человек-оператор продолжает выдавать те выходные
сигналы, которые он считает важными, и сокращает количество менее важных
сигналов.
Пропуск реакций. В задачах систем автоматизированного управления
лесопромышленным производством не допускается пропуск реакции, такое
изменение поведения не разрешается.
Очередность
реакций.
Человек-оператор
может
отложить
выдачу
ответных реакций на время наложения входных сигналов в надежде наверстать
это в период затишья.
Фильтрация. Человек оператор может пренебречь обработкой некоторых
категорий информации. Однако фильтрация отличается от пропуска реакции,
при которой человек-оператор вообще не успевает среагировать на сигнал, в то
время как при фильтрации он реагирует на сигнал, учитывая меньшее
количество параметров. Фильтрация возможна там, где входной сигнал имеет
более одного параметра, важность которых можно оценить.
Модификация критериев. Одним из вариантов методов фильтрации
является уменьшение отличительных критериев: человек-оператор сокращает
категории отличия, реагируя на входные сигналы с меньшей точностью. В
коммуникационной ситуации, например, человек-оператор может сократить
длительные сообщения, изъяв второстепенные или ненужные слова.
Балансирование нагрузки или распределение времени. Человек-оператор
может использовать несколько каналов одновременно и при этом распределять
свое внимание между разными источниками входных сигналов.
Чтобы человек-оператор мог воспользоваться определенными методами
адаптации, ситуация задачи должна позволять ему модифицировать свои
19
реакции. В жестко детерминированных системах, которые характерны для
лесопромышленного производства, входные сигналы однозначно определены и
требуют
заданной
реакции.
Взаимодействия
в
лесопромышленном
производстве имеют существенное значение для обеспечения надежности
многооперативной системы «человек-машина» (МСЧМ) [9].
Можно предположить, что адаптация операторов происходит прежде
всего в задачах, характеризующихся значительным объемом познавательной
нагрузки. Однако адаптация человека-оператора может также наблюдаться и в
задачах слежения. Человек-оператор не всегда успевает адаптироваться к
динамике изменяющейся системы управления процессами лесопромышленного
производства, но хорошо адаптируется, если у него достаточно времени [10].
Увеличение скорости изменений должно сопровождаться появлением более
заметного события, которое человек-оператор смог бы обнаружить, причем для
этого ему потребуется меньше времени.
Влияние нагрузок модифицируется побуждениями, значимостью стимула
и ожидаемым выигрышем. Участвуя в реализации выбранной им стратегии в
условиях возрастающей нагрузки, человек-оператор выборочно реагирует на
входные сигналы, которые он считает (или должен считать по инструкции)
наиболее важными для выполнения своей задачи.
Подготовленный человек-оператор начинает работу в ЭСАУ процессами
лесопромышленного производства с первоначального диагноза ситуации, что
бы определить (сознательно или подсознательно) соответствующую стратегию
манипуляции выходными сигналами (даже если после этого диагноза он придет
к выводу о том, что никакая стратегия не нужна или невозможна в данной
ситуации). Конечно, чтобы выбранная стратегия имела успех, рассматриваемая
ситуация должна содержать множество входных сигналов. Далее необходимо
обеспечить возможность их разделения по значимости и отличиям в ответных
реакциях в соответствующей системе управления.
20
Хотя все это абсолютно логично, результаты экспериментальных
исследований в этой области по ряду причин не всегда сопоставимы [10].
А именно стратегии, основанные на субъективном суждении о значимости
стимулов, могут сводиться на нет при наличии более структурированных
переменных, таких как длительность проявления стимула. Например, если
длительность предъявления стимула слишком мала и человек-оператор не
успевает эффективно обработать данные, то он может и не суметь применить
критерий значимости к стимулу.
Вместе с этим необходимо делать различия между такими побуждениями,
как денежное вознаграждение, заставляющее человека-оператора лучше
работать, и значимость стимула, служащего прежде всего для направления его
внимания. Операторы реагируют по-разному на стимулы разной значимости.
Однако при отсутствии других руководящих мотивов эти побуждения могут и
не мобилизовать человека-оператора на более эффективную работу, что порой
и наблюдается в лесопромышленном производстве.
Влияние нагрузок можно также модифицировать путем предварительной
тренировки операторов и приобретения ими опыта с истечением определенного
времени. Представляется обоснованным, что более обученные и опытные
операторы должны лучше справляться с большими нагрузками, как это уже
было отмечено на лесном складе Горяче-Ключевского лесокомбината[10].
1.3.
Влияние организационных факторов на входные нагрузки
Организационные факторы изменяют влияния нагрузок, но не так сильно,
как переменные величины, присущие условиям входных сигналов.
Поскольку
системы
управления
процессами
лесопромышленного
производства часто представляют собой достаточно сложную организацию,
можно было бы ожидать, что влияния нагрузок изменяются под действием
организационных факторов, к которым относятся следующие:
21
1.
Организация команды операторов (например, взаимозависимость
персонала в процессе решения задачи, объем или тип сотрудничества между
операторами);
2.
Численность команды (например: диспетчеров);
3.
Организационная гибкость (например, количество допустимых
непредусмотренных реакций);
4.
Распределение между операторами-диспетчерами ответственности,
связанной с реагированием на входные сигналы;
5.
Распределение нагрузки среди персонала (например, нагрузки,
воздействующей сильнее на одни подсистемы управления процессами
лесопромышленного производства и слабее на остальные);
6.
Факторы коммуникации.
Организация команды операторов-диспетчеров. Работа команд с разной
организацией выравнивалась по мере проведения испытания, возможно,
отражая
тем
самым
тенденцию
к
уменьшению
влияний
различных
организационных структур в процессе обучения персонала. С другой стороны,
по мере уменьшения количество ошибок до нуля величина изменчивости,
которая
может
появляться,
столь
жестко
ограничена,
что
может
воспрепятствовать влиянию существующих организационных различий на
работу команды в целом.
Численность команды операторов. Некоторые руководители ЭСАУ
процессами
лесопромышленного
производства
пробовали
справиться
с
флуктуационными рабочими нагрузками путем увеличения численности
команды во время пиковых нагрузок. Исследования работы малых команд
внесли некоторые сомнения относительно полезности увеличения численности
команды [7]. Если целостная задача, т.е. задача, нормально пригодная для
выполнения
одним-единственным
оператором-диспетчером,
поручается
нескольким операторам-диспетчерам, то успех в работе незначителен. Если
один оператор-диспетчер может справиться при умеренной входной нагрузке,
22
то добавление одного или двух помощников не приводит к 2- или 3-кратному
возрастанию способностей команды к восприятию нагрузки. Этот принцип ярче
проявляется в условиях принятия решения, чем в рутинных задачах
лесопромышленного производства.
Очевидно, увеличение численности команды для преодоления возросшей
нагрузки не является эффективным решением проблемы, если только
дополнительные операторы-диспетчеры не должны выполнять новые задачи,
возникающие в результате возрастания рабочей нагрузки. И все же новые
задачи вряд ли возникнут, если ЭСАУ процессами лесопромышленного
производства была спроектирована правильно. Более того, основное усилие при
современном проектировании направленно на сокращение численности
персонала за счет объединения отдельных его функций.
Организационная гибкость. Переход от жестких правил к гибким, как
было установлено, выявляет тенденцию к улучшению работы ЭСАУ
процессами лесопромышленного производства.
Распределение ответственности. При распределении ответственности
бдительность менялась в зависимости от организационной структуры команды,
при этом парная структура обычно была лучшей.
Распределение нагрузки. Влияние нагрузок на оператора-диспетчера и
систему управления процессами лесопромышленного производства, очевидно,
различно, а само настраивание внутри системы управления процессами
лесопромышленного производства выравнивает индивидуальные реакции
операторов-диспетчеров на нагрузку. Внутренние компенсации (т.е. изменения
операционных процедур) осуществляются легко и не изменяют сколько-нибудь
заметно требований задачи.
К возможным компенсациям относятся:
1.
Сглаживание
нагрузки
–
операторы-диспетчеры,
имеющие
меньшую нагрузку, могут получать и оценивать информацию, передаваемую
другими операторами-диспетчерами, имеющими большие входные нагрузки;
23
2.
Централизация управления – оператор-диспетчер с большим
количеством входных сигналов может получать и оценивать отфильтрованную
информацию, переданную другими операторами;
3.
нагрузки,
Взаимодействие – операторы-диспетчеры, имеющие меньшие
могут
обмениваться
необработанной
или
отфильтрованной
информацией для повышения эффективности общей работы.
Факторы
коммуникации.
Можно
предположить,
что
результаты
деятельности команды связаны обратно пропорциональной зависимостью с
теми возможностями операторов-диспетчеров, благодаря которым они должны
или могут координировать свои действия или общаться друг с другом.
Когда коммуникации выступают в качестве условия нагрузки, можно
ожидать, что эта переменная величина оказывает влияние на работу системы
управления процессами лесопромышленного производства, как и любая другая
нагрузка.
1.4.
Переменные величины входных нагрузок ЭСАУ.
В результате проведенных исследований [6] было найдено, что в
промежуточных ситуациях существует весьма тесная связь между необходимой
передачей информации и количеством переданных сообщений.
Характеристики входных сигналов, представляющие собой переменные
нагрузки, четко определяют влияние их коммуникаций. Главными входными
характеристиками при этом можно считать следующие:
1)
количество каналов, по которым предъявляются входные сигналы;
2)
входную скорость, т.е. скорость, с которой входные сигналы
поступают в систему управления процессами лесопромышленного
производства и предъявляются оператору-диспетчеру;
3)
взаимосвязь между стимулом и реакцией, в особенности сложность
подобных взаимосвязей;
24
4)
объем и тип информации, предъявляемой в виде входных сигналов;
5)
физический прибор дисплей-пульт как средство предъявления
входных сигналов.
Количество каналов. Одним из условий создания нагрузки в системе
управления процессами лесопромышленного производства является количество
раздельных каналов, по которым входные сигналы предъявляются операторудиспетчеру.
Этот вопрос особенно важен при проектировании систем управления
процессами лесопромышленного производства, поскольку в большинстве
ситуаций многофункциональных задач используется несколько каналов.
Возникает
практически
вопрос:
каково
максимальное
и
минимальное
количество каналов, являющихся функцией предъявляемой информации? Этот
вопрос важен не только тем, что наличие слишком большого или слишком
малого количества каналов может ухудшить работу оператора-диспетчера, но и
тем, что связан с желанием разработчика системы управления процессами
лесопромышленного
производства
свести
к
минимуму
дополнительное
сложное нестандартное оборудование. Однако не следует ожидать, что для
предъявления входной информации можно определить раз и навсегда заданное
количество каналов. Оно будет зависеть от многих других переменных,
например, от типа, количества и частоты смены входных сигналов и
требований, предъявляемых к реакциям оператора-диспетчера.
Способность
оператора-диспетчера
обнаруживать
произвольную
ситуацию (в соответствии с которой любой информационный канал с равной
вероятностью может находиться в любом заданном состоянии) достаточно мала
и составляет величину, равную двум-трем каналам. Причиной этого является,
конечно, то, что существует некоторый предел возможностей операторадиспетчера распределять свое внимание [8, 11].
25
Вероятность
обнаружения
конкретного
критического
сигнала
уменьшалась при увеличении либо количества сигналов, либо количества
каналов, за которые оператор-диспетчер нес ответственность.
Входная скорость. То, что высокие входные скорости увеличивают
нагрузку оператора-диспетчера и снижают эффективность работы, твердо
доказано по крайней мере для психомоторных задач [10].
Работа
оператора-диспетчера
ухудшается
в
результате
стресса,
вызываемого повышением скорости подачи входных информаций. При малых
скоростях предъявления информации отдельные события, относящиеся к
нескольким категориям, могут быть различимы наблюдателями во времени и
могут пересчитываться с достаточной точностью [2, 9]. Таким образом, если
точность
является
единственным
критерием
работы,
количество
предъявляемых категорий должно быть чрезвычайно мало. По мере увеличения
количества категорий или длительности работы количество ошибок быстро
возрастает. Для работы заданной длительности лучше предъявить меньше
категорий со многими возможными случаями для каждой категории, чем
большее количество категорий с меньшим числом случаев. В общем, чем ниже
скорость предъявления информации, тем лучше работа оператора-диспетчера.
Очевидно, увеличение входных скоростей снижает точность работы и
скорость обработки информации. Минимально необходимое время для точной
обработки стимула также возрастает с ростом его сложности. Следовательно,
существует взаимодействие между входной скоростью и сложностью стимула;
чем сложнее стимулы, тем ниже порог входной скорости, вызывающий стресс у
оператора-диспетчера.
Как
только
способность
оператора-диспетчера
воспринимать
информацию, передаваемую по каналам, достигает предела, работа начинает
устойчиво ухудшаться. Возможно, что операторы-диспетчеры при перегрузке
стремятся на некоторое время удерживать данные в памяти, увеличивая тем
самым среднее время ответной реакции и снижая ее скорость.
26
Безусловно, со временем может происходить и адаптация. Этому
помогает практический опыт: время соответствующей реакции по мере
накопления практического опыта снижается, и оператор-диспетчер может
работать даже лучше, если он обучен использованию более эффективной
стратегии фильтрации данных.
Сложность стимулов и реакций характерна для лесопромышленного
производства. Усложнения стимула или реакции или обеих этих переменных
одновременно может проявиться как условие увеличения нагрузки [10].
Объем и тип информации в лесопромышленном производстве играет
очень большое значение. Информация определенного объема и типа,
необходимая для обеспечения решения задачи в системе управления
процессами лесопромышленного производства, представляет собой условие
входной
нагрузки.
Таким
образом,
любая
САУ
процессами
лесопромышленного производства будет подвергнута воздействиям: избытка
информации;
недостатка
информации;
неточной,
искаженной
или
нерелевантной информации, которая не соответствует требованиям системы
управления процессами лесопромышленного производства.
Следует отметить, что диапазон используемой информации и гибкость
способов ее организации в процессе принятия решения наибольшие при
некотором оптимальном уровне нагрузки среды и ее разнообразии. По мере
увеличения или уменьшения нагрузки и ее разнообразия по сравнению с
гипотетическим оптимальным уровнем процессы принятия решений начинают
характеризоваться снижением как объема рассматриваемой информации, так и
диапазона и числа альтернативных вариантов.
Факторы средств отображения информации. Поскольку большинство
входных сигналов, выступающих в качестве нагрузки САУ процессами
лесопромышленного
производства,
являются
визуальными,
вполне
закономерно предположение о наличии взаимодействия между условиями
нагрузки и характеристиками средств отображения информации.
27
С увеличением объема предъявляемых данных (средств информации)
среднее время поиска существенно возрастало [10]. Незначительная разница во
времени поиска, обусловленная изменениями плотности данных (информации),
заставляет предположить, что достаточно плотное их расположение на
буквенно-цифровых дисплеях пульта управления не снижает эффективности
выборки
информации.
Исследование
времени
обнаружения
каких-либо
откорректированных элементов информации на пульте управления показало,
что среднее время поиска откорректированной информации значительно
меньше среднего времени для поиска обычной информации[10].
Краткие выводы по разделу:
- завышенные требования к входным и выходным сигналам (нагрузкам)
снижают эффективность работы оператора-диспетчера;
- влияние нагрузки на оператора-диспетчера носит в значительной
степени переменный характер; так, ухудшение качества работы из-за влияния
нагрузки можно было заметить лишь по изменениям каких-то определенных
параметров, тогда как другие параметры на нагрузки никаких воздействий не
оказывали;
- вместе с этим некоторые типы входных сигналов и частота их появления
способствуют повышению эффективности работы оператора-диспетчера;
- часто ответная реакция оператора-диспетчера и САУ на переменную
величину нагрузки бывает непропорциональна изменению входной нагрузки,
т.е. оказывается менее значительной, чем предполагалось;
- влияние нагрузки на эффективность работы оператора-диспетчера может
быть модифицировано в результате взаимодействия нескольких переменных;
- к возможности перегрузки и снижению эффективности работы
оператора-диспетчера может провести влияние сочетания двух входных
сигналов, не создающих отдельно друг от друга входной нагрузки;
28
- ответные реакции оператора-диспетчера на изменение входной нагрузки
носят в высшей степени индивидуальный характер, и на них также влияют
предварительная подготовка и опыт оператора-диспетчера (адаптация);
-
было
замечено,
что
на
эффект
входной
нагрузки
влияют
организационные факторы, такие как организация САУ и состав группы
операторов-диспетчеров,
распределение
отдельных
элементов
управления между ними, их численность и распределение нагрузки.
задачи
29
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ, РЕШАЕМЫХ ЭСАУ
2.1. Определения задач управления
Вполне понятно, что любая задача является критическим элементом для
человека-оператора и самой системы управления, потому что она активизирует,
организует и направляет выполняемые ими операции [12]. Особое внимание
при этом уделяется вопросам трудности, структурирования, сложности,
организации и автоматизации, связанным с самим содержанием этих задач.
Выполняемая задача, образно выражаясь, представляет собой мгновенный
снимок системы управления в процессе ее функционирования.
Разработка системы автоматизированного управления (АУ) по существу
выливается в проектирование самой задачи. Вероятно, поэтому характеристики
данной задачи оказывают существенное влияние на деятельность самого
человека-оператора. Вместе с этим, хотя характеристики задачи и являются
постоянными,
они
взаимодействуют
с
переменными
величинами,
возникающими в процессе работы системы, оказывая на них влияние, в
большинстве
случаев,
неизвестного
характера.
В
дальнейшем
будем
рассматривать характеристики задач с точки зрения их отношения к задаче в
целом и с учетом связей между самими задачами, взаимоотношений их и
характеристик оборудования эргатической системы автоматизированного
управления.
При
этом
необходимо
провести
четкие
границы
между
содержанием задачи и ее характеристиками.
Содержание задачи является более фундаментальным понятием, нежели
характеристики, так как оно исходит, прежде всего, из требований системы АУ
и всегда ограничивает характеристики. Классическое определение задачи,
данное в источнике [11], и на сегодняшний день является вполне
справедливым. Задача – это группа отличительных признаков, решений,
результативных действий, связанных друг с другом условиями совмещения во
30
времени, непосредственной целью и общим результирующим выходом системы
«человек-машина».
Исходя из данного определения задачи, можно сказать, что элементами ее
являются стимулы, предъявляемые человеку-оператору системы АУ и
включающие выполнение самой задачи, ответную реакцию оператора на
стимулы, процедуру осуществления этой реакции и цель, организующую все
названные элементы в единое целое.
Следовательно, задача является чем-то большим, чем входные сигналы,
но меньшим, чем сама система АУ или ее любая подсистема. Вместе с этим,
хотя характеристики задач в физическом смысле не существуют, однако их
полезно учитывать, поскольку с их помощью можно получать вполне
конкретные результаты выполняемых работ (разработка системы АУ ведущими
механизмами лесозаготовительного процесса), критерии отбора персонала в
операторы,
требования
к
его
подготовке
и
характеристики
областей
взаимодействия в системе АУ (САГУ, СИОДУ, СУЧМ) [10].
Таким образом, все применения задач и использование их характеристик
при
разработке
названных
систем
АУ
(конструирование,
описание,
экспериментальные и производственные испытания, анализ и классификация
задач и т.п.) являются в большей степени концептуальными, чем физическими.
Поэтому невозможно понять (исследовать, проанализировать) поведение
человека-оператора или системы АУ в целом, если вначале не разобраться в
выполняемой задаче, включая все необходимые при этом характеристики.
Далее рассмотрим основные свойства задач, наиболее характерных для
рассматриваемых эргатических систем АУ лесопромышленного производства.
Временность существования задач. Задачи существуют в течение какогото определенного времени. Так, отдельно взятая задача имеет ожидаемую или
требуемую длительность, которая может повлиять на работу системы АУ
посредством таких переменных величин, как утомление, мотивация и
адаптация оператора.
31
Если в течение какого-то определенного времени предполагается
выполнить несколько задач, то последовательность их выполнения может
меняться, но, безусловно, непроизвольным образом, так как она зависит в
основном от требований самой системы АУ. Однако порядок выполнения задач
может повлиять на взаимные связи между ними, а следовательно, и на качество
выполнения их оператором. Так, если задачи выполняются в регулярной или
организованной
последовательности,
то
оператору
легче
осуществить
необходимые ответные реакции.
Функциональная
управления
обычно
группировка
определяет
задач.
ее
Содержание
функцию.
Так,
любой
для
задачи
выполнения
определенной задачи оператор-диспетчер должен инициировать некоторые
психологические процессы, обусловленные самой задачей, но недоступные для
наблюдения, т.е. определенные функции, которые служат в качестве
промежуточных переменных и которые преобразуют требования задачи в
действительную работу. Если задача организована с учетом распределения
ответственностей (например, в СИОДУ вместе с диспетчером центрального
диспетчерского пункта существуют диспетчеры производственных участковцехов), то операторам-диспетчерам системы управления может потребоваться
общение друг с другом. В таком случае из-за централизации функций несхожие
задачи легко распределить по категориям в зависимости от основных общих
функций (например, контроля, коммуникации, управления и т.п.).
Зависимость между задачами. В любой системе управления выполнению
одной задачи обычно сопутствует последовательное, а порой одновременное
выполнение других задач, между которыми существуют определенные
взаимосвязи. Любая задача может полностью или частично зависеть или не
зависеть
от
выполнения
прогнозирования
успешного
предыдущей
окончания
задачи.
каждой
И,
безусловно,
задачи
рассматривать зависимости взаимосвязей между ними (задачами).
для
необходимо
32
Сложность и трудность задач. Задача управления тогда считается
сложной, когда ее можно выполнить различными способами в зависимости от
конфигурации входных сигналов системы управления. Задача может состоять
из разного числа подзадач или элементов, и чем их больше, тем сложнее задача.
Кроме того, чем больше число возможных ответных реакций (выборов)
оператора, тем больше количество связей стимул-реакция и, следовательно, тем
сложнее
задача.
Таким
образом,
сложность
задачи
тесно
связана
с
неопределенностью самой системы АУ.
Наиболее общая характеристика задач заключается в том, что они могут
быть легкими или трудными. Трудность задачи – это особая характеристика ее,
связанная сложным образом с вышеупомянутыми характеристиками и поэтому
создающая особые проблемы в ее (задачи) решении.
Автоматизация выполнения задач. Процесс выполнения задачи при
разработке системы АУ может потребовать различной степени автоматизации и
применения ручного труда при ее непосредственном выполнении оператором
системы. Чем меньше необходимость в ручных операциях (включение кнопок,
тумблеров и т.п.) и, наоборот, чем больше требуется приборов для выполнения
какой-то определенной задачи, тем выше степень ее автоматизации. С точки
зрения разработчика системы АУ, автоматизация решения поставленной
задачи, вполне понятно, становится ее критической характеристикой. Степень
автоматизации задачи оказывает влияние на многие рассмотренные здесь
характеристики задач.
Итак, рассмотренные характеристики задачи, как видно, имеют тесную
взаимосвязь. Так, например, зависимость задачи частично определяет ее
сложность, а сложность, в свою очередь, – трудность этой задачи. Такие
взаимосвязи,
характеристик
вполне
понятно,
отдельных
задач,
усложняют
в
определение
особенности
их
некоторых
интерпретацию,
учитывающую аспекты создания (проектирования) системы управления.
33
2.2. Требования к ЭСАУ и направления возможных исследований
Характер и размер эргатической системы АУ, количество взаимодействий
в ней человека-оператора с человеком и человека-оператора с машиной
(например, ПТУ), а также иерархический уровень системы, на котором
выполняются задачи, оказывают существенное влияние на выполнение
отдельной задачи [13].
Вместе с этим, требование (назначение) эргатической системы АУ влияет
на отдельную задачу, устанавливая критерии (например, точность, скорость)
для ее выполнения. В результате больший акцент на скорость и точность
выходных сигналов при разработке (проектировании) эргатической системы
АУ приведет к большему количеству менее точных ответных реакций
человека-оператора или к меньшему количеству более точных ответных
реакций его.
Как видно из рассмотренных характеристик задач, выполняемых
эргатическими
системами
АУ
лесопромышленных
производств,
можно
определить следующие направления в их исследовании:
– в первую очередь необходимо определить, насколько важны такие
характеристики задач, как сложность или зависимость для работы человекаоператора и самой системы по сравнению с содержанием конкретной задачи;
–
необходимо
характеристики
установить,
отдельных
какие
(наиболее
факторы
важных)
определяют
задач,
как
такие
сложность,
структурирование, трудность и взаимосвязь между ними;
– определить влияние характеристик отдельной, определяющей задачи на
работу человека-оператора и эргатической системы АУ и установить,
устойчивы ли эти влияния и изменяются ли они как функция подготовки
(адаптации) или опыта человека-оператора;
34
– установить, какие характеристики задач оказывают особое влияние на
мотивацию человека-оператора и его отношение к работе в эргатической
системе АУ;
– выявить сведения из характеристик задач, выполняемых эргатической
системой АУ, касающиеся отбора человека-оператора и его тренировки
(адаптации), а также прогнозирования операционных действий.
2.3. Система классификации задач
Таксономия задач – это система их классификации. Таксономия задач
представляет
собой
систему
классификации
поведения,
связанного
с
выполнением задачи, т.е. любая таксономия задач основана на концепции
поведения, присущего задаче, а также на том, как оно проявляется.
При разработке эргатических систем АУ прежде всего необходимо
учитывать человеческий фактор, который в первую очередь нуждается в
эталонной концептуальной схеме, поскольку таксономия может повлиять на
подход к анализу требований разрабатываемой системы и к определению задач.
Для разработки более эффективной таксономии может понадобиться и
более радикальный отход от традиционных таксономических методов, что,
однако,
может
потребовать
преодоления
определенных
вербальных
ограничений [8].
Классификации задач могут быть даны с учетом следующих факторов:
1) поведения, наблюдаемого во время выполнения задачи;
2) поведения, функций или процессов, предположительно требуемых для
выполнения задачи;
3) способностей, которыми должен обладать человек-оператор для
выполнения задачи;
4) характеристик задачи, связанных со свойствами стимулов и реакций.
35
Таксономии, как правило, составляются на основе аналитических
исследований, однако могут быть таксономии эмпирического происхождения
[9]. Таксономии способностей часто получают в результате факторного анализа
экспериментальных данных. Однако в каждом случае в этих классификаторных
системах используется качественный, т.е. вербальный подход, основанный на
наличии или отсутствии критических атрибутов.
Таксономии используют различные уровни описания от самых тонких
функций (например, движение указательного пальца при нажатии необходимой
кнопки или тумблера) до самых грубых (движение крана с исходного
положения к требуемому штабелю или накопителю – САГУ). При этом всегда
иметь
в
виду,
что
любое
молекулярное
поведение
«охватывается»
(поглощается) молярным поведением.
Исходя из этого, становится очевидным, что таксономия поведения
может быть пригодной для одного уровня работы эргатической системы АУ, но
непригодной для более высокого или более низкого уровней. Следовательно,
используемые во многих случаях категории (когнитивный, моторный,
перцептивный), являются слишком общими для конкретной цели, в то время
как другие, находящиеся на молекулярном уровне понятия (оператор нажимает
кнопку, переводит переключатель из одного положения в другое), являются
слишком конкретными.
На основании проведенного анализа влияния скорости, способов
предъявления и знаний результатов выполнения задач по исследованию
бдительности
были
найдены
различные
функциональные
отношения,
зависящие от способностей оператора, предположительно определяемых
требованиями задач [10,15]. На основании этого можно сказать, что
классификация задач на основе таксономии способностей повышает уровень
обобщения, на котором становится возможной интегральная оценка влияния
независимых переменных величин на выполнение задач по исследованию
бдительности.
36
Таким
образом,
фактически
единственным
полезным
выводом,
основанным на практическом опыте [16], является то, что описание задачи на
уровне крупных функций (например, использование таких понятий, как
контроль, принятие решений и т.п.) мало помогает при анализе задачи,
объяснении эффективности ее выполнения или прогнозировании результатов
работы. В таком случае, как было видно, функциональным дескрипторам не
хватает своего рода чувствительности. Поэтому в дальнейшем при проведении
исследований такого рода необходимо использовать параметры поведения
(человека-оператора-диспетчера), связанные со всеми основными функциями и
отражающие характер возможных видоизменений самих функций.
В
общем
наибольшую
пользу
для
разработчика-исследователя
эргатической системы АУ представляют те таксономии, которые наиболее
конкретны и характеризуют уже ранее наблюдавшиеся задачи. На наш взгляд,
абстрактные таксономии имеют теоретическую и в меньшей степени
практическую ценность.
2.4. Возможные задачи исследования
Предположим, что влияние какой-то задачи на разработку эргатической
системы АУ весьма значительно (велико). В таком случае для обобщения
сделанных выводов результаты исследований одной-единственной задачи
должны быть повторно получены и при решении других задач.
Важным
критерием
эффективности
принципов
исследования
человеческих факторов является их обобщенный характер.
Наилучшее обобщение, касающееся операционной системы (в нашем
случае
–
эргатической
системы
автоматизированного
управления
в
лесопромышленном производстве типа САГУ или СИОДУ), достигается при
изучении задач, выполняемых в определенной операционной среде этой
системы для сбора данных. Однако отсутствие каких-либо контролируемых
способов исследования человеческих факторов вынуждает порой обращаться к
37
менее реалистическим условиям проведения эксперимента. Рассматривая
основные характеристики задач на некотором абстрактном уровне, можно
осуществить их постановку, имитирующую в большей или меньшей степени
операционную ситуацию. Однако и такой подход для обеспечения приемлемой
точности имитации задачи должен обязательно учитывать реальные условия, в
которых должна функционировать разрабатываемая эргатическая система АУ.
Интуитивно представляется, что чем выше уровень абстракции, тем легче
использовать выводы, полученные при исследовании поставленной задачи.
Если задача становится более абстрактной, то допустимы и обобщения,
касающиеся ряда возможных дополнительных ситуаций. Выбор задач в
реальных условиях, прежде всего, должен определяться интересом к их
функциональным особенностям, а не пригодностью их для обобщений.
При создании (разработке) эргатических систем АУ в условиях
лесопромышленного
производства
для
проведения
исследований
функционирования их в реальных условиях могут быть поставлены следующие
задачи:
1. Операционные задачи, т.е. задачи изучаемые (существующие) в
операционной среде, где они обычно и выполняются;
2. Перцептивные задачи, связанные с анализом визуальных стимулов,
оказывающих влияние на психологические процессы;
3. Психомоторные задачи, например, задачи слежения;
4. Задачи,
связанные
со
временем
реакции
человека-оператора-
диспетчера;
5. Задачи, предназначенные для исследования влияния на работу
человека-оператора количества поступающей информации;
6. Задачи бдительности (наблюдения) за исполнением посылаемых
команд (информаций);
7. Задачи вероятностных заключений и принятия решений (первые – это
часто
познавательные
задачи,
отличающиеся
некоторой
38
абстрактностью, вторые часто моделируют реальные командоконтрольные ситуации);
8. Задачи, аналогичные задачам, которые возникают в эргатических
системах гражданского назначения, например, в системах управления
движением городского транспорта.
Все эти задачи можно подразделить на три категории: абстрактныереалистические, простые-сложные, индивидуальные-групповые. Операционные
задачи весьма реалистичны, задачи вероятностных заключений чаще всего
бывают абстрактными. Задачи, связанные со временем ответной реакции,
требуют выполнения относительно простых функций, а задачи принятия
решений – наоборот, сложных. И в то же время любая из этих задач может
описывать как индивидуальную, так и групповую работу. При этом выбор
любой задачи должен основываться на модели, принимаемой исследователем,
для которой задача наиболее типична или наиболее важна, наиболее интересна
или, что более характерно, задача позволяет отобрать такие переменные
величины, которые можно легче всего проверить при испытании эргатической
системы АУ.
Особое внимание в исследованиях всех перечисленных задач необходимо
обращать на быстроту или точность адаптации персонала, прежде всего
человека-оператора, к условиям этих задач.
2.5. Трудность поставленной задачи
Трудность задачи – это наиболее сложная ее характеристика, которая
определяется,
если
это
вообще
представляется
возможным
сделать,
взаимосвязями и влияниями других характеристик этой задачи. Определение
трудности задачи, связанной с другими ее характеристиками и содержащей как
объективные, так и субъективные компоненты, представляет собой серьезную
проблему. Влияние трудности задачи обычно проявляется в снижении
эффективности работы по сравнению с выполнением более легкой задачи.
39
Трудность может и не быть самостоятельным параметром, а представлять
собой субъективное восприятие любой характеристики задачи, которая
оказывает отрицательное влияние на работу эргатической системы в целом. И
вполне естественно, что в таком случае трудность является фундаментальным
аспектом поведения человека-оператора системы АУ. Будучи субъективным
ощущением, трудность может влиять на работу, вызывая изменения в
критериях
решения,
степени
предсказуемости
и
даже
в
объеме
физиологических усилий, прилагаемых оператором в работе [10, 15].
И, наконец, трудность – это характеристика, которую нелегко определить,
о чем свидетельствует ее смысловое значение. Оценка трудности задачи очень
часто изменяется в зависимости от применяемого параметра и особенно при
исследовании влияния человеческого фактора. В связи с этим трудность задачи
может быть выражена как:
– умозаключение исследователя, выносимое на основании различий в
работе оператора при выполнении им разнообразных задач в процессе
управления;
– некоторое свойство задачи, требующее от оператора больших
физических или психологических усилий. Именно это свойство необходимо,
прежде всего, выявить путем наблюдений и анализа работы оператора;
– ощущение оператора (физиологические усилия, прилагаемые им при
выполнении задачи) или оценка задачи, обусловленная уже полученным в
результате проведенного исследования успешным или неудачным решением и
требуемым или затраченным усилием.
С практической точки зрения определение факторов, ведущих к
трудности
задачи,
является
определяющим
моментом
при
создании
(проектировании) эргатических систем и подготовки персонала для работы в
них. Всякий разработчик любой эргатической системы АУ должен стремиться к
уменьшению трудности задачи, тем самым уменьшая вероятность ошибок [8,
9], прежде всего, в работе оператора системы. Вместе с этим он должен
40
помнить, что трудность задачи, как и рабочая нагрузка, в значительной степени
зависит от способности, личности и мотивации отдельного человека-оператора.
Таким
образом,
подводя
итог
вышесказанному,
можно
сделать
следующие выводы:
1.
Трудность имеет как объективный, так и субъективный элементы, и
представляет собой единственную характеристику задачи, обладающую таким
свойством. Трудность может оказаться как следствием объективного влияния
предшествующих характеристик задач, так и субъективным восприятием
человеком-оператором самого влияния этих характеристик.
2.
Так как трудность задачи представляет собой ее характеристику
высшего уровня, она должна быть разложена на составляющие части для
определения вызывающих ее мелких факторов.
3.
Трудность задачи можно определить только путем сравнений.
Чисто теоретически понятие трудности можно сформулировать в абсолютных
терминах, в то время как в реальной действительности невозможно изучить
одну задачу и сказать, что она трудная или легкая, не сравнивая ее явно или
неявно с каким-либо стандартом (эталоном).
2.6. Структурирование задачи
Структурирование задачи определяется соотношением во времени между
задачами и элементами задачи, т.е. частотой появления элементов задачи во
времени. Структурирование входных стимулов и последовательных задач
способствует
уменьшению
ошибок,
быстрому
обучению
(адаптации)
операторов и более эффективному выполнению операций в эргатических
системах. В отличие от трудности, структурирование (четкость, связность) –
одномерная переменная величина. Структурирование способствовало бы
уменьшению
трудности,
если
бы
критическим
фактором,
создающим
трудность, была какая-то величина неопределенности, связанная со стимулами
и ответными реакциями. Влияние структурирования должно выражаться в
41
облегчении выполнения задачи благодаря тому, что человек-оператор
оказывается лучше подготовленным к определенным требованиям в отношении
стимулов и ответных реакций.
С определенной уверенностью можно сказать, что структурирование
задачи значительно помогает устанавливать «порядок» и «структуру»
окружающей среды. В таком случае оператор может предпочесть минимальную
неопределенность,
а
при
правильной
мотивации
сознательно
или
подсознательно попытаться улучшить структуру окружающей среды путем
упорядочения своих действий в эргатической системе АУ. Так как
структурирование задач требует повторных ситуаций, то редко выполняемые
задачи (редко встречающиеся в процессе работы) значительно труднее
упорядочить, чем те, которые выполняются значительно чаще. В связи с этим
при
разработке
эргатической
системы
АУ
прежде
всего
подлежат
упорядочению входные сигналы, возникающие в процессе функционирования
аппаратуры (оборудования) системы, а затем управляющие сигналы (стимулы),
создаваемые вне системы (например, поступающие из окружающей ее среды).
Структурирование задач усиливает перцептивное прогнозирование, что
способствует возможности быстрой ответной реакции человека-оператора,
предопределяющей события (явления) и снижающей время запаздывания.
Потеря времени человеком-оператором на запоминание текущей информации
обратно пропорционально структурированию решаемой им задачи. Вместе с
этим частичное структурирование задачи может дать результаты не лучше тех,
что были бы получены при решении неструктурированной задачи.
Однако структурирование задачи может оказать положительное влияние
хотя бы уже тем, что позволит человеку-оператору разрабатывать более
эффективные стратегии ответных реакций.
При
определении
трудности
задачи
следует
учитывать,
что
ее
структурирование взаимодействует также с другими переменными величинами
42
(например, в САГУ это скорость движения кранов, способы поступления
информации на пульт управления или дисплей, длительность сигналов и т.п.).
2.7. Сложность задачи управления
Сложность задачи является неоднородной переменной величиной, в
отличие от структурирования. Она подобна трудности, но отличается от нее
тем, что не имеет субъективного компонента, т.е. человек-оператор не может
испытать сложность саму по себе, но ощущает ее как трудность. Поэтому
сложность задачи часто считают эквивалентом трудности.
Усложнить задачу можно различными способами: путем увеличения
количества требуемых подзадач; созданием несовместимости стимулов и
ответных
реакций;
выполняемой
добавлением
одновременно
с
к
основной
основной;
задаче
дополнительной,
введением
нерелевантной
информации; увеличением количества и скорости изменений стимулов или
количества процедурных правил, которые следует учитывать при принятии
решений, и т.д.
Можно было бы определить сложность как объективный компонент
трудности. Но то, что обычно принято называть трудностью, может оказаться
субъективным (ощущаемым или наблюдаемым) компонентом сложности,
которая затем становится независимой, а трудность – зависимой переменной
величиной.
Единственный фактор, общий для всех переменных, создающих
сложность, – это способность увеличивать неопределенность задачи. В каждом
отдельном случае в процессе функционирования эргатической системы АУ
число возможных альтернатив, выбираемых оператором, увеличивается.
Человек-оператор, выполняющий задачу, содержащую (включающую в себя)
подзадачи, должен учитывать (сознательно или подсознательно), какую из этих
подзадач требуется выполнить как ответную реакцию на стимул.
43
Увеличение числа подзадач, и особенно в тех случаях, когда их следует
выполнять одновременно, может привести к увеличению вероятности ошибок
из-за
влияния
помех,
вызываемых
этими
потенциальными
ответными
реакциями. И не исключено, что большая сложность может быть присуща
задачам в недетерминированных эргатических системах, обуславливающих
непредвиденные ответные реакции.
Как сложность задачи, так и ее нагрузка определяются многими
одинаковыми факторами. Фактически сложность задачи может выступать как
условие создания нагрузки, поэтому она воспроизводит многие из явлений
нагрузки, включая использование
человеком-оператором стратегии
для
уменьшения влияния сложности в работе. Вместе с этим, как сложность задачи,
так и нагрузка ее трансформируются в субъективное ощущение трудности
задачи.
В работе [9] при исследовании соотношения между вниманием,
необходимым для выполнения задачи на время ответной реакции, и степенью
совместимости
стимулов
и
ответных
реакций
было
определено,
что
несовместимая задача создает значительно больше помех второй задаче.
Поэтому можно предположить, что влияние входных сигналов окружающей
среды на выполнение работы человеком-оператором эргатической системы
будет изменяться как функция сложности данной задачи.
Следовательно, сложность задачи ухудшает эффективность работы
человека-оператора
существенной
в
эргатической
критической
системе
управления
характеристикой,
и
является
определяемой
взаимоотношениями между всеми остальными характеристиками задачи.
2.8. Организация задачи
Организация задачи является ее структурной характеристикой, обычно
предусматриваемой в эргатической системе в процессе ее разработки. Этим
организация задачи отличается от структурирования входных сигналов и
44
ответных реакций, которые могут быть вызваны внесистемными операциями и
изменяться во время выполнения основной задачи эргатической системы.
Организация задачи представляет собой менее важную переменную
величину, чем трудность или сложность. Организацию задачи можно более
точно варьировать во время экспериментов (при исследовании работы
эргатической системы АУ), чем, например, трудность задачи. В отличие от
трудности,
сложности
или
структурирования,
организации
задачи
не
свойственна способность ухудшать или улучшать работу оператора, т.е.
человек-оператор не может осознавать непосредственного влияния организации
задачи и поэтому реагирует на нее, оценивая саму задачу как легкую или
трудную.
Организация задачи внутри самой задачи определяется тем, как
подзадачи или компоненты задачи соотносятся друг с другом при их
выполнении человеком-оператором. Основной вопрос организации задачи
заключается в следующем: какова зависимость вероятности появления ошибок
от типа организации задачи? Отвечая на этот вопрос, можно сделать следующее
заключение. Задачи, требующие координации или взаимодействия операторов
(например, оператор полуавтоматической сортировочной линии круглых
лесоматериалов и оператор САГУ) во время тренировки или работы, приводят
к большей вероятности появления ошибок, поскольку упомянутые выше
координации или взаимодействия приводят к созданию дополнительной
нагрузки.
Аналогично
этому,
когда
задачи
должны
выполняться
последовательно одним оператором (вторая задача зависит от того, насколько
корректно выполнена первая), может появиться большая вероятность отказа
эргатической системы, если какая-либо задача выполнена неправильно или не
выполнена совсем.
Для проектирования (создания) эргатической системы АУ, тренировки
персонала (человека-оператора, прежде всего) и прогнозирования выполнения
45
намеченных заданий большое значение имеет информация о взаимодействии и
внутренней организации отдельных частей задачи организации.
Работа человека-оператора в эргатической системе АУ представляет
собой функцию от его (оператора) способностей, необходимых для выполнения
задачи, и способа реализации последней, обеспечивающей воплощение этих
способностей в его деятельности. Изменения в выполнении задачи в
зависимости от предварительной практики (оператора) могут быть поэтому
объяснены систематическими изменениями в структуре задачи или характером
процесса выполнения задачи оператором. Как видно из работ [17, 18],
структура задачи по мере приобретения практического опыта изменяется,
требуя тем самым проявления различных способностей оператора.
Модель изменения испытуемого (оператора) допускает, что структура
задачи постоянна, но степень этого постоянства может изменяться в
зависимости от практического опыта человека-оператора. Причем такая модель
рассматривает
способности
человека-оператора
не
как
стабильную
детерминанту его поведения, а как нечто, чему можно его обучить, что он
может забыть и т. д, как любой другой фактор его (оператора) работы в
эргатической системе.
2.9. Автоматизация задачи
Автоматизация задачи – это замена некоторого физического процесса в
ней другим, который в противном случае выполнялся бы вручную.
Принятие решения перейти к автоматизации, определение необходимой
степени автоматизации и выбор уровней автоматизации эргатической системы
управления – это очень важные вопросы, обуславливающие дальнейшие пути
проектирования
этой
эргатической
системы.
Безусловно,
реализация
перечисленных вопросов имеет существенное значение, прежде всего, для
поведения (работы) человека-оператора в этой системе.
46
В случае автоматизации какой-то части задачи или подзадач, входящих в
нее, значительно сокращается количество возможных способов выполнения
какой-либо функции. Если при этом процесс будет выполняться с помощью
механических или электронных устройств [16, 19, 20], то связанное с ними
поведение операторов будет сводиться к дискретным и весьма простым
действиям переключения органов управления.
В
реальных
автоматизации
условиях
принимается
действующего
всегда
на
производства
основе
критериев
решение
об
технической
осуществимости, стоимости, надежности и эксплуатационных характеристик.
И, безусловно, первостепенную роль при этом играют такие факторы, как
техническая осуществимость и стоимость. Чтобы определить надежность,
необходимо сравнить стабильность работы оборудования и оператора в течение
некоторого периода времени. И вполне понятно, что в таком случае оператор не
выдерживает «соревнования», так как оборудование выходит из строя
значительно реже, чем люди, делает значительно меньше ошибок и меньше
«устает».
Последующая работа эргатической системы перед ее создателями
(проектировщиками, разработчиками) ставит основной вопрос: может ли
оборудование (аппаратура управления) выполнять некоторые функции так же
эффективно, как и человек-оператор? Если нет, то все другие факторы не будут
иметь значения в решении этого вопроса. Если да, то, вероятно, должно быть
принято решение о необходимости автоматизации при условии, что этому не
будут противоречить факторы стоимости. И в первую очередь при этом
необходимо
сравнивать
физиологические
возможности
оператора
и
технические – оборудования. В данном случае необходимо: во-первых, все
сравнения работы оборудования и оператора должны быть специфичны, если
не для конкретной альтернативной эргатической системы, то по крайней мере
для какого-либо типа оборудования или функции; во-вторых, маловероятно,
чтобы все функции и задачи можно было в равной степени автоматизировать;
47
в-третьих, следует рассмотреть разные степени автоматизации: а) полную
замену
задачи,
выполняемой
вручную,
автоматическим
процессом;
б) частичную замену процессов, выполняемых вручную, автоматическими;
в) облегчение выполнения задачи посредством использования автоматических
устройств.
В связи с этим общий вопрос автоматизации основной задачи разработки
системы эргатического управления следует разбить на следующие составные
части:
1) Какие функции и подзадачи (задачи, вытекающие из основной)
следует автоматизировать?
2) Какие преимущества дает автоматизация?
3) Каково влияние автоматизации некоторых функций на те функции,
которые остаются неавтоматизированными, и на всю эргатическую
систему в целом?
2.10. Соотношение между оборудованием и задачей
Фундаментальный принцип эргономики гласит, что отличающиеся друг
от друга структуры проектируемых эргатических систем управления ведут к
различным способам работы операторов [2]. Однако столь общая форма
изложенного фундаментального принципа не может быть принята создателем
(проектировщиком) эргатической системы, так как ему надо знать, какие
именно изменения оборудования вызывают существенные перемены в
деятельности человека-оператора.
Руководствуясь принципами подхода к данному вопросу, изложенными
Т.Б. Шериданом и У.Р. Ферреллом [9], и накопленным опытом разработки
эргатических систем автоматизированного управления транспортно-грузовыми
и технологическими процессами лесопромышленных производств [6, 7, 10, 15,
16, 19, 20], можно определить следующие характеристики оборудования,
48
которые оказывают существенное влияние на работу человека-оператора
эргатических систем автоматизированного управления:
1) общее количество органов управления у человека-оператора;
2) количество однотипных органов управления, например, кнопок,
тумблеров и т. п.;
3) расположение органов управления на пульте и в самой операторской;
4) общее количество средств отображения различной информации на
пульте управления и в операторской;
5) количество
приборов
и
средств
одного
типа,
отображающих
различную информацию, например, счетчиков, дисплеев и т. п.;
6) расположение средств отображения информации на пульте оператора
и в самой операторской;
7) соотношение между органами управления и средствами отображения
различной информации, как от объекта управления, так и из
окружающей его среды;
8) количество одновременно вводимых в действие органов управления и
средств отображения информации;
9) требуемое количество ответных реакций человека-оператора, которое
не всегда может быть равным количеству задействованных органов
управления;
10)
количество непредвиденных ответных реакций оператора при
работе
с
данным
оборудованием
за
какой-то
определенный
промежуток времени (час, часть смены – до перерыва, после перерыва
и т. п.);
11)
относительная частота функционирования (использования в работе)
отдельных органов управления и средств отображения информации за
какой-то определенный промежуток времени;
49
12)
количество непредвиденных остановок (задержек-перерывов) в
работе человека-оператора по причине неисправности оборудования
и т. д.
Безусловно, этот перечень не является исчерпывающим, и в реальных
условиях работы эргатической системы управления, особенно при ее
испытании (исследовании), он может быть значительно расширен.
Разумеется, каждая из приведенных здесь характеристик важна сама по
себе, когда в ходе испытания (исследования) она апробируется в отдельности.
При этом все названные и неназванные характеристики разрабатываемой
конструкции
нестандартного
воздействуют
на
оборудования,
функционирование
аппаратуры
управления
эргатической
системы
автоматизированного управления и в большей степени влияют на работу
человека-оператора не в отдельности, а интегрированно.
И в первую очередь, это касается тех характеристик, которые особенно
сильно оказывают влияние на выполнение операций управления, более того,
лишь тех величин этих характеристик, которые значительно улучшают или
ухудшают работу человека-оператора.
Как показали проведенные исследования [17…22], по мере снижения
задействованности оборудования эффективность выполнения задачи во время
обучения человека-оператора возрастает, а различия в выполнении задачи
возрастают в зависимости от сложности оборудования. А вместе с этим
различия в работе человека-оператора, зависящие от сложности оборудования,
уменьшаются
в
процессе
его
обучения.
Однако
повышение
уровня
задействованности вело к увеличению времени выполнения задачи, хотя
количество ответных реакций человека-оператора было постоянным на любом
уровне задействованности. И в то же время задействованность оператора не
оказывала заметного влияния на количество ошибок, допускаемых во время
переноса его навыков в работе при замене одного типа оборудования другим
50
(например, оснащение крана специальным грузозахватным устройством вместо
строп).
И в заключение можно сделать следующие краткие выводы:
1. Сложность
задачи
определяемой
является
взаимоотношениями
важнейшей
между
характеристикой,
всеми
остальными
характеристиками задачи. Влияние других характеристик часто
воспринимается человеком-оператором как легкость или трудность
выполнения задачи.
2. Задачи могут оцениваться в следующих границах: структурированая –
хаотичная, простая – сложная, организованная – неорганизованная и
легкая – трудная.
3. Позитивные характеристики задачи (структурированная, простая,
организованная и легкая) ведут к повышению, а негативные
(хаотичная, сложная, неорганизованная и трудная) – к снижению
эффективности работы человека-оператора в эргатических системах
управления.
4. Влияние указанных выше характеристик задачи уменьшается при
обучении (адаптации) человека-оператора.
5. Предполагается, что если задача легкая, влияние максимальных
различий зависимых переменных проявляется на более раннем, а если
трудная – на более позднем этапе ее (задачи) выполнения.
6. Операторы
могут
использовать
структурирование
задачи
для
разработки стратегий, уменьшающих ее трудность.
7. Хотя сложность задачи и снижает эффективность работы человекаоператора, ее влияние не является инвариантным: если задача очень
проста и носит повторяющийся характер, сложность может и
улучшать работу оператора, снижая её (работы) монотонность.
51
8. Если две задачи выполняются одновременно одним и тем же
человеком-оператором, снижается эффективность выполнения одной
из них или обеих задач сразу.
9. Индивидуальная
отобранного)
подготовка
человека-оператора
предпочтительнее
коллективной,
(предварительно
даже
если
она
ориентирована на выполнение задач, связанных с взаимодействием
между операторами (центральный диспетчер и диспетчеры участков –
производственных подразделений).
10. Переменная эффективности труда человека-оператора примерно на
50 % определяется типом задачи, выполняемой им в эргатической
системе управления.
11. Эффективность
автоматизации,
вводимой
с
целью
улучшения
функционирования эргатической системы АУ, зависит от того, какие
функции, выполнявшиеся ранее человеком-оператором вручную,
автоматизируются.
Разные
количественные
характеристики
взаимоотношений
между
оборудованием и задачей имеют тесную связь со скоростью и точностью ее
исполнения.
52
3. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ В РАБОТЕ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ АУ
3.1. Определение процесса и типы задач принятия решения
В предыдущем разделе были даны определение и характеристика задач
управления,
решаемых
в
эргатических
системах
автоматизированного
управления (АУ) лесопромышленным производством. Однако наиболее важной
функцией оператора-диспетчера рассматриваемых эргатических систем АУ
является функция принятия решения человеком-оператором. При этом
основной целью данного раздела является определение типов задач принятия
решения, установление влияния входных переменных величин (входной
скорости и достоверности сигналов) на условия принятия решения, уделение
внимания сравнению процессов принятия решения человеком-оператором и
самой эргатической системой АУ и определению, когда и каким образом можно
автоматизировать эту функцию (принятие решения).
Формальное
определение
процесса
принятия
решения
неудовлетворительно уже потому, что характеристики последнего изменяются
в зависимости от типа задачи. С формальной точки зрения выбор
переключателя (тумблера) на пульте управления в процессе работы (например,
САГУ) и разработку программы управления можно в одинаковой степени
считать принятием решения. Однако нельзя приравнивать принятие решения к
процессу обработки информации, поскольку последний присутствует во
многих функциях, которые могут и не требовать решения проблемы или
выбора альтернативных вариантов. В связи с тем, что любое изучаемое
поведение человека-оператора [10] можно считать частью принятия решения
или каким-то образом с ним связанным, всеобъемлющее определение этого
процесса становится синонимичным обобщенному определению поведение
человека-оператора в когнитивном процессе. Поэтому лучше всего определить
принятие решения путем идентификации отдельных компонентов этого
53
поведения. Синтезируя модели принятия решения, можно выделить три
основных этапа: осознание проблемы, понимание ее и выбор действия [9].
Вполне естественно, что эти основные этапы принятия решения можно
подразделить на более мелкие стадии, а именно: 1ая стадия – определение
наличия проблемы, требующей принятия решения; 2ая стадия – определение
характера проблемы, для чего необходим анализ входных сигналов и
вынесение заключения относительно: их специфических характеристик, их
отношения к проблеме, причины возникновения проблемы и, наконец,
характеристик среды, создающей входные сигналы данной проблемы; 3я стадия
– определение существования или возможности разработки нескольких
альтернативных решений данной проблемы; 4ая стадия – определение
соотношения между входными сигналами и упомянутыми в 3ей стадии
альтернативными решениями; 5ая стадия – выбор одного из альтернативных
решений
путем:
оценки
вероятности
успешного
решения
проблемы,
суммирования отдельных ответных реакций при наличии большого количества
факторов, оценки стоимости и результата альтернативных решений и их
сравнения; 6ая стадия – осуществление ответной реакции на основе принятого
решения; 7ая стадия – определение по обратной связи адекватности выбранной
ответной реакции. Данные стадии процесса принятия решения человекомоператором возникают последовательно и логически. При этом каждая из них
зависит от предыдущей и в свою очередь является началом последующей.
Однако в действительности в процессе принятия решения различные стадии
незаметно переходят из одной в другую, и человек-оператор, принимающий
решение, может не осознавать последовательной смены их в своем поведении.
Исследование поведения человека-оператора в процессе принятия
решения [17, 18] в основном ограничивается задачами, связанными с выбором
одного или нескольких независимых решений из ряда статистических
альтернативных вариантов, отличающихся друг от друга вероятностью,
стоимостью и результатами. В реальной ситуации функционирования систем
54
АУ может оказаться весьма затруднительным определить, где начинается и где
заканчивается проблема. Проблемы могут накладываться одна на другую по
времени и по условиям возникновения (появления). Ситуация (условия)
проблемы может с течением времени значительно измениться. Так как,
решения проблемы, как правило, связаны с целым рядом подзадач (штабелевка
лесоматериалов
–
взятие
пачки
из
накопителя
зависит
от
наличия
лесоматериала в нем), сами проблемы могут развертываться как серии
подпроблем, каждая из которых связана с соответствующей подзадачей.
Характеристики проблем могут меняться с течением времени, и не всегда
бывает ясно, какой момент для принятия решения является оптимальным.
Задачи принятия решений могут изменяться по количеству возможных
альтернативных решений и степени их очевидности (вероятности). В
дополнение к задачам, содержащим все стадии процесса принятия решения
(или большинство из них), исследователями [17, 18] были разработаны задачи,
основанные
на
отдельных
компонентах
поведения
человека-оператора,
например: вероятность наличия определенного сортимента в каком-то
определенном накопителе сортировочной линии; прогноз вероятности успеха
альтернативных реакций и т. д.
3.2. Переменные величины, связанные с принятием решения
На принятие решения оказывают влияние два типа переменных величин:
структурные
и
ситуационные
переменные.
Структурные
переменные
организуются в соответствии с входными характеристиками, желаемым
решением
и
альтернативными
реакциями.
Ситуационные
переменные
организуются относительно характеристик задач человека-оператора и среды.
Структурные переменные или входные характеристики, присущие
самому процессу принятия решения, характеризуются: способом предъявления,
изменением входной скорости, объемом информации, значимостью входных
сигналов,
их
изменчивостью,
количеством,
типом,
доступностью
и
55
достоверностью источников входных сигналов, изменением входных сигналов
во времени, их значением и стоимостью.
Способы
предъявления
входных
сигналов.
Входные
сигналы,
характеризующие проблему принятия решения, могут быть получены все сразу
(статически) или последовательно (динамически) в течение какого-то времени.
При
прочих
равных
предъявляемыми
в
условиях
виде
ситуации
с
единовременных
входными
блоков,
сигналами,
проще,
чем
с
последовательными сигналами, поскольку в первом случае человеку-оператору,
принимающему решение, не приходится иметь дело с анализом непрерывно
изменяющейся
информации.
первоначальные
решения
При
могут
последовательных
оказать
влияние
входных
на
сигналах
характеристики
последующих входных сигналов.
Изменение входной скорости структурных переменных приводит к
изменению
последовательных
ситуаций.
А
чем
чаще
меняются
последовательные ситуации, тем труднее становится задача принятия решения.
Объем информации. При прочих равных условиях чем больше объем
информации, анализируемой при принятии решения, тем труднее может быть
задача этого. С другой стороны, при большем объеме информации вероятность
принятия правильного решения возрастает.
Доля нерелевантной информации. Чем больше отношение нерелевантной
информации во входных сигналах к релевантной, тем труднее для человекаоператора задача принятия решения, и в особенности в тех случаях, когда
критерий равномерности не выражен четко.
Значимость входных сигналов. В реальных условиях некоторые входные
сигналы либо из-за неявных критериев самого процесса принятия решения,
либо
вследствие
предшествующей
тренировки
(адаптации)
могут
рассматриваться человеком-оператором как требующие большего его внимания
и имеющие большее значение для принятия решения, чем остальные.
56
Изменчивость входных сигналов. Чем большее количество входных
сигналов отличается друг от друга с течением времени, тем труднее для
человека-оператора принять правильное решение, поскольку ему приходится
осмысливать изменяющиеся параметры этих сигналов.
Количество, тип, доступность и достоверность источников входных
сигналов. При принятии решения на уверенность человека-оператора в
правильности входных данных может оказать влияние доступность источников
дополнительной
информации,
например,
данных
о
наличии
вагонов,
поступающих под погрузку круглых лесоматериалов, с экрана телевизора в
кабине оператора для проверки данных, полученных из другого источника
(например, визуально от бригадира погрузочной бригады). Вполне естественно,
что принятие решения для человека-оператора (например, САГУ) становится
затруднительным, если несколько источников дают противоречивую (разную)
информацию.
Изменение входных сигналов во времени. Входные сигналы, а именно их
характеристики, изменяются в зависимости от времени их появления, т.е.
характеристики входных сигналов, предшествующих процессу принятия
решения, оказывают влияние на это решение.
Значение входных сигналов. В зависимости от сущности входных
сигналов для решения проблемы значение их может быть очевидным или
скрытым. Например, значение признаков неравномерного функционирования
нестандартного оборудования (в САГУ) при аварийном ремонте в некоторых
случаях может быть непонятным. Значение входных сигналов представляет
собой один из факторов, влияющих на детерминированность (определенность)
системы.
Стоимость
входных
сигналов.
Стоимость
предоставления
дополнительной информации для облегчения принятия решения (приложенные
усилия и временные задержки, а иногда затраты человеческих и материальных
57
ресурсов) может заставить человека-оператора в отдельный период отказаться
от сбора информации.
Ситуационные переменные величины складываются из факторов задач,
из личностных факторов человека-оператора и факторов среды эргатической
системы АУ.
Факторы задач:
а) абстрактный или конкретный характер задачи или ее очевидная
трудность, безусловно, оказывают влияние на процесс принятия решения;
б) наличие обратной связи, информирующей о последствиях принятия
решения, а также степень ее воздействия и специфичность могут оказаться
критическим фактором в процессе принятия последовательных решений;
в) принятие решения в условиях высокой нагрузки, вероятно, менее
эффективно из-за связанного с этим стресса;
г) возможно, что на принятие решения влияет организация эргатической
системы АУ, т. е. количество иерархических уровней и распределение
информационных источников.
Личностные факторы:
а) принятие решения бывает более эффективным, когда человек-оператор
имеет какой-то опыт в рассмотрении общих проблем;
б) человек-оператор (диспетчер) с более высокой мотивацией может
оказаться активнее в поиске решения, чем тот, кто не имеет таковой; однако
если мотивация обусловлена беспокойством, оператор (диспетчер) может
сосредоточиться только на каком-то второстепенном ряде альтернативных
ответных реакций, приводящих в большинстве своем к неэффективным
решениям;
в) высокая степень эмоционального стресса может сделать процесс
принятия решения менее эффективным, так как при этом внутренние стимулы
и ответные реакции вступят в противоборство со стимулами и ответными
реакциями, специфичными для данной задачи;
58
г)
безусловно,
способности
логично
предполагать,
что
совершенствование
или навыка оператора (диспетчера) в выполнении задачи
приведет к улучшению принятия решений.
Среда:
а) среда эргатической системы АУ, в окружении которой оператор
(диспетчер) принимает решение, включает и ряд других подобных систем,
помимо его собственной.
б) поскольку оператор (диспетчер) предпринимает попытки в какой-то
степени управлять окружающей средой (включая и воздействие на другие
эргатические системы), то ее характер для него весьма важен в процессе
принятия решения;
в) однако, весьма негативным на сегодняшний день является то, что
исследований влияния окружающей среды на процесс принятия решения
проведено недостаточно.
3.3. Входные и выходные факторы процесса принятия решения
Исследование процесса принятия решения прежде всего должно быть
сосредоточено на изучении входных сигналов, на которые существенное
влияние оказывают выходные факторы (ответные реакции). Концепция
«оптимального» человека-оператора, лежащая в основе многих исследований
[17…25] процесса принятия решений, предполагает, что если среда (источник
входных
сигналов)
интерпретируется
должным
образом,
то
почти
автоматически будет принято правильное (наиболее оптимальное) решение.
Безусловно, все входные факторы оказывают какое-то влияние на
функциональную деятельность человека-оператора, т. е. принятие им решения
по управлению. Таким образом, при исследовании процесса принятия решения
в любой эргатичекой системе АУ в первую очередь должны исследоваться
следующие факторы:
– частота, изменчивость, структурированность и скорость ввода данных;
59
– релевантность информации, стоимость и скорость ее передачи;
– коэффициенты вознаграждения.
Вместе с этим, к изучаемым факторам ответных реакций относятся
количество имеющихся альтернативных решений и различия между ними.
Вопрос приема информации является не менее важным фактором при
исследовании процесса принятия решения, так как интерпретация информации,
получаемой от последовательных входных сигналов, является критическим
фактором для принятия решения человеком-оператором.
Значимость стимула и коэффициент вознаграждения также являются
важными факторами исследований процесса принятия решения, так как любой
выбор
альтернативных
решений
предполагает
наличие
значимости
и
вознаграждения.
Однако все эти приведенные переменные в большинстве своем
определяются
весьма
абстрактно.
Эта
абстрактность,
проистекающая,
возможно, из математической терминологии, формулирует многие проблемы
процесса принятия решения человеком-оператором, поскольку очень немногие
операторы имеют какую-то математическую подготовку.
Выполненные в свое время исследования [15, 17, 18, 21…27] дают
основание сделать следующие выводы:
– разложение переменных на составляющие для изучения их влияния на
процесс принятия решения может заставить человека-оператора изменить свой
образ действий по сравнению с той ситуацией, в которой эти переменные
являлись бы частью всей проблемы;
–
процесс
последовательного
принятия
решения
изменяется
в
зависимости от объективной (реальной) трудности задачи;
– принимающий решение человек-оператор воспринимает изменчивость
входных сигналов очень грубо, то есть по принципу «все или ничего»;
– принимающий решение человек-оператор скорее готов к риску при
принятии трудных решений и более осторожен при принятии легких решений;
60
– стратегии принимающего решение человека-оператора не являются
оптимальными
с
учетом
объективной
вероятности
и
коэффициентов
вознаграждения;
–
большое
влияние
на
процесс
принятия
решения
оказывают
индивидуальные способности человека-оператора;
– время принятия решения возрастает в зависимости от количества
входных характеристик и возможных альтернативных вариантов принятия
решения;
– увеличение числа (количества) входных характеристик (сигналов) не
приводит
к
повышению
качества
решения,
если
они
не
имеют
непосредственного отношения к данному решению;
– адаптационному периоду принятия решений в неблагоприятных для
человека-оператора
условиях
должно
уделяться
значительно
большее
внимание;
– скорость предъявления информации в процессе принятия решения
имеет большее значение, чем способ ее предъявления (автоматически или по
запросу);
–
достоверность
информация
и
источника
частота
входных
корректирования
данных,
входных
противоречивая
данных
оказывают
существенное влияние на поиск и принятие решения человеком-оператором;
– объем информации (входных данных), использованной до принятия
решения,
оказывает
большее
суммарное
воздействие
на
процесс
последовательного принятия решения, чем количество проблем, с которыми
человек-оператор предполагает иметь дело;
– физическая структура предъявления входных сигналов оказывает
существенное влияние на эффективность процесса
человеком-оператором.
принятия решения
61
3.4. Поведение человека-оператора в процессе принятия решения
Безусловно, большее значение в процессе принятия решения имеет само
поведение человека-оператора, а, именно, необходимо понять, как и почему
принимающий решение (человек-оператор) реагирует на входные сигналы.
Широко известны формальные модели идеализированных процессов
решения проблем, которые используются в экономике и математике. Однако в
этих моделях отсутствуют описания фактических действий человека-оператора,
и в них принимаются явно нереалистические допущения об объеме и полноте
доступной информации (входные сигналы) и о присущих человеку-оператору
способностях ее использования.
Поведение
принимающих
решение
операторов
(диспетчеров)
характеризуется относительно простыми действиями [9]. При этом проявляется
ряд негативных моментов, и прежде всего консерватизм, снижающий
способность принятия оптимального решения человеком-оператором. Так,
испытуемые операторы эргатических систем автоматизированного управления
подъемно-транспортными устройствами [10, 15, 17, 18, 26, 27], как правило,
искаженно воспринимали вероятности сложных и высокозначимых событий, и
их оценки корреляции или неожиданных зависимостей между парами событий
оказывались систематически неверными.
Есть свидетельства того, что человек может делать хорошую оценку
вероятности какого-либо события или явления, но относительно плохо
ориентируется в обстановке, если требуется просуммировать несколько
вероятностных оценок [2]. При этом оператор порой стремится отложить свои
действия, выходя за пределы оптимального времени реакции и, если
необходимо, часто совсем бездействует. Вместе с этим он (оператор) может
основывать свои действия на относительно слабых входных характеристиках
(сигналах). Его поведение часто бывает непоследовательным, а порой (очень
редко) даже непредсказуемым.
62
Специфическая обратная связь (например, последствия принятого
решения в виде количественных оценок вероятности) улучшает качество
решения и облегчает его принятие в большей степени, чем неспецифическая
обратная связь (например, какой-то определенный результат). Человекоператор модифицирует свое поведение в процессе принятия решения на
основе абстрактной связи, если ему даны правильно выверенные инструкции. В
то время как неточные невыверенные инструкции сводят на нет положительное
влияние обратной связи.
Принимающий
решение
человек-оператор
запрашивает
меньше
информации при увеличении объема накапливаемых входных данных. При
этом объем запрашиваемой операторами информации увеличивается при
повышении трудности задачи, а также при увеличении объема доступной
информации и количества источников, ее дающих. Адекватность принятого
решения изменяется в зависимости от того, какой объем полезной информации
содержат предъявленные человеку-оператору данные. Точность и уверенность
в принятии последовательных решений меняются в зависимости от объема
предоставляемой человеку-оператору информации.
Для изменения уже принятого решения человеку-оператору требуется
дополнительно
значительно
больший
объем
информации,
чем
для
первоначального принятия этого решения. Вместе с этим, чем больше времени
тратит человек-оператор на анализ задачи, тем труднее ему распознать
изменения в ее условиях. И в то же время чем больше объем изменений в
эргатической системе АУ или среде, тем больше трудностей испытывает
человек-оператор в точной оценке действительного состояния самой системы
или окружающей среды.
63
3.5. Подготовка, опыт и индивидуальные факторы человекаоператора (диспетчера)
Подготовка (обучение) человека-оператора (диспетчера) состоит в
последовательном предъявлении ему задач данного эргатического процесса, в
результате многократного решения которых приобретаются навыки по
дозированным воздействиям на объект управления. Обучение эргатических
систем АУ существенно отличается от обучения автоматических систем тем,
что человек-оператор принципиально неспособен к детерминированному
воспроизведению действий. По мере приобретения навыка его действия
характеризуются
некоторой
степенью
статистической
устойчивости,
в
некоторых случаях неправильно называемой стереотипным поведением
человека-оператора.
Следовательно, такие переменные, как подготовка и опыт, столь же
важны для принятия решения, как и другие особенности поведения операторов
эргатических систем АУ. Подготовка – это целенаправленная программа
обучения операторов таких систем способам решения поставленных перед
ними проблем, таких как изучение взаимосвязей между входными данными и
методами решения поставленных проблем. Обучение правилам принятия
решения должно логически приводить к совершенствованию деятельности
операторов данных систем.
Под
опытом
подразумевается
наличие
у
человека-оператора
предварительной практики решения аналогичных проблем. Опыт также должен
способствовать совершенствованию функциональной деятельности операторов,
но, безусловно, в меньшей степени, чем специальная тренировка, поскольку
предварительная практика лишь предоставляет возможность научиться чемулибо по принятию решения. Однако операторы рассматриваемых здесь
эргатических
систем
АУ
в
процессе
принятия
решения
не
всегда
руководствовались приобретенными ранее знаниями [15, 26, 27]. Обучение,
64
основанное на постановке перед операторами сложных диагностических
проблем, оказалось весьма неэффективным для совершенствования процесса
принятия решения даже при наличии обратной связи.
При исследовании функциональной деятельности человека-оператора
эргатических систем АУ в условиях лесопромышленного производства
необходимо различать три этапа процесса его обучения (подготовки), а именно:
– этап первоначальной «приработки» человека-оператора к режиму
работы в составе данной эргатической системы. На этом этапе формируется
структура его функциональной деятельности;
– этап «отработки» параметров структуры, в процессе которого человекоператор знает, что и в какой последовательности следует делать, но действия
его недостаточно точны и своевременны;
– этап статистически стабильного уровня характеристики эргатического
процесса, соответствующей полной (завершенной) обученности (подготовки)
человека-оператора данной эргатической системы.
На
последнем
этапе
следует
предусмотреть
некоторый
«запас»
дополнительных циклов обучения, с тем чтобы сформулировался устойчивый
навык человека-оператора в принятии решения.
Опыт, приобретенный в процессе обучения, действительно улучшает
процесс принятия решения благодаря повышению восприимчивости человекаоператора к особенностям диагностики конкретно поставленной проблемы.
В процессе принятия решения, так же как и в любом человеческом
поведении, особенно ярко проявляются существующие индивидуальные
различия между выбранными операторами. К сожалению, очень мало известно
о значении этих различий, поэтому при исследовании процесса принятия
решения в эргатических системах АУ должно уделяться значительно большее
внимание изучению индивидуальных особенностей операторов этих систем.
При этом исследования должны быть направлены в первую очередь на
изучение всех фактов, связанных с индивидуальными различиями операторов,
65
так как принятие решения связано с личностными и познавательными
переменными. Вместе с этим, операторов необходимо различать по типу
стратегий, которыми они пользуются при принятии решения, условно считая их
абстрактными
или
конкретными,
так
как
структура
их
(операторов)
перцептивных понятий изменяется нелинейно в зависимости от стресса
(нагрузки) [17, 18].
3.6. Автоматизация процесса принятия решения
Интерес к автоматизации процесса принятия решения связан с теми
преимуществами, которые может обеспечить современная вычислительная
техника. Однако если преимущества автоматизации вполне очевидны для
психомоторных и моторных функций, то этого нельзя сказать относительно
познавательных функций, так как определенные функции когнитивных
процессов считаются характерными именно для деятельности человекаоператора. Вместе с этим, можно сказать, что принятые человеком-оператором
решения далеко не всегда оптимальны, и во многих случаях помощь
компьютера может быть весьма плодотворной.
При создании эргатических систем АУ в условиях лесопромышленного
производства
необходимо
автоматизировать
процесс
определить,
принятия
до
какой
решения
и
степени
какие
следует
именно
из
познавательных функций подлежат автоматизации в первую очередь. Таким
образом,
автоматизировать
процесс
оценки
вероятности
свершения
определенных событий неэкономично, так как люди (операторы) справляются с
этой работой весьма успешно. Автоматизация же обобщения вероятностных
оценок может улучшить точность принятия решения человеком-оператором.
Обратная связь полезна как в случае принятия решений человекомоператором, так и при использовании автоматизированных процедур этого
процесса. Обратная связь не требуется для каждого этапа процесса принятия
66
решения, но введение ее бывает весьма необходимо в определенные моменты
времени этого процесса.
Искусство человека-оператора эргатических систем АУ в обобщении
показателей вероятности повышается с опытом и тренировкой, но всегда
уступает автоматизированному процессу, исключая редкие случаи работы его
(оператора)
в
оптимальных
условиях.
Если
в
результате
обучения
(приобретения опыта) эффективность функциональной деятельности человекаоператора оказывается сравнимой с эффективностью автоматизированной
системы, то обучение оператора может быть с практической точки зрения
целесообразнее, чем автоматизация процесса принятия решения.
Там, где автоматизация невозможна, можно все же улучшить процесс
принятия решения человеком-оператором путем совершенствования процедуры
этого процесса как таковой. Операторы, обученные определенной методике,
работают
более
эффективно,
чем
необученные,
хотя
и
уступают
автоматизированной системе.
3.7
Роль
эффективности
человека-оператора
гидравлических
(экскаваторщика)
экскаваторов
в
при
повышении
строительстве
лесовозных дорог (пример эргатической системы «человек-машина»)
Наиболее характерным примером эргатической системы управления
может быть управление гидравлическим экскаватором
при строительстве
лесовозных дорог, т. е. эргатическая система «человек-машина».
В настоящее время становится вполне очевидным тот факт, что с
увеличением производительности машин возрастает и сложность управления
ими. Повышение скоростей выполнения отдельных операций, усложнение
динамики, а также взаимосвязь и взаимодействие с группами людей,
обслуживающих машины, от человека, управляющего ими (оператора)
требуется умение предвидеть ситуации устойчивых навыков управления,
быстрая реакция на входную информацию.
67
Ранее
человеку,
управляющему
машиной,
приходилось
приспосабливаться к неудобствам управления, и это происходило за счет
усталости человека, плохой работы системы и ошибок управления, что
недопустимо в большинстве современных эргатических систем, в том числе и в
системе «человек-машина».
Таким образом, в современных условиях любого производства, в том
числе и лесопромышленного, возникла необходимость учитывать в процессе
разработки
(усовершенствования)
эргатической
системы
взаимодействие
человека и машины, и делать это так, чтобы можно было предсказать
результаты разработки в виде критериев производительности системы
(машины).
В нашем рассматриваемом примере повышение производительности
(эффективности) гидравлических экскаваторов обуславливается не только
усовершенствованием конструкции машины (эргатической системы) за счет
создания универсального стрелоподъемного механизма, но и применением
наиболее актуальных способов (приемов) и технологических схем производства
работ [28]. Причем при совершенствовании последних, особенно с учетом
специфических особенностей строительства лесовозных дорог, особое значение
имеет человеческий фактор (опытность человека-оператора (экскаваторщика) и
его адаптация).
Человек-оператор
(экскаваторщик)
является
главным
решающим
(дифференцирующим) звеном в данной эргатической системе «человекмашина». При работе на экскаваторе человек-оператор (экскаваторщик)
осуществляет все необходимые функции процесса управления данной
машиной, т. е. принимает определенные решения и выполняет технологический
процесс,
например,
физиологического
по
отсыпке
состояния
и
насыпи
земляного
возможностей
эффективность работы системы в целом [29].
во
полотна.
многом
От
его
зависит
68
При изучении работы оператора в системе управления в первую очередь
встает вопрос о выборе критериев, с помощью которых следует оценивать
деятельность самого оператора и всей системы. Сюда могут быть отнесены
критерии,
оценивающие
эффективность
работы
оператора:
скорость
выполнения операций (время реакции), количество затрачиваемой работы
(энергии) во времени, процент ошибок в процессе управления, количество
переработанной информации в единицу времени.
Таким образом, одним из наиболее важных критериев при оценке
качества системы управления в целом гидравлического экскаватора является
его
производительность
производительности
в
единицу
одноковшовых
времени.
экскаваторов:
Различают
три
теоретическую
вида
П р,
техническую Пт и эксплуатационную Пэ. Влияние условий работы оператора
на
производительность
экскаватора
прослеживается
в
формуле
эксплуатационной производительности [29]:
Пэ = 60 ⋅ q ⋅ n ⋅ K у ⋅ К и ⋅ К о ,
(3.1)
где q – геометрическая емкость ковша , м3;
n – расчетное число рабочих циклов, зависящее от скорости поворота
рабочего оборудования;
Kу – коэффициент, отражающий условия работы экскаватора;
Кв – коэффициент, учитывающий время использования экскаватора.
Ко – коэффициент, учитывающий влияние условий работы оператора на
производительность экскаватора.
Коэффициент
Ко
может
меняться
в
зависимости
от
изменения
эффективности труда оператора. В первую очередь эффективность труда
оператора влияет на продолжительность рабочего цикла tц. Снижение
эффективности труда ведет к увеличению tц и тем самым к уменьшению Ко,
вследствие
чего
снижается
эксплуатационная
производительность.
Количественно эффективность труда оператора можно оценить таким
69
критерием, как величина полезной физической работы, затрачиваемой им при
управлении экскаватором.
Физическая работа оператора в процессе управления зависит от его
работоспособности на протяжении смены. В то же время анализ работы
оператора экскаватора, проведенный японскими специалистами, показывает,
что эффективность его труда к концу смены значительно снижается [29].
Работоспособность меняется по определенным фазам и зависит от
динамики
изменения
деятельности
нервной
системы
оператора
до
загруженности и усталости.
В момент начала работы происходит нарастание работоспособности,
уменьшение лишних движений, установление привычных приемов работы.
В дальнейшем наступает устойчивое время работоспособности – период
наибольшей производительности.
Однако к концу смены происходит естественная утомляемость оператора,
вследствие чего заметно падение производительности.
Следует отметить, что при достаточно большой интенсивности труда
наивысшая работоспособность оператора может за короткий период времени
перейти в утомленное состояние.
Таким образом, чем выше эффективность труда оператора, тем меньше
он делает лишних включений, экономнее расходует энергию.
По своей сущности человеку (оператору-экскаваторщику) свойственно
утомляться и пребывать определенные промежутки времени в усталости и
вялом психофизическом состоянии. Поэтому при оценке влияния оператора на
производительность экскаватора все-таки остановимся на профессионализме и
возможности индивидуального принятия решений в нестандартных условиях
производства работ.
Лесной комплекс является специфической, особой зоной разработки и
перемещения грунтов, а растущие лесонасаждения диктуют особые условия
проведения работ по разработке и перемещению грунтов (более стесненные
70
условия). Поэтому в этом случае особенно важен грамотный подход оператора
к разработке грунтов, т. е. к выполнению всех способов, методов и
технологических схем производства работ.
Опытность оператора заключается в умении выполнять наибольший
объем земляных работ в возможно короткий промежуток времени при
нормальной работе машины. Поэтому в нашей стране особое внимание
уделялось повышению производительности производства земляных работ
экскаватором за счет использования новых (рационализаторских) принципов
операторов-новаторов, которые за
смену
могли
выполнять недельные
выработки, используя специфические отточенные методы, не теряя времени на
простои и совершенствуя технологию [30, 31].
Влияние оператора на производительность экскаватора в большей
степени зависит от верной оценки места производства работ, умелой их
организации и правильной разработки забоя при учете конструктивных и
эксплуатационных возможностей машины. Принципиальные особенности
каждой операции рабочего цикла находятся
в зависимости от конкретных
условий взаиморасположения экскаватора и автомобиля в забое в момент
экскавации, группы грунта, конструктивных возможностей.
3.8. Общие выводы по разделу:
– Повышение трудности задачи ведет к большей изменчивости
количества входных данных, которые необходимы человеку-оператору для
принятия решения, и к увеличению количества неправильных решений и
объема обрабатываемой входной информации.
– Опыт и подготовка (адаптация) операторов улучшают их деятельность
по принятию решения. При этом подготовка операторов является наиболее
эффективной переменной, а субъективные показатели вероятности опытных
операторов обычно выше, чем неопытных.
71
– Оператору требуется больший объем информации для изменения своего
решения, чем для его первоначального принятия, а при большем числе
альтернативных вариантов используется большой объем входных данных.
– Оператор восприимчив к характеристикам предъявленных входных
данных, которые должны быть относительно грубыми – только в таком случае
он сможет ими воспользоваться.
– На деятельность человека-оператора, связанную с принятием решения,
оказывает влияние стоимость приобретения информации, поэтому оператор
использует больший объем информации, когда это требует небольших затрат.
– Скорость предъявления информации имеет большее значение, чем
способ ее предъявления (по запросу или автоматически). По мере увеличения
скорости обновления входных данных человек-оператор стремится иметь
больше информации, однако его восприимчивость к скорости передачи
информации весьма ограничена.
– Человек-оператор чувствителен к достоверности (стабильности)
источника информации в эргатической системе, так как при увеличении
количества противоречивой информации он стремится иметь ее (информации)
как можно меньше.
– Объем используемой информации в процессе принятия решения
уменьшается по мере увеличения количества сведений о предшествующих
входных сигналах.
– Существует некоторый уровень доступного объема информации, при
котором функциональная деятельность человека-оператора, связанная с
процессом принятия решения, максимально эффективна.
– Индивидуальные различия между операторами одной и той же
эргатической системы АУ, которые принимают определенные решения, всегда
заметно сказываются на их (решений) результатах.
– Характеристики задачи оказывают влияние на процесс принятия
решения в большей степени, чем структура группы, в окружении которой
72
работает принимающий решение оператор (например, старший диспетчер
СИОДУ), хотя распределение обязанностей влияет положительным образом.
– Значительное изменение условий окружающей среды воспринимается
человеком-оператором эргатической системы АУ менее охотно, если он
развивал (создавал) какую-то определенную концепцию в течение длительного
времени.
– Операторы оценивают вероятность отдельных событий достаточно
хорошо, но автоматизация процесса обобщения вероятностных показателей
может значительно улучшить их деятельность.
–
Применение
компьютера
будет
обеспечивать
наибольшие
преимущества в тех случаях, когда эргатическая система должна использовать
неотфильтрованные, неполные, зависимые или имеющие какие-либо другие
недостатки данные и когда человек-оператор будет подвержен временному
стрессу или стрессу, вызванному чрезмерной нагрузкой.
– В процессе подготовки (адаптации) операторов по применению правил
принятия решения следует делать акцент на принятие конечного решения,
осознание им (оператором) допустимой сферы своей деятельности и разработку
стратегии.
– При отборе операторов эргатических систем АУ следует обращать
внимание на тех, кто проявляет больше способностей в процессе принятия
данного типа решений.
73
4.
ОБРАТНАЯ
СВЯЗЬ
В
ЭРГАТИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
Во
всех
системах
автоматизированного
лесопромышленного
производства
автоматизированного
управления
(ДУ –
дистанционное
и
особенно
управления
в
таких,
подъемно-транспортными
управление;
ДПУ
–
процессами
как
система
устройствами
дистанционно-программное
управление, ПУ – программное управление, ГДПУ – групповое дистационнопрограммное
управление)
[12]
и
системы
диспетчерского
управления
процессами на всех фазах лесопромышленных предприятий лесного комплекса
(ЦУТПЛС – централизованное управление
технологическими процессами
лесных складов, ЦДУПП – централизованное диспетчерское управление
производственным
оперативного
процессом,
диспетчерского
оперативная диспетчерская
СИОДУ
управления,
–
система
ИОДС
–
информационноинформационно-
служба) [19, 27...31], существенную роль в
оптимизации играет обратная связь. То есть обратная связь, допускающая
саморегулирование в эргатических системах автоматизированного управления
(ЭСАУ), может предоставлять информацию разных типов (подтверждение и
точность ответа, его последствия, данные о состоянии окружающей среды и
системы и т. п.). Она (обратная связь) может служить в качестве руководства,
мотивировать и поощрять оператора-диспетчера принимать определенные
решения по поставленным задачам [38].
Обратная связь (ОС) имеет существенное значение для регулирования
работы ЭСАУ и деятельности оператора-диспетчера в ней. При этом цели
оператора находятся в сложном соотношении с эффектом обратной связи и
могут снижать этот эффект.
Как для оператора (диспетчера), так и для эргатической системы в целом
информация, передаваемая по ОС, всегда сравнивается с ответами самого
оператора (диспетчера) команды или результирующими данными самой
74
эргатической системы автоматизированного управления. В однооператорной
эргатической системе (ГДПУ) оператор получает по ОС информацию,
касающуюся его собственных ответов; в многооперативной эргатической
системе (СИОДУ) его (старшего диспетчера) может интересовать деятельность
всей
команды
(диспетчеров
всех
производственных
подразделений
предприятия).
Оператор
(диспетчер),
устанавливающий
ОС,
не
наблюдает
ее
непосредственно, однако ощущает действие обратной связи по предъявляемым
стимулам (например, устройство отображения информации – мнемосхема
пульта управления) и результатам влияния этих стимулов. Исследователь
деятельности оператора (диспетчера) в области обратной связи не может быть
полностью уверен в том, что ОС в действительности воспринимается
оператором (диспетчером) так, как он ее понимает. Он (исследователь) должен
учитывать влияние обратной связи на ответы оператора-диспетчера и
результирующие данные эргатической системы АУ, чтобы решить, эффективно
ли то, что он (оператор- диспетчер) представляет себе в качестве ОС [23, 24].
4.1. Определение обратной связи
В самом общем смысле обратная связь является информацией о
последствиях тех или иных действий оператора-диспетчера, предъявляемой
самому оператору-диспетчеру. Эти последствия потом сопоставляются в
памяти оператора-диспетчера или с помощью устройств отображения (пульт
управления, мнемосхемы, экран телевизора и т.п.) с первоначальным
действием,
чтобы
определить
приемлемость
выполненного
действия.
Одновременно оператор-диспетчер использует полученную оценку, чтобы
руководствоваться ею при выполнении своего следующего действия. В связи с
этим эффект обратной связи связан не только с предыдущими, но и
последующими
действиями
оператора-диспетчера.
Свою
способность
модифицировать деятельность ОС исследователь реализует следующими
75
способами: 1) направляя изменения в действиях, выполняемых операторомдиспетчером, и руководя ими с тем, чтобы они удовлетворяли требованиям
эргатической системы АУ; 2) создавая мотивацию для того, чтобы оператордиспетчер приспосабливал получаемые им результаты к другим целям;
3) поощряя определенные модели ответов, которые представляются операторудиспетчеру точными или успешными.
Эти функции можно рассматривать также в качестве критериев
эффективности информации обратной связи, определяемой в основном тем,
насколько успешно она (ОС) направляет и поощряет правильные ответы и
создает мотивацию для более производительного труда оператора-диспетчера.
Обратная связь может обеспечивать разные типы информации, касающиеся
корректности подтверждения и последствий ответа, а также состояния
эргатической системы АУ.
Обратная связь включает в себя любую информацию о состоянии
оператора-диспетчера, системы или среды, представляющих собой результат
действий
данной
эргатической
системы,
на
основе
которых
можно
осуществлять необходимое регулирование ОС, что, вероятно, важнее в
недетерминированных,
чем
структурированных
(детерминированных)
системах. Если операционные процессы запрограммированы заранее, они
должны предусматривать, по крайней мере, наличие некоторой информации
(например, сигналов на пульте управления), обеспечиваемой с помощью ОС.
С другой стороны, в вероятностных (неопределенных) ситуациях ОС может
быть единственной основой, руководящей оператором в выборе одной из
альтернатив. Информация, получаемая через обратную связь, не автоматически
руководит, мотивирует или поощряет – эти функции определяются тем, как
оператор-диспетчер интерпретирует информацию.
В деятельности оператора-диспетчера эргатической системы АУ обратная
связь подтверждения ответа играет существенную роль, так как предъявляемая
оператору-диспетчеру информация о том, что он (оператор-диспетчер)
76
действительно выполнил ту или иную операцию, обозначается только ОС
подтверждения ответа . Например, после того, как оператор ГДПУ нажал на
кнопку переключателя с надписью «вкл.» и подал напряжение на пульт
управления, загорается лампочка соответствующего индикатора. Поскольку ОС
подтверждения ответа ничего не говорит о более отдаленных последствиях
предпринятого действия, сфера ее применения крайне ограничена.
Информация о корректности или некорректности ответа оператора
требуется тогда, когда возможны альтернативные ответы и правильный выбор
ответа оператору-диспетчеру заранее неизвестен. Например, ответ операторадиспетчера в процессе его обучения (подготовки) обычно сопровождается
указанием на корректность или некорректность ответа. Обратная связь
корректности ответа (обычно называемая усиленной обратной связью)
применяется лишь в ситуации подготовки (обучения) оператора (диспетчера) на
специальном тренажере, имитирующем пульт управления эргатической
системы, или непосредственно на рабочем месте (в операторской или
диспетчерской).
Информация о последствиях предпринятых действий может иметь место,
например, в такой ситуации САГУ, когда за поворотом тумблера следует
включение двигателя на разжатие челюстей торцевого грейфера и оператор
видит, как они (челюсти) расходятся.
В зависимости от поставленной задачи – взятие из накопителя
определенной длины сортимента – оператор раздвигает челюсти грейдера до
нужного размера. Таким образом, обратная связь последствий ответа включает
в себя описанные выше функции, и она подтверждает ответ, сделанный
оператором-диспетчером, т.е. такая обратная связь может быть проверена лишь
по его последствиям. Обратная связь последствий ответов, как видно, может
помочь оператору сделать правильный выбор следующего ответа. Получив
заданную величину раскрытия челюстей грейфера, оператор опускает его на
77
пачку сортиментов и дает команду (тумблером) на сжатие их (челюстей) для
взятия этой пачки.
Информация об условиях, определяющих состояние данной эргатической
системы АУ, или о внешней среде, знание которых позволяет оператору
(диспетчеру) выполнить то или иное действие, обозначается как обратная связь
состояния системы (ОСсс). ОСсс тем и отличается функционально от других
видов обратных связей, что она не обязательно, а часто и совсем не отражает
следующее непосредственно за некоторым стимульным воздействием событие
или реакцию на специфическое действие оператора-диспетчера.
Обратная связь состояния системы может отражать последствия,
возникшие в результате действий оператора-диспетчера, выполненных гораздо
раньше. Информация, обеспечиваемая такой обратной связью, регулирует
действия оператора-диспетчера и эргатической системы АУ, когда возникают
особые состояния ее (системы) и оператор должен предпринимать действия по
поддержанию целостности эргатической системы.
В эргатических системах АУ лесопромышленных предприятий вместе с
вышеназванными типами ОС необходимо различать внутреннюю и внешнюю
обратную связь. Внутренняя ОС обычно понимается как нечто присущее
действиям оператора-диспетчера как таковым. Проще, внутренняя ОС означает,
что информация или сигналы, на основе которых оператор-диспетчер
интерпретирует информацию, получаемую через данную ОС, понимается как
часть обратной связи или как нечто, коррелирующее с действиями, которые
создают ее (обратную связь). При интерпретации внутренняя ОС существует
лишь как физиологический коррелят индивидуального ответа и поэтому не
имеет точного аналога на уровне самой эргатической системы. С другой
стороны, если внутренняя ОС представляет собой часть целой системы
(например, САГУ), то «человек-оператор-ПТУ» включает в себя внутреннюю
ОС. Например, информацию, описывающую состояние данной системы
(САГУ), можно считать внутренней, поскольку она заложена в самой ситуации
78
(т.е. отражается на мнемосхеме пульта управления, используемой в заданном
порядке); такая информация представляет собой ОС, поскольку описывает
последствия операций, выполняемых данной эргатической системой (включая
обслуживающий персонал – строповщиков, подсобных рабочих сортировочной
линии и т.п.).
Внешняя обратная связь не заложена в действиях оператора-диспетчера
или операциях самой системы, а поступает из внешних источников, например,
информация, характеризующая состояние штабелей круглых лесоматериалов,
обслуживаемых нашей эргатической системой. Внешняя ОС обычно считается
корректной, потому что внешний (информирующий) источник не станет
произвольно передавать дезинформацию. Внутренняя ОС также должна быть
совершенно правдивой, поскольку она не находится под сознательным
контролем оператора-диспетчера. Однако в обоих случаях информация,
получаемая через ОС, может быть неполной или неточной или восприятие и
понимание ОС оператором-диспетчером может быть не вполне точным.
Обратная связь может и не соответствовать действительности в том смысле,
что ее интерпретация оператором неточно отражает «объективную истину».
Например, оператор ГДПУ может не совсем точно определить заполненность
накопителя сортировочной линии на большом расстоянии от операторской.
Такое может случиться даже тогда, когда ОС предположительно характеризует
ответы самого оператора-диспетчера и его собственной эргатической системы.
4.2. Структурные переменные величины обратной связи
Структурные переменные величины относятся ко всем видам обратной
связи, которые характерны для эргатических систем автоматизированного
управления.
Наиболее важные из них в определенной момент времени характеризуют
способ предъявления обратной связи.
79
Временные переменные величины. Обратная связь может варьироваться
по скорости появления ее стимулов, вызванных определенными действиями
оператора-диспетчера или изменениями состояния системы, которое должно
быть отображено на мнемосхеме (дисплее).
Опираясь на данные [39], можно предположить, что ОС тем эффективнее
гарантирует правильность последующего ответа оператора-диспетчера, чем
скорее она следует за его предыдущим ответом или изменением в состоянии
эргатической системы. Если между действием и его ОС оказывается
продолжительный
интервал,
у
оператора-диспетчера
появляется
дополнительная задача – вспомнить связь между тем и другим. Интервал,
который может быть заполнен другими действиями оператора-диспетчера или
изменениями в самой системе, может исказить производимую оператором
интерпретацию связи между его ответами и обратной связью.
Инерционность ОС может варьироваться от долей секунды, если она
относится к физиологическим данным, связанным с индивидуальным ответом
оператора-диспетчера, до нескольких минут в эргатических системах.
Оператор-диспетчер, который контролирует внешнюю ОС, может определять
длительность ее интервала. Обычно ОС достаточно быстро следует за какимлибо действием или событием. Если иметь в виду внутреннюю ОС, то характер
действия, задача или среда обычно определяют ее (ОС) интервал. В таком
случае прежде всего необходимо определить, какие именно системные факторы
увеличивают замедление ОС.
Исследователи человеческих факторов (операторов-диспетчеров) должны
быть в первую очередь заинтересованы в определении максимально
допустимого интервала, а также в исследовании влияния на деятельность
оператора задержки ОС.
Количественные переменные величины. ОС в эргатических системах АУ
может варьироваться как по частоте ее появления, так и по объему
передаваемой информации. Однако если ОС реально существует, то не следует
80
с ее помощью передавать всю ту информацию, которую она (ОС) должна или
может обеспечить, так как оператор-диспетчер эргатической системы может
быть перегружен или сбит с толку.
Возникает вопрос: «Какова в таком
случае минимальная частота и
минимальный объем ОС, которые необходимы для нормальной работы
оператора и эффективного функционирования самой эргатической системы?»
Причем этот вопрос имеет большое значение как в ситуации обучения
(адаптации) оператора-диспетчера, так и в процессе реальных системных
операций. От степени контроля над другими параметрами ОС зависит
возможность регулирования ее (ОС) частоты и объема. При исследовании
эргатических систем АУ лесопромышленного производства в первую очередь
необходимо определить ту область, в пределах которой обратная связь должна
и может подвергаться контролю [39].
Качественные переменные величины. Эти переменные включают в себя
специфичность и релевантность обратной связи. Специфичность определяется
двумя
факторами.
качественной
Во-первых,
(выходной)
различием
информацией.
между
Например,
количественной
при
взятии
и
пачки
лесоматериалов из определенного накопителя сортировочной линии оператор
ГДПУ видит, что данный накопитель полностью заполнен (качественная ОС),
или он видит, что в накопителе лесоматериалов всего на одну пачку
(количественная). Во-вторых, более детальные информационные категории,
частично
совпадающие
с
объемом
информации
и
являющиеся
дополнительными параметрами ОС, могут дать о ней дополнительную
информацию. И наконец, вполне очевидно, что чем специфичнее ОС, тем
эффективнее
она
выполняет
руководящую
функцию.
Поэтому
при
исследовании эргатической системы АУ необходимо определить, насколько
эффективность обратной связи повышается в результате усиления ее
специфичности.
81
Релевантность
определяется
логикой
отношений
(воспринимаемых
оператором-диспетчером эргатической системы) между обратной связью и
действием
(оператора-диспетчера),
включающим
ОС.
Чем
яснее
эти
отношения, тем точнее будет обратная связь руководить дальнейшими
действиями оператора-диспетчера системы. Обычно релевантность выдвигает
перед оператором-диспетчером системы незначительное количество проблем,
но на этот фактор могут оказывать негативное влияние многие другие факторы,
такие как задержка ОС, параметры многократной ОС и альтернативные
критерии оценки.
Нерелевантная обратная связь не является серьезной проблемой при
обучении (адаптации) оператора-диспетчера, поскольку обучающий всегда
может установить контроль над релевантностью ОС.
Однако в операциях, выполняемых недетерминированными системами
(ДПУ, ГДПУ, ПУ и т.п.), располагающими более слабым контролем над
предъявляемой оператору ОС, логическая связь, определяющая релевантность,
может носить скрытый характер.
Релевантность с трудом поддается экспериментальному анализу и
представляет собой субъективную категорию, связанную с ценностными
представлениями оператора-диспетчера эргатической системы.
Однако
экспериментально
можно
обнаружить,
насколько
важны
временные, количественные и качественные факторы вообще, для чего следует
проверить, как эффективность обратной связи изменяется в зависимости от
изменения значений названных факторов.
4.3. Эффективность обратной связи при решении определенных задач
оператором
Обратная
связь
в
рассматриваемых
эргатических
системах
АУ
лесопромышленного производства [13] предъявляется с помощью мнемосхемы
(табло), телевизора, прямым и косвенным вербальным контактом или с
82
помощью текстов. Вопрос для исследования заключается в том, какое средство
является наиболее эффективным.
В любом варианте всякий оператор-диспетчер должен получать через ОС
лишь такую информацию, которую он может использовать непосредственно в
работе. Но в определенных специфических для эргатической системы
обстоятельствах может появится необходимость в ОС, описывающей операции
команды,
системы
или
подсистемы.
В
таком
случае
необходимо
(исследователю) прежде всего решить задачу: каким образом оператордиспетчер
может
наиболее
эффективно
использовать
командную
или
системную обратную связь и насколько последняя (ОС) эффективна для его
(оператора-диспетчера) деятельности и функционирования самой эргатической
системы, если она (ОС) обычным образом интерпретируется относительно
индивидуальных
действий
оператора-диспетчера.
При
этом
следует
рассмотреть также характер задачи и способ организации подзадач. Важность
частоты, специфичности и объема обратной связи растет по мере увеличения
сложности задачи или при переходе от высокоструктурированных задач к
задачам вероятностного характера (см. раздел 2). Однако обратная связь,
описывающая задачу и изменения в эргатической системе на более
укрупненном уровне, включается или должна включаться по крайней мере с
такой же частотой, как и ОС для детализированных ответов [8].
Во многих случаях обратная связь положительно влияет на деятельность
оператора-диспетчера.
Однако
увеличение
оператора-диспетчера,
вызванное
эффективности
воздействием
ОС,
деятельности
особенно
часто
проявляется при выполнении психомоторных (например, связанных со
слежением – взятие пачки лесоматериалов из штабеля) и относительно простых
задач, а также в ситуации обучения (адаптации) оператора-диспетчера.
Попытки внедрить обратную связь в сферу реальных задач могут привести к
противоречивым результатам. Более того, измерение эффективности ОС часто
83
бывает специфичным для определенной задачи и измеряемого параметра
эффективности деятельности оператора [13].
4.4. Временные факторы – временные интервалы ОС
При исследовании временных влияний на обратную связь необходимо
различать: 1) интервал времени, предшествующий ОС (между предыдущим
ответом и ОС на данный ответ), и 2) интервал времени, следующий за ОС
(между поступлением информации по ОС и предъявлением следующего
стимула).
В обоих случаях на основе теории подкрепления [15] можно
гипотетически предположить, что чем продолжительнее интервал времени ОС,
тем менее эффективна деятельность человека-оператора, человека-диспетчера.
К тому же временной интервал, предшествующий ОС, влияет на
поощрение предыдущего ответа оператора-диспетчера, а интервал, следующий
за ОС, оказывает предупреждающее воздействие на следующий ответ
оператора-диспетчера.
Исследователь должен стремиться к тому, чтобы ОС в разумных пределах
включалась
как
можно
быстрее
(минимальный
временной
интервал,
предшествующий обратной связи, хотя и не обязательно минимальный
интервал, следующий за обратной связью). Поскольку высокая скорость не
всегда достижима, естественно
возникает
вопрос, зависят
ли
весьма
значительные потери в процессе обучения (адаптации) оператора-диспетчера от
временных интервалов ОС. Вместе с этим оператор-диспетчер ограничен в
своих действиях характером ситуации и задачи, которые в значительной мере
определяют границы его возможностей манипулировать с интервалами
обратной связи.
Очевидно, интервалы предшествующей ОС оказывают небольшое
влияние на количество ошибок оператора; интервалы последующей ОС
оказывают определенное влияние, но его весьма трудно интерпретировать. Чем
84
продолжительнее интервал последующей обратной связи, тем кажется выше
эффективность деятельности оператора-диспетчера. Это может означать, что
испытуемые (например, оператор СДПУ) используют интервал последующей
обратной связи для повторения, запоминания или усвоения информации,
которую они получили по ОС [22].
4.5. Частота и объем обратной связи
Во многих эргатических системах АУ процессами лесопромышленного
производства обратная связь не вводится в действие после каждого ответа
оператора-диспетчера или появления данных на выходе самой системы, так как
объем ОС тоже может варьироваться. Эти обстоятельства, по нашему мнению,
требуют рассмотрения (анализа или даже глубокого исследования) двух
вопросов: 1) Какова минимальная частота и объем ОС, которыми должен
располагать оператор той или иной системы управления? 2) Каково влияние
уменьшения частоты ОС и ее объема ниже минимально допустимых значений
на непосредственные результаты работы оператора-диспетчера или самой
эргатической системы АУ?
Безусловно, ответы на поставленные вопросы исследователь может
получить в зависимости от конкретной ситуации функционирования системы.
Объем обратной связи для специфического конкретного действия может
зависеть от количества параметров, характеризующих само действие. Поэтому
всякая количественная оценка, рекомендуемая различными методиками
[40…48], может оказаться совершенно неприменимой для определенной
конкретной задачи.
Как для частоты, так и для объема обратной связи в эргатических
системах АУ существенным фактором является характер ответных реакций
оператора-диспетчера, для которых стремятся установить эту ОС.
При этом следует сделать вывод, что наличие обратной связи, какой бы
ни была частота ее, все-таки эффективнее, чем отсутствие этой ОС. О влиянии
85
объема
обратной
диспетчеров
связи
на
практически
эффективность
не
существует
деятельности
достоверных
операторовлитературных
источников, к тому же результаты исследований в этой области весьма
противоречивы [40…48]. Однако проведенными исследованиями [23, 24, 26]
подтверждается то, что объем ОС может оказывать значительное влияние на
эффективность функциональной деятельности оператора-диспетчера, но лишь в
том случае, когда оператор-диспетчер может использовать увеличивающийся
объем предъявляемой информаций с помощью ОС.
4.6. Специфичность обратной связи
Опираясь на выполненные исследования, логично предположить, что чем
специфичней информация, обеспечиваемая обратной связью, тем выше
эффективность
функциональной
деятельности
оператора-диспетчера
эргатической системы АУ. Степень специфичности ОС, естественно, имеет
существенное значение как для создателя (проектировщика), так и для
исследователя
эргатической
системы.
Безусловно,
чтобы
эффективно
использовать обратную связь, оператор должен уметь различать разные
категории содержащейся в ней информации. Как указано в источнике [48],
повышение специфичности ОС включает два компонента: один компонент
связан с направлением и устанавливает связь между ответом испытуемого
(оператора) и желательным точным ответом, который должен быть в системе,
другой касается количества различных ответов, возможных (доступных) для
испытуемого (оператора). Повышение специфичности, связанное со вторым
компонентом, не всегда приводит к росту эффективности [49, 50] и может в
действительности даже снижать эффективность из-за путаницы, вызываемой
излишней детализацией. Очевидно, должна существовать весьма обоснованная
целесообразность в использовании более широкого диапазона категорий знания
результатов, чем возможный набор ответов испытуемого оператора-диспетчера.
86
В
проведенных
исследованиях
по
созданию
различного
типа
эргатических систем АУ лесопромышленным производством [23…24, 27…33]
по данной проблеме ставился довольно-таки значимый вопрос о том, приводит
ли повышение специфичности ОС к росту ее эффективности. Безусловно, более
критические вопросы, касающиеся степени специфичности ОС, а также того, в
каких случаях необходима предельно специфическая ОС, могут быть решены
лишь при анализе специфических требований данной задачи, поставленной для
конкретной эргатической системы АУ. При этом следует иметь в виду различие
между
специфичностью
обратной
специфичность
заключается
(представлении)
ее
на
в
части.
связи
и
получении
Объем
ее
объемом.
информации
представляет
собой
А
именно:
и
делении
увеличение
информации за счет дополнительных сведений. Это различие необходимо
принимать во внимание при создании новых эргатических систем АУ. Хотя в
реальных
условиях
затруднительно
лесопромышленного
различать
данные
производства
переменные
часто
величины,
бывает
поскольку
раздробление информации на более детальные категории может показаться
увеличением объема информации. Однако эффективность деятельности
оператора-диспетчера растет по мере увеличения специфичности информации,
обеспечиваемой обратной связью, до тех пор, пока оператор-диспетчер
испытывает необходимость в более детализированной информации и в
состоянии ее (эту информацию) использовать в своей деятельности. Но, как
было подтверждено исследованиями [32, 33], этот эффект, как правило,
частично зависит от трудности задачи и от квалификации (опытности)
оператора-диспетчера.
4.7. Точность обратной связи
В
процессе
функциональной
деятельности
оператора-диспетчера
эргатических систем АУ лесопромышленным производством большое значение
имеет точность обратной связи в этих системах.
87
Точность ОС включает в себя два основных компонента: достоверность
сообщения, получаемого по этой ОС, и его интерпретацию человекомоператором-диспетчером эргатической системы. В ситуации подготовки
(адаптации) оператора-диспетчера обратная связь должна точно отражать
состояние эргатической системы, но интерпретация информации оператором
(т.е. признаков нарушений – ошибок в его функционировании) может быть
неточной (ошибочной). В высокодетерминированной ситуации обратная связь
последствий ответов, например, сообщения диспетчеров производственных
подразделений, может лишь частично информировать о том, что
в
действительности произошло вследствие действия, вызвавшего обратную связь.
При
этом
предъявление
производственного
участка
обратной
главному
связи
(например,
диспетчеру
СЦДУ)
диспетчером
может
быть
ошибочным и основной оператор (главный диспетчер) может не понять ее (ОС)
значения. Ошибочная интерпретация обратной связи оператором-диспетчером
в реальных условиях производственного процесса может быть следствием и
разных других причин.
Значительная часть информации, предъявляемой по ОС, может быть
неразличимой из-за характеристик ее (ОС) стимулов.
Например, трудность может заключаться в отличии информации
обратной связи и шумовых сигналов, если та и другая тесно связаны друг с
другом,
что
наиболее
характерно
для
открытого
лесопромышленного
производства (лесной склад).
Входные характеристики (нагрузки), описанные в разделе 1, оказывают
существенное влияние на способность оператора-диспетчера анализировать
стимулы обратной связи.
Для того чтобы информация обратной связи о результатах действия
какой-то
эргатической
системы
АУ
(ГДПУ),
касающихся
состояния
окружающей среды (территория нижнего склада, занятой штабелями круглых
лесоматериалов),
не
оказалась
противоречивой
или
непредсказуемой,
88
необходимо, чтобы данная эргатическая система полностью контролировала
все изменения, происходящие во внешней (окружающей) среде, и располагала
всеми необходимыми техническими средствами ее контроля.
Обратная связь в эргатических системах АУ лесопромышленного
производства может быть задержанная или неполная. Так, иногда передача
информации по ОС задерживается настолько, что оператору-диспетчеру бывает
очень трудно идентифицировать действия, обуславливающие эту обратную
связь.
Следовательно, в вероятностной ситуации, в соответствии с которой
оператор вырабатывает свой ответ на основе большого числа последовательных
входных сигналов, обратная связь может включаться на таких низких частотах
или
с
таким
нерегулярным
интервалом
(перерывом),
что
появится
определенная трудность в соотношении обратной связи с вызвавшим ее (ОС)
действием.
В таком случае, возможно, лишь часть информации, содержащейся на
входе обратной связи, может дойти до воспринимающего ее (ОС) операторадиспетчера. В то же время информация может быть не очень специфична или
связана с относительно несущественными или даже нерелевантными аспектами
реальной ситуации.
Проблема точности обратной связи весьма часто возникает и особенно
важна в условиях недетерминированной эргатической системы (ГДПУ).
Точность обратной связи может также стать трудноразрешимой проблемой в
многооператорных эргатических системах (СИОДУ), если ОС, предъявляемая
на основе командного ответа, не относится к деятельности самого операторадиспетчера (главного диспетчера, например) как таковой.
Проблемы интерпретации, противоречивости и неполноты данных
значительно
реже
возникают
в
условиях
высокоструктурированных
эргатических систем (таких как, например, полуавтоматическая линия
сортировки круглых лесоматериалов), поскольку последние обычно содержат
89
намного меньше параметров обратной связи, а связь между ОС и
обуславливающим ее возникновение действием понять сравнительно легко.
Проблемы
точности
структурированных
связи,
возникающие
эргатических
систем,
обычно
характером
подсистемы
недетерминированным
обратной
(например,
в
условиях
связаны
с
неисправное
функционирование в подсистеме контроля достижения грузовой тележкой
крана заданной точки-ГДПУ).
Попытки исследователя создать (спроектировать) вполне надежную
обратную связь могут оказаться неудачными по двум причинам: 1) или
вследствие того, что неточно были определены типы передаваемой по ОС
информации и ее назначение; 2) или из-за трудностей предъявления
информации в сложных эргатических системах (СИОДУ), описывающей все
релевантные
изменения
в
подсистемах
(диспетчерских
пунктах
производственных подразделений) и в самой эргатической системе.
Проведенными исследованиями созданных эргатических систем АУ
механизмами
и
процессами
лесопромышленного
производства
было
установлено, что эффективность деятельности оператора-диспетчера связана
обратной зависимостью с объемом дезинформации, предъявляемой обратной
связью.
Адекватность, с которой операторы могут отфильтровывать неточную
ОС, является убывающей функцией от объема передаваемой по обратной связи
неточной информации в процентах.
Знание того, что по обратной связи предъявляется и некорректная
информация,
помогает
оператору-диспетчеру
действовать
с
большей
точностью. Обратная связь количественного характера, даже если она
сопровождается
ошибками
(неточностями),
эффективнее
безошибочной
качественной (неспецифической) обратной связи.
Дезинформация, возникающая при трансформации данных обратной
связи, не снижает эффективность функциональной деятельности оператора-
90
диспетчера, так же как и сама обратная связь, «правдивость» которой широко
варьируется.
4.8. Средство предъявления обратной связи
Обратная связь в рассматриваемых здесь эргатических системах АУ
лесопромышленного производства может предъявляться визуально, в звуковой
форме, с помощью радио и телевидения, путем прямой коммуникации и в
текстуальном виде. В то же время обратную связь в таких системах можно,
безусловно, предъявлять еще и тактильным, кинестетическим способами или
даже через органы обоняния. Был проведен ряд исследований по анализу этих
возможностей
(например,
[51]),
предъявления
ОС
лишь
носят
однако
столь
экзотические
экспериментальный
характер
средства
и
редко
применяются в реально действующих операционных (эргатических) системах.
Большей частью в сложных эргатических системах обратная связь
предъявляется визуально или вербально, хотя довольно широко применяется и
текстуальная форма [8, 17].
Если в создаваемой эргатической системе управления существует
возможность
выбора
одного
из
названных
путей
предъявления
ОС,
естественно, возникает вопрос: какой способ (путь) гарантирует наибольшую
эффективность функциональной деятельности человека-оператора, человекадиспетчера?
При подходе к ознакомлению с этим вопросом следует обратиться к
результатам анализа, выполненного в разделе 3, где утверждалось, что
вербальная коммуникация менее эффективна в эргатических системах АУ
лесопромышленного производства, чем визуальная.
Однако у создателя (проектировщика) любой эргатической системы
управления нет полной свободы выбора того или иного способа предъявления
ОС, который, независимо от его желания, часто обуславливается другими
факторами проектируемой системы. Например, если информацию ОС
91
необходимо передавать на значительное расстояние, что характерно для
названных эргатических систем АУ в самом начале данного раздела, то ее
нельзя предъявлять непосредственным вербальным способом, хотя в этом
случае вполне приемлема и применима, например, телефонная или радиосвязь
[52, 53]. Если передаваемая по обратной связи информация изменяется по
нескольким параметрам, то, скорее всего, ее (ОС) придется кодировать и
передавать визуальным способом, поскольку в звуковой обратной связи можно
использовать сравнительно небольшое количество переменных параметров.
Вместе со всеми рассмотренными функциями обратной связи следует
также учитывать и ее особую функцию, которая особенно характерна для
рассматриваемых эргатических систем. Например, прямую вербальную
обратную связь можно считать эффективнее в мотивационном отношении, чем
ОС, предъявляемую автоматически, поскольку предполагается, что присутствие
человека (оператора), что характерно для всех эргатичесикх систем управления,
само по себе должно в большей степени мотивировать другого человека, чем
мнемосхема (табло). Например, в СИОДУ информация, получаемая от
диспетчера какого-либо производственного подразделения, в значительно
большей степени мотивирует принятие решения главным диспетчером этой
системы.
Безусловно, применение прямой вертикальной обратной связи в целях
мотивации почти всегда имеет второстепенное значение по сравнению с
информационными целями. При этом следует помнить, что каждый способ
предъявления обратной связи может быть оптимальным для определенного
типа поставленной задачи. В то же время в таком случае изучение вопроса о
способе предъявления обратной связи, если оно проводится на материале
только одной задачи, может привести к ошибочным выводам.
Для более детального изучения какой-то определенной наиболее важной
переменной величины обычно использовалась задача бдительности, в которой
эффективность способа предъявления обратной связи в значительной мере
92
зависела от используемой методики измерения (определения) эффективности.
При совершенствовании эргатических систем автоматизированного управления
процессами
лесопромышленного
производства
этому
вопросу
должно
уделяться особое внимание [48], так как прямое предъявление обратной связи
оператором-диспетчером может повышать эффективность его функциональной
деятельности значительно больше, чем автоматическое предъявление ее (ОС).
4.9. Уровень источника обратной связи
В первых разделах данной работы при определении типа эргатических
систем в лесопромышленном производстве было дано четкое понятие
многооператорных (различные виды оперативно-диспетчерского управления) и
однооператорных эргатических систем автоматизированного управления.
Теперь мы видим, что в многооператорной эргатической системе
обратная связь является значительно более сложной, чем ОС в эргатической
системе с одним оператором.
В последнем случае обычно существует два типа параметров обратной
связи. Это прежде всего параметры, характеризующие функциональную
деятельность самого оператора, и параметры, характеризующие выходные
данные самой системы. В многооператорной системе ОС может описывать
деятельность на различных уровнях, а именно с позиций: а) основного
оператора (например, старшего диспетчера), б) его товарищей по команде
(диспетчеров производственных участков и подразделений), в) подсистем,
отличных от тех, в которых действует основной оператор (например, оператор
системы
автоматизированной
сортировки
круглых
лесоматериалов),
и
г) эргатической системы в целом. В связи с этим обратная связь в
многооператорной эргатической системе может позволить оператору оценивать
свою деятельность по критериям, специфичным именно для его работы, и в
отношении к деятельности других членов команды, функционированию
подсистем и эргатической системы в целом.
93
Бесспорно, обратная связь особенно необходима, когда она устанавливает
связь с ответами самого оператора или с выполнением основной задачи, и в
меньшей степени, когда она описывает более высокий уровень деятельности,
по отношению к которому деятельность самого оператора является лишь
составной частью. Такая ОС в специальной технической литературе получила
название «смешанной», поскольку она отражает общий вклад разных
операторов или выступает как обратная связь более высокого порядка.
Такая ОС обычно бывает совершенно достоверной и включается в
эргатическую систему ради специфических, вероятно, очень необходимых
целей.
В
процессе
создания
лесопромышленного
эргатических
производства
систем
необходимо
АУ
процессами
стараться
обеспечить
минимальный объем ОС, необходимый для функционирования эргатической
системы на заданном уровне. Более того, все усилия прилагаются к тому, чтобы
обеспечить отдельные рабочие места различных операторов теми видами ОС,
которые необходимы каждому конкретному оператору.
При этом необходимо иметь в виду, что ОС высокого порядка
(смешанная) может давать и дезинформирующие сигналы, поскольку ее
взаимосвязь с ответными реакциями операторов носит иногда скрытый
характер. Так как командная, подсистемная и системная ОС лишь частично
релевантны деятельности самого оператора, то в результате проведения
организационных
мероприятий,
направленных
на
регулирование
его
деятельности, можно ожидать некоторой потери эффективности в его работе.
В то же время, чем сложнее многооператорная эргатическая система, тем
меньше влияния оказывает деятельность любого отдельного оператора на
общий результат работы самой системы. Безусловно, за исключением тех
случаев, когда оператор (например, в нашем случае, старший диспетчер
ЦДУПП) занимает ключевую позицию в эргатической системе.
94
Эффективность ОС для деятельности оператора может уменьшаться по
мере сложности системы.
Возможно, что чем дальше расположен оператор от источника ОС,
которую он получает, тем меньше ее влияние. Из этого логично сделать вывод
относительно того, что ОС, описывающая другие подсистемы или более
высокий уровень функционирования эргатической системы, может сбивать
оператора с толку, поскольку он интерпретирует ОС в первую очередь
относительно
собственной
деятельности.
Следовательно,
эффективность
функциональной деятельности оператора в значительной степени зависит от
уровня источника ОС. При этом влияние ОС тем заметнее, чем ближе ее
источник к оператору [40, 41, 46].
Выполненными исследованиями [16, 22] было четко установлено, что,
хотя определенная часть ОС для операций, выполняемых эргатической
системой, безусловно необходима (например, предупреждение об опасности,
информация о состоянии приборов на пульте управления и т.п.), наладчик
(системотехник) все-таки в определенной степени может контролировать объем
и тип ОС, которую он обеспечивает с помощью устройств отображения
информации, характеризующей состояние эргатической системы. Вместе с
этим было установлено, что оператор в командных задачах обучается быстрее и
достигает более высокого уровня эффективности, когда передача по ОС
обеспечивается напрямую с ним, т.е. в тех случаях, когда ОС имеет
индивидуальный специфический характер и если одному из операторов
команды невозможно компенсировать ошибки товарищей.
Таким образом, в процессе исследования функциональной деятельности
оператора эргатической системы АУ могут быть поставлены три насущных
вопроса: 1. Как различные типы ОС влияют на деятельность оператора и
эргатической системы в целом в многооператорных системах? 2. Насколько
эффективно ОС влияет на деятельность отдельного оператора в зависимости от
95
уровня ее источника? 3. Каким образом можно определить необходимый объем
ОС всех видов в соответствии с требованиями эргатической системы?
4.10. Мотивационная обратная связь
В начале этого раздела отмечалось, что обратная связь в эргатических
системах автоматизированного управления лесопромышленных производств
может
выполнять
мотивационную
функцию,
т.е.
ОС
может
быть
мотивационной. Вместе с этим мотивационную ОС можно представить как ОС,
обладающую
в
очень
малой
степени
либо
вовсе
не
обладающую
инструктивными свойствами. Например, обратная связь, которая не дает
человеку-оператору информацию ни о характере ошибок, ни об их месте
возникновения, а также не ориентирует его (оператора) относительно того, как
эти ошибки можно устранить. В качестве примеров мотивационной ОС в
созданных эргатических системах АУ процессами лесопромышленного
производства можно привести знание общих результатов выполнения задачи
управления, суммирующих результат отдельных сеансов функционирования
ОС, касающихся выполнения простой (составляющей) психомоторной задачи
другими операторами команды (это характерно для централизованного
управления технологическими процессами лесных складов – ЦУТПЛС и
централизованно диспетчерские управления производственным процессом –
ЦДУПП). Поскольку чисто в мотивационной ОС не хватает инструктивной
особенности, ее можно считать менее адекватной, чем информационную ОС.
Существует мнение [26, 47] относительно того, что если в ОС не хватает
информационной ценности, то оператор все равно может использовать ее для
целей
своей
деятельности.
Если
оператор
интерпретирует
данные,
обеспечивающие ОС, как свидетельство неадекватности своей деятельности,
ему необходимо скорректировать ранее поставленную цель таким образом,
чтобы эффективность его деятельности была повышена. Если же оператор
интерпретирует ОС как свидетельство адекватности своей деятельности, то он
96
будет стараться сохранить свой уровень усилий или стараться снизить его. По
всей вероятности, можно сказать, что мотивационная ОС эффективна лишь для
решения хорошо заученных или очень простых задач, при выполнении им
(оператором) которых важнее количество, а не качество.
Вопрос о состоянии мотивационной и информационной ОС неоднократно
и большим числом исследователей изучался [8, 17] в экспериментальных
условиях, в которых ОС в очень малой степени обладала директивными
качествами или вовсе не обладала ими. В ходе проводимых экспериментов
обычно
фиксировалось,
повышению
при
эффективности
каких
обстоятельствах
функциональной
ОС
способствует
деятельности
операторов.
Выполненные исследования [23, 24, 32] позволяют сделать вывод, что ОС в
эргатических системах АУ обладает и мотивационными, и инструктивными
функциями. Какая именно из этих функций активизируется, зависит от
ситуации, с которой сталкивается оператор системы. Так, мотивационные
факторы ОС могут оказаться эффективными в таких эргатических системах,
выходные данные которых не фиксируются, и оператор может повышать
эффективность своей деятельности. В том случае, если улучшение результатов
благодаря
повышению
эффективности
деятельности
оператора
не
представляется возможным (например, при выполнении операции на пульте
управления
ГДПУ),
мотивационный
фактор
ОС
может
остаться
нереализованным. Если оператор эргатической системы в процессе своей
деятельности может извлекать из ОС инструктивные данные, то он будет это
обязательно делать, а если не может, то он будет использовать лишь
мотивационные факторы ОС.
Весьма
существенным
представляется
определение
условий,
позволяющих ОС оказывать положительное влияние на функциональную
деятельность
оператора
благодаря
предоставленной
ему
возможности
извлекать из ОС необходимую информацию или благодаря конкретизации цели
управления на основе обратной связи.
97
С точки зрения экспериментаторов (системотехника), значительно легче
использовать
информационные
свойства
ОС,
поскольку
их
удобнее
модифицировать, чем мотивацию самого оператора.
Один из основных эффектов ОС эргатических систем АУ заключается в
том, что она заставляет человека-оператора корректировать свои цели (задачи),
что, в свою очередь, вызывает повышение эффективности его функциональной
деятельности.
Однако корректирование целей требует, чтобы ОС в эргатической
системе
была
осмыслена
и
использовалась
как
основа
для
такого
корректирования. В то же время побудительные мотивы во взаимодействии с
информационной
ОС
в
отдельных
случаях
повышают
эффективность
функциональной деятельности оператора системы, но влияние побудительных
мотивов самих по себе незначительно и преходяще.
4.11. Усиленная обратная связь
Обучение
человека-оператора
эргатических
систем
АУ
лесопромышленных производств состоит в последовательном предъявлении
ему задач данного эргатического процесса, в результате многократного
решения которых приобретаются навыки по дозированным воздействиям на
объект управления (например, в системе ГДПУ на консольно-козловой или
башенный кран). Обучение операторов эргатических систем существенно
отличается от обучения автоматов тем, что человек-оператор принципиально
неспособен к детерминированному воспроизведению действий. По мере
приобретения навыка его (оператора) действия характеризуются некоторой
степенью статистической устойчивости, иногда неправильно называемой
стереотипным поведением.
Обычно принято различать три ступени процесса обучения (подготовки)
оператора эргатической системы АУ:
98
а) ступень первоначальной «приработки» человека к режиму работы в
составе данной системы, при которой формируется структура его (оператора)
деятельности; б) ступень «обработки» параметров структуры – другими
словами, оператор уже знает, что и в какой последовательности следует делать,
но действия его еще недостаточно точны и своевременны; в) ступень
статистически стабильного уровня характеристик самого эргатического
процесса, т.е. оператор эргатической системы АУ претерпевает уже состояние
как бы полной обученности (подготовки).
Безусловно, обратная связь при обучении (подготовке) оператора
эргатической системы АУ имеет особое значение. При этом ОС в учебной
ситуации носит характер внешней (усиленной) обратной связи, т.е. она
предъявляется
кандидатуре
будущего
инструктором
(создателем
системы)
оператора
или
эргатической
специальным
системы
компьютерным
обучающим устройством. Особенностью усиленной ОС является то, что она
дает точную оценку работы оператора или самой эргатической системы, а
также сравнительную оценку результатов функциональной деятельности
оператора и требований, предъявляемых к самой эргатической системе.
Таким образом, усиленной ОС обычно считается обратная связь,
используемая в целях обучения, поскольку именно в этой ситуации такой тип
ОС играет наиболее значительную роль. Однако следует отметить, что многие
операции эргатических систем, не включающие в себя ситуацию обучения
(подготовки) оператора, используют усиленную ОС в форме табло (например,
табло пульта управления ГДПУ), информирующего о состоянии самой
эргатической системы.
Обратная связь, информирующая о состоянии эргатической системы,
описанная в начале этого раздела, обладает свойствами как внутренней, так и
усиленной ОС. Так например, специальный прибор (ваттметр), с помощью
которого на табло пульта управления ГДПУ предъявляется информация о
мощности потребляемой аппаратурой эргатической системы АУ, тоже
99
представляет собой форму (определенный вид) усиленной ОС. Это объясняется
тем, что эргатическая система может функционировать, хотя, возможно, и
менее эффективно, без упомянутого здесь прибора (ваттметра), а также потому,
что этот прибор и обеспечиваемая им информация недостаточны оператору без
специально предусмотренных условий работы аппаратуры системы. Если ОС,
информирующая о состоянии эргатической системы, запроектирована заранее,
она должна быть присуща всем операциям, выполняемым системой, и ее можно
считать внутренней ОС на системном уровне. Внутренняя ОС, которая
органически
присуща
предшествующему
ей
действию
или
ситуации
выполнения задачи в целом, не включает в себя точной оценки. В таком случае
предполагается, что оператор эргатической системы оценивает ее деятельность
неосознанно. Безусловно, точка зрения, согласно которой внутренняя ОС
существует, является лишь предположением, основанным на предположении
относительно возможности обучения оператора без внешней ОС. Всякая
обратная связь, включая и усиленную ОС, представляет собой, безусловно,
лишь некую теоретическую конструкцию, т.е. можно наблюдать стимулы ОС и
регистрировать ее результаты, но сама по себе ОС невидима.
В действительности можно говорить о двух фазах ОС, перекрывающих
друг друга, которые, наоборот, в аналитических целях следует искусственно
разделять. Так, на первой фазе оператор изучает новую задачу, и, безусловно,
усиленная ОС обеспечивает помощь в этом обучении. Формальное обучение
оператора завершается на второй фазе, и ОС тогда уже выполняет функцию
регулирования функциональной деятельности оператора эргатической системы.
При этом следует отметить, что во время обучения оператора сигналы
внутренней ОС сосуществуют с сигналами внешней ОС. И если оператор не
пользуется внутренней ОС, то, вероятно, это происходит из-за того, что он еще
не научился ею пользоваться. Поэтому в этом случае он (оператор) вынужден
полагаться на более очевидное (желательное) усилие ОС. И, безусловно, после
100
того как оператор изучил свою задачу, внешняя ОС ему больше не нужна, и
тогда ее можно заменить внутренней ОС.
Системная обратная связь (устройства отображения информации,
сообщающие оператору о состоянии эргатической системы и объектов, ею
обслуживаемых) в многооператорных эргатических системах (например,
СИОДУ) дополняет другие внутренние сигналы, доступные оператору
(старшему диспетчеру).
В то время как индивидуальная внутренняя ОС регулирует лишь
функциональную деятельность оператора, системная ОС регулирует как его
деятельность,
так
и
функционирование
самой
эргатической
системы.
Поскольку, как правило, системная ОС включается в любую эргатическую
систему АУ целенаправленно, то ее интенсивность можно поднять до самых
высоких уровней и она не может быть устранена.
Влияние усиленной ОС на обучение оператора почти всегда носит
положительный характер.
Однако до настоящего времени неясно, целесообразно ли устранять
усиленную ОС при переходе оператора от обучения к выполнению
операционных ситуаций. До сих пор бытуют два мнения: первое –
эффективность функциональной деятельности оператора эргатической системы
снижается, если при выполнении задачи по слежению устраняется усиленная
обратная связь, и второе – наоборот, эффективность функциональной
деятельности оператора несколько повышается при устранении усиленной ОС.
И если после устранения усиленной ОС наблюдается ухудшение результатов
функциональной деятельности оператора и самой эргатической системы, то это
частично связано, скорее всего, с мотивационным влиянием ОС.
4.12. Установочные факторы обратной связи
Проведенные исследования [23, 24, 32] дают возможность предположить,
что характеристики личности (оператора) и установочные факторы влияют на
101
эффективность обратной связи. Поскольку ОС всегда в конечном итоге
поступает к оператору, его способность принимать и интерпретировать ее
отчасти определяет последствия ОС.
В связи с этим гипотетически можно также предположить, что чем слабее
стимулы ОС, тем большую роль играют установочные факторы. Точно так же в
недетерминированных
эргатических
системах
и
при
выполнении
недетерминированных задач, где вероятность правильности любого данного
ответа не очень велика, установочные факторы оказывают большое влияние на
выбор ответа оператором.
С другой стороны, характер предъявляемой ОС в ситуации с любой
группой операторов (диспетчеров ЦДУПП) должен оказывать влияние на
социальные характеристики этой ситуации (как чувствует себя старший
диспетчер в своей команде, как чувствует себя команда – диспетчеры всех
подразделений и т.д.). Если названные обстоятельства представляются
слишком утонченными, то происходит это оттого, что установочным факторам
по их природе свойственна особая тонкость. Так как любая сложная
эргатическая система является отчасти социальной ситуацией, то как таковая
находится под влиянием установочных факторов. Возможно, это более
характерно для недетерминированных, чем детерминированных эргатических
систем, хотя недостаточный объем данных в этом направлении заставляет
говорить об этом лишь предположительно. По всей вероятности, влияние
установочных
факторов
ориентированных
на
не
столь
основную
велико,
задачу,
таких
как
как
влияние
факторов,
требования
самой
эргатической системы или сами операционные процессы, выполняемые ею.
Вполне естественно, что интерес специалиста, исследующего человеческие
факторы эргатических систем, к этой проблеме носит чисто прагматический
характер. По всей вероятности, установочные факторы, не ориентированные на
выполнение основной задачи (задания), отвлекают усилия оператора, поэтому
обычно стремятся снизить их влияние. Но при этом прежде всего необходимо
102
понять, как установочные факторы влияют на обратную связь в эргатической
системе. Вполне очевидно, что ОС может влиять на установки оператора и его
восприятие рабочей ситуации, в которой он (оператор) функционирует.
Одна из проблем, возникающих при разработке нового оборудования
(системы автоматизированного управления), как было выявлено в процессе
производственных испытаний, заключается в отыскании способа воздействия
(убеждения) на потребителей (ответственных работников лесопромышленных
предприятий) с тем, чтобы они приняли это новое оборудование. Обратную
связь в таком случае необходимо использовать для того, чтобы изменить
отношение (убедить в необходимости) прежде всего операторов, а также
потребителей к использованию нового оборудования (например какого-то узла,
блока аппаратуры эргатической системы АУ).
4.13. Общие выводы и рекомендации по обратной связи в ЭСАУ
процессами лесопромышленного производства:
– эффективность функциональной деятельности оператора-диспетчера
повышается по мере того, как ОС становится более специфичной, в том случае,
если
дополнительная
специфичность
ОС
релевантна
основной
задаче
эргатической системы АУ и необходима оператору для выполнения этой
задачи;
– эффективность функциональной деятельности оператора (диспетчера) в
значительной степени варьируется в зависимости от уровня источника ОС.
Обратная связь эффективнее, если она характеризует конкретные результаты
деятельности (работы) оператора, чем в тех случаях, когда она характеризует
результаты деятельности операторов на более удаленных уровнях эргатической
системы;
– эффективность функциональной деятельности оператора (диспетчера)
повышается по мере
увеличения ОС до тех пор, пока: а) обратная связь
релевантна основной задаче эргатической системы; б) оператор нуждается в
103
дополнительной информации для выполнения своей основной задачи и
в) оператор
может
различать
категории
поступающей
информации,
включенные в ОС;
– качество функциональной деятельности оператора-диспетчера обычно
находится
в
обратной
зависимости
от
количества
предъявляемой
дезинформации, однако неточная ОС все-таки значительно лучше, чем ее (ОС)
полное отсутствие. Негативный эффект дезинформации можно уменьшить,
информируя оператора о том, что он получает неточную ОС. И, безусловно,
дезинформация, причиной которой является трансформация данных ОС, не в
такой
степени
снижает
эффективность
функциональной
деятельности
оператора, как грубая и неточная ОС;
– наличие любой обратной связи значительно эффективнее, чем ее (ОС)
отсутствие. При этом в процессе работы эргатической системы в простых
ситуациях частота предъявления ОС не должна быть очень большой, для того
чтобы оператор-диспетчер смог эффективно пользоваться ею (ОС);
– общий эффект ОС заключается в повышении эффективности
деятельности оператора-диспетчера как в процессе обучения (подготовки), так
и при функционировании эргатической системы;
– чем длительнее интервал между ОС и предъявлением следующего
стимула, тем выше ее (ОС) эффективность, поскольку благодаря такой
задержке для оператора (диспетчера) создается возможность более глубокого
изучения ОС;
– вербальная ОС эффективнее, чем обратная связь, предъявляемая
автоматически, возможно, из-за того, что в прямом контакте между
испытуемым (например, оператор в процессе адаптации) и экспериментатором
заложено мотивационное начало;
– звуковая обратная связь эффективнее, чем ОС, предъявляемая
посредством визуальных устройств отображения информации (например, на
104
панели пульта управления ГДПУ), потому что первая требует значительно
большего внимания оператора;
–
прямая
обратная
связь,
которая
предъявляет
информацию
о
последствиях функциональной деятельности оператора-диспетчера, почти
всегда эффективнее смешанной ОС, информирующей о результате работы
команды (например, в ЦДУПП информация о работе диспетчеров всех
подразделений
предприятия).
Вместе
с
этим,
вполне
понятно,
что
использование командной обратной связи значительно эффективнее, чем
отсутствие какой бы то ни было ОС. Командная ОС влияет на эффективность
деятельности индивида (например, старшего диспетчера ЦДУПП) настолько,
насколько точно она (ОС) характеризует его деятельность;
– обратная связь обладает как мотивационными (стимулирование,
определение цели и выбор критериев), так и директивными свойствами. Однако
из этих влияний ОС заключается в том, что она заставляет оператора
(диспетчера) корректировать цели своей деятельности, что, в свою очередь,
может привести к повышению эффективности его (оператора) функциональной
деятельности;
– усиленная обратная связь почти всегда эффективна при обучении
оператора-диспетчера, т.е. в процессе его адаптации. Однако применение
исключительно сложной (усиленной) ОС может привести к перегрузке
оператора, т.е. к снижению эффективности его функциональной деятельности;
– в процессе выполненных исследований было выяснено, что в
определенных ситуационных обстоятельствах сигнализация может оказаться
столь же или еще более эффективным средством при обучении (подготовке)
оператора, чем применение обратной связи;
– социальные и установочные факторы могут влиять на эффективность
ОС и в свою очередь находиться под влиянием ее (ОС) характеристик;
–
вероятно,
обратная
связь
в
эргатических
системах
АУ
лесопромышленным производством оказывает существенное влияние на
105
удовлетворенность оператора-диспетчера своей работой и его восприятие
нормального функционирования самой эргатической системы;
– денежные вознаграждения весьма эффективно взаимодействуют с
информационной
обратной
связью
в
повышении
эффективности
функциональной деятельности оператора-диспетчера любой эргатической
системы АУ лесопромышленным производством.
Таким
образом,
автоматизированного
обратная
управления
связь
в
эргатических
процессами
системах
лесопромышленного
производства может служить в качестве руководства, мотивировать и поощрять
человека оператора-диспетчера. Она представляет собой мощный инструмент
при обучении операторов-диспетчеров и при различных операционных
ситуациях. Наличие любой из рассмотренных в данном случае обратных связей
в
эргатических
системах
автоматизированного
управления
лесопромышленного производства всегда лучше, чем ее отсутствие.
процессами
106
5. ОПЕРАТОР – ИНТЕГРИРУЮЩЕЕ ЗВЕНО ЭСАУ ПТУ И ЕГО
ВОЗМОЖНОСТИ
5.1. Основные теоретические положения особенностей человекаоператора, как интегрирующего звена ЭСАУ ПТУ на лесных складах
5.1.1. Особенности и функции человека-оператора как основного звена
системы управления и его модель
Разработка модели человека-оператора как интегрирующего звена
системы автоматизированного управления ПТУ является определяющим
этапом в исследовании качества деятельности и функционального его
состояния. Необходимость создания такой модели, которая правильно и с
достаточной точностью воспроизводила бы деятельность человека в ЭСАУ,
продиктовано в первую очередь практическими соображениями с точки зрения
оптимизации данной системы. То есть такая модель человека-оператора (ч-о)
должна позволить манипулировать с ним таким же образом, как с обычным
техническим звеном, и, благодаря этому, упростить и ускорить создание
автоматизированных
систем
управления,
обладающих
необходимыми
характеристиками, а также решение задачи оптимизации таких систем.
Однако, в отличие от любого технического звена системы управления,
человек-оператор обладает особенностями, которые присущи только ему, как
человеку. А именно, изменение входного сигнала влечет за собой изменение
величин параметров передаточной функции в одних случаях или изменение
структуры функции в других, или, наконец, делает передаточную функцию
совсем непригодной для описания поведения оператора в третьих. Во всех
данных изменениях проявляется, прежде всего, адаптивность человека, из-за
которой его передаточной функцией можно пользоваться только при тех
условиях, при которых она была найдена [32].
Другое
отличие
человека-оператора
связано
со
стохастичностью
управляющих его движений. Известно, что реакция человека-оператора
107
содержит случайную составляющую, которая проявляется также и в том, что в
отличие от любого технического звена системы, в выходной величине его (ч-о)
обнаруживаются частоты, отсутствующие во входном сигнале. Кроме того, в
связи с непостоянством психофизиологического состояния человека, его
динамические параметры претерпевают постоянные изменения. Причем эти
изменения нельзя заранее предвидеть, а следовательно, их следует также
отнести к случайным факторам.
Вместе с названными фундаментальными отличиями человека-оператора
ЭСАУ (адаптивностью и стохастичностью) можно отметить и следующее: при
управлении динамическим объектом, каким является любое ПТУ, человекоператор не ограничивается только зрительной информацией, он использует
слуховую, проприцептивную, осязательную и другие информации своих
органов чувств, а также информацию, хранящуюся в его памяти. Благодаря
памяти, человек-оператор способен прогнозировать, экстраполировать и
входной сигнал, и поведение управляемого динамического объекта, что весьма
важно для нашего конкретного случая, т.е. для ЭСАУ ПТУ. Последняя из
отмеченных особенностей человека-оператора как звена системы управления
связана с прерывистостью, дискретностью как восприятия, так и ответных
управляющих его движений. При этом следует отметить, что способность
человека-оператора
выполнять
непрерывные
плавные
движения
часто
маскирует его особенности как импульсного элемента системы управления.
Таким образом, человек-оператор ЭСАУ ПТУ выполняет управляющие
движения как по замкнутой, так и по разомкнутой схеме и представляет собой
адаптивное,
стохастическое,
прогнозирующее,
импульсное
звено
с
запаздыванием.
Функции человека-оператора ЭСАУ ПТУ весьма разнообразны. Так, он
выступает в роли приемника осведомительной информации, поступающей в
той или иной форме от объекта управления и с территории, обслуживаемой им.
Он может быть также и ретранслятором, передающим информацию от одного
108
звена системы управления к другому. Вместе с этим, он осуществляет анализ
поступающей
информации
и
принимает
необходимые
решения,
т.е.
вырабатывает управляющую, или командную информацию. Кроме того, в
зависимости от технических возможностей системы управления, он может
выполнять функцию программирования работы всей системы или ее частей и
осуществлять наблюдение и контроль за ее работой. И наконец, оператор
может быть непосредственным исполнителем той или иной команды
управления (при дистанционном управлении всеми механизмами ПТУ), т.е.
выполнять действия, непосредственно направленные на преобразование
управляемого объекта. При этом оператор, как правило, совмещает ряд
функций, выполняя их последовательно или одновременно. Причем на разных
этапах процесса управления одним ПТУ или группой одни функции оператора
могут быть доминирующими, а другие – подчиненными, второстепенными.
На
рис.
5.1
представлена
структурная
замкнутая
схема
автоматизированной системы управления одним ПТУ, в которой имеется
специальная аппаратура, обеспечивающая автоматическое выполнение всеми
механизмами ПТУ необходимых запланированных перемещений, заданных
человеком-оператором. В этом случае информация об управляемом ПТУ
(кране), а также об отработке заданной программы специальной аппаратурой
поступает на индикаторы мнемосхемы панели управления, за которыми
наблюдает человек-оператор. Его основными задачами, помимо задач
дистанционного управления всеми механизмами ПТУ, становятся также и
обязанности
по
контролю
за
работой
аппаратуры
программного
(автоматического) управления. При стабильной, нормальной работе этой
аппаратуры ЭСАУ оператор ограничивается в период отработки заданной
программы только пассивным наблюдением за состоянием управляемого
объекта. Однако в те моменты, когда аппаратура программного управления по
каким-либо причинам не справляется с использованием заданной программы,
оператор вынужден активно вмешиваться в процесс управления ПТУ.
109
2
1
3
4
Вход
5
Выход
Рис. 5.1. Структурная замкнутая схема автоматизированной системы
управления ПТУ: 1 – человек-оператор; 2 – пульт управления (органы
управления); 3 – мнемосхема пульта управления (индикатор); 4 – аппаратура
автоматического (программного) управления; 5 – подъемно-транспортное
устройство (кран)
Многообразие свойств человека в любой системе управления является
определяющим фактором существования большого числа и разнообразия
моделей человека-оператора. При этом модели человека-оператора принято
различать по многим признакам. Так, с точки зрения теоретического аппарата
для анализа их действия модели принято делить на линейные и нелинейные. В
некоторых случаях для отражения нестационарности и наличия нелинейностей
у человека-оператора линейные модели называют квазилинейными [27]. Иначе
говоря, у любого технического звена системы управления всегда можно
обнаружить нестационарность и отклонения от линейности. В данном случае
нет необходимости подчеркивать эти особенности человека в названии его
модели.
Другим важным признаком, определяющим технические средства
реализации модели, является ее непрерывность и дискретность. При этом и
110
непрерывные, и дискретные модели могут быть как линейными, так и
нелинейными.
Важным свойством модели, приближающим ее к человеку-оператору,
является
способность
прогнозировать
входной
сигнал,
или
выходную
информацию объекта управления, или и то, и другое. В любом случае модели
хороши, если с ними работать удобнее, чем с реальностью во всей ее
сложности, и если они (модели) эффективны, т.е. если их подбор таков, что
преобразованию
на
модели
соответствует
изоморфное
преобразование
реальности. Таким образом, при разработке модели человека-оператора ЭСАУ
мы сталкиваемся с вопросом о связи анализа
труда с экспериментальным
исследованием.
Использование математических моделей особенно полезно на стадии
постановки экспериментов, когда требуется описать функцию, связывающую
подачу определенного сигнала с соответствующим образом закодированной
ответной реакцией. Или, другими словами, статистическая теория информации
дает возможность экспериментально изучать поведение человека-оператора,
рассматриваемого как канал, способный передавать данную информацию. При
этом человек-оператор как канал функционирует с ограниченной емкостью,
т. е.
количество
переданной
информации
остается
пропорциональным
количеству полученной до известного предела, зависящего от сенсорной
модальности, индивидуальных особенностей, физического состояния и т. д.
Используя
основные
теоретические
положения
моделирования
деятельности человека в различных системах управления [17, 27, 32], модель
человека-оператора ЭСАУ ПТУ в структурном виде можно представить
следующим образом (рис. 5.2). В этой структурной модели человек-оператор
рассматривается
как
звено,
осуществляющее
управляюще-передаточную
функцию между входом и выходом, причем под входом в данном случае
понимается
разница
между
положениями
всех
крановых
механизмов,
находящихся в исходном состоянии, и требуемым, т.е. тем, которое они
111
должны получить в результате его действий, представляющая собой ошибку
рассогласования. Данная модель включается как составная часть в более
обширную систему с замкнутым контуром (рис. 5.1), т.е. в структурную
замкнутую схему ЭСАУ ПТУ. При управлении таким подвижным объектом,
каким является ПТУ лесного склада, человек-оператор постоянно осуществляет
слежение, т.е. выполняет функцию упрощения (умножения на константу). При
этом любому количественно-качественному изменению на входе должно
соответствовать пропорциональное изменение на выходе. Все операции ПТУ
требуют от оператора использования различных функций. Так, при оценке
скорости перемещения механизмов ПТУ оператор использует функцию,
аналогичную дифференцированию, а при экстраполяции их положения в
заданный момент с учетом скорости движения ему придется произвести
функцию, аналогичную интегрированию, и т. д.
Т
Выход
Вход
Т
1
Рис.
5.2.
2
Структурная
3
модель
4
5
человека-оператора
системы
автоматизированного управления ПТУ: 1 – время (время реакции); 2 – усиление
(умножение на константу); 3 – алгебраическое сложение; 4 – отклонение по
времени; 5 – интегрирование
112
Математическая модель человека-оператора ЭСАУ, выполняющего
компенсирующее слежение за непрерывно изменяющимися положениями
механизмов
ПТУ
усилительного,
и
мнемосхемы
инерционного,
пульта
управления
дифференцирующего
и
при
помощи
интегрирующего
звеньев, может быть представлена в форме
.
(5.1)
В данном выражении τ – постоянное запаздывание, которое в
зависимости от вида входного сигнала лежит в пределах 0,12…0,20 с;
постоянная
времени
,
являющаяся
характеристикой
инерционности
нейромускульного механизма, зависит от частотного состава входного сигнала
и динамических свойств объекта управления;
– постоянная времени, за счет
изменения которой в основном происходит адаптация человека к частотным
свойствам сигнала и которая особенно важна при низкочастотном сигнале;
– постоянная времени упреждающего звена, фактически проявляющегося в
передаточной функции, если это необходимо для обеспечения устойчивости
или эффективной отработки низкочастотного сигнала; К – коэффициент
усиления, изменяющийся в широких пределах в зависимости от коэффициента
усиления объекта управления, а также от степени тренировки оператора, т.е.
его адаптации и, наконец,
– управляюще-передаточная функция
человека-оператора.
Кроме коэффициента К в состав управляюще-передаточной функции
человека-оператора может быть включен еще один коэффициент для учета
пороговой величины ошибки, начиная с которого оператор обычно выполняет
управляющие движения. Данный коэффициент в этом выражении опущен, как
мало обоснованный.
113
5.1.2. Энергетическая нагрузка и коэффициент производительности труда
оператора
Особенность
человека-оператора,
как
звена
системы
управления
заключается в автономном питании его от собственного, изолированного от
остальной системы, в том числе и объекта управления, источника питания –
энергетических
ресурсов
преобразователям
энергии,
организма.
в
качестве
Аналогично
величины,
техническим
характеризующей
энергетическую нагрузку на организм человека-оператора, можно принять
расход энергии во времени, величина которого зависит от рода его активной
физической и психической деятельности. Используя данные работ [33, 34],
общий расход энергии по времени (нагрузку) человека-оператора можно
представить в следующем виде:
,
где
(5.2)
– общий расход энергии по времени в ккал/ч;
– расход энергии на самообслуживание организма человека-оператора,
составляющий в оптимальных для него условиях минимальное значение;
– расход энергии на активную деятельность человека-оператора в
системе управления;
–
коэффициент,
характеризующий
работоспособность
человека-
оператора системы управления, который определяется как отношение расхода
энергии на активную деятельность к расходу энергии на самообслуживание, т.е.
.
Зная допустимую величину расхода энергии
(5.3)
, с учетом сохранения
необходимых функциональных возможностей человека-оператора, можно
установить необходимое условие включения его в систему управления в
114
качестве основного интегрирующего ее звена. Данное условие можно
представить в форме следующего требования (соблюдения следующего
неравенства):
.
(5.4)
Если условно принять за единицу измерения энергозатрат данную
допустимую величину расхода, то можно это же требование записать в
безразмерном виде, а именно:
,
где
– удельный общий расход энергии, определяемый как
(5.5)
;
– удельный расход энергии на самообслуживание организма,
определяемый как
;
– удельный расход энергии на активную деятельность, определяемый как
.
Установленное требование [35] обуславливает энергетическую нагрузку
на организм человека-оператора системы управления, допустимую по условиям
сохранения его основных функциональных возможностей в ней. Чтобы
регламентировать
соответствующие
этому
требованию
конструкционно-
технические параметры системы управления, необходима связь данного
требования с функциональными возможностями как системы управления, так и
самого объекта управления, т.е. ПТУ (машины). Эту связь можно установить в
результате исследования функционирования в реальных производственных
условиях всего комплекса: человек (оператор) – система управления – объект
управления (ПТУ), начиная с момента создания системы управления.
115
Используя основные положения производительности труда [36] и
зависимости коэффициента производительности труда человека от получаемого
в единицу времени результата воздействия на окружающую среду и расхода по
времени энергии организма человека, затрачиваемой на получение этого
результата воздействия [37], можно коэффициент производительности труда
человека-оператора ЭСАУ ПТУ представить в виде следующей зависимости:
,
где
(5.6)
– коэффициент пропорциональности;
– энергия, получаемая от постороннего источника в системе
автоматизированного управления ПТУ;
– коэффициент выполнения функций управления, характеризующий
правильность действия человека-оператора в системе управления или
отношение общего количества переработанной им за единицу времени
информации «u» к максимально возможному количеству информации за
единицу времени «uo»;
– энергозатраты организма человека-оператора на функции управления,
определяемые как сумма затрат энергии на задание программы (
контроль за ее использованием (
), на
) и на выполнение всех доводочных
операций, т.е. дистанционное управление механизмами ПТУ (
), т. е.
.
Из представленной зависимости коэффициента производительности
человека-оператора [16] следует, что в случае управляемого оператором ПТУ
общая задача оптимизации системы автоматизированного управления –
увеличение значения коэффициента повышения производительности труда
(
) – может быть представлена в форме двух частных, непосредственно не
116
связанных между собой задач. Первая задача техническая, связанная с
расширением
функциональных
энерговооруженности (
возможностей
и
повышением
) ПТУ как объекта управления, вторая – технико-
физиологическая, направленная на придание ПТУ через посредство системы
управления комплекса свойств, обеспечивающих выполнение человеком)
оператором расчетных функций управления (переработка информации
ценой минимально возможных энергозатрат на управление
пределом снижения величины
. А так как
является энергия самообслуживания
, то эти две частные задачи можно представить в форме
организма
следующих требований:
1.
(5.7)
2.
при
.
5.1.3. Допустимая энергетическая нагрузка оператора и надежность
ЭСАУ
В решении задачи обеспечения необходимой надежности системы
управления чрезвычайно важное, если не решающее, значение имеет
определение надежности работы ее интегрального, наиболее ответственного
звена – человека, эта надежность в первую очередь зависит от допустимой
нагрузки на его организм, которая может быть определена с учетом расхода
энергии как
.
(5.8)
Энергетику организма человека-оператора как основного звена ЭСАУ
ПТУ
можно
условно
представить
в
виде
комплекса
биохимических
аккумуляторов энергии, получающих ее из общего энергетического резерва
организма и питающих органы-потребители (рис. 5.3).
117
Как видно из данного рисунка, каждый биохимический аккумулятор,
обладающий определенной энергоемкостью, питает соответствующий органпотребитель
человека-оператора.
При
этом
утомление
любого
органа
(мускулатура рук, органы зрения и слуха, аппарат мышления и т. д.) можно
представить как израсходование энергии в аккумуляторе, питающем этот орган,
а время отдыха – как время зарядки аккумуляторов, и состояние бодрости после
отдыха – как сигнал готовности аккумуляторов к новому действию, т.е. вновь
питать соответствующий ему орган.
Кислород
Продукты питания
Энергетический запас человекаоператора (Э)
Расходные
Системы
самообслуживания
организма
аккуму
Сенсорные
входы
ляторы
энергии
Мозг,
центральная
нервная
система
Двигательные
и речевые
выходы
Аппарат
управления
Механизмы
объекта
управления (ПТУ) Рис. 5.3. Условная модель энергетики (общего расхода энергии) человекаоператора САГУ
118
Таким образом, данная условная модель общего расхода энергии
человека-оператора
ЭСАУ
ПТУ
качественно
соответствует
внешним
характеристикам организма человека. В связи с этим, ее с успехом можно
использовать для объяснения влияния энергетической нагрузки на надежность
действий оператора в системе управления.
Ошибки
человека-оператора,
выражающиеся
в
некачественном
выполнении функций управления, представляют собой результат того, что
созданная система приводит к перегрузке оператора информацией, что
количество информации, поступающей в единицу времени с мнемосхемы
пульта управления, превышает «пропускную» способность его в условиях
пульта данной конструкции [38]. Эти ошибки можно представить как отказ
основного интегрального звена системы управления (человека-оператора) в
результате его энергетической перегрузки, так как переработка всякой
информации обусловлена энергозатратами. Допустим, что вероятность «δ»
отказа (ошибки) интегрального звена системы управления человека-оператора в
зависимости
от
энергетической
нагрузки
на
него
Э
может
быть
аппроксимирована показательной функцией
,
где
(5.9)
– показатель функции, определяемый статически или экспериментально.
Эта предположительная функция изображена жирной сплошной кривой
на рис. 5.4. В основу ее построения условно принято, что человек-оператор в
течение суток 8 часов работает, а 16 часов отдыхает. При этом в течение
16 часов бодрствования организм его способен выработать и израсходовать
определенную, свойственную ему, дневную норму энергии, принятую за
единицу [36]. По оси ординат откладывается вероятность δ ошибки-отказа
основного звена системы управления в %, а по оси абсцисс – дневная норма
энергии в час от 0 до 1. Такая функция может служить исходной
характеристикой надежности интегрального звена (человека-оператора) для
определения общей надежности системы управления ПТУ.
119
Известно, что снижение энергетической нагрузки на организм человека
достигается передачей части функций управления машиной автоматическим
устройствам. При этом возрастает количество включенных в систему
управления технических элементов автоматики и телемеханики, каждый из
которых сам по себе несет потенциальную возможность отказа.
Таким образом, снижение энергонагрузки на организм человекаоператора за счет введения в систему элементов автоматики влечет за собой
увеличение вероятности отказа всей системы управления в целом.
Как видно из рис. 5.4, общая зависимость вероятности отказа системы
автоматизированного управления ПТУ от энергетической нагрузки
на
организм человека-оператора, полученная суммированием вероятностей отказа
аппаратуры управления и его ошибок, имеет экстремум, соответствующий
оптимальному, с точки зрения надежности, разделению функций между
средствами автоматики и человеком-оператором.
Следовательно, оптимум надежности системы автоматизированного
группового управления (САГУ) зависит в первую очередь от безошибочности
действий человека-оператора и во вторую очередь от надежности элементов
автоматики и телемеханики, включенных в аппаратуру управления.
120
Вероятность ошибки - отказа
0,2
Оператор –
система
управления
ПТУ
0,15
Человекоператор
0,1
ПТУ
0,05
0
0,25
100%
0,50
0,75
1,0 а, дн/ч
Энергетическая нагрузка на
организм оператора
60%
40%
80%
Полная
автоматизация
(ПТУ-автомат)
Степень автоматизации
системы управления
Оптимум
автоматизации
Рис. 5.4. Определение оптимума степени (автоматизации) системы
управления ПТУ в зависимости от энергетической нагрузки оператора
5.1.4. Влияние условий окружающей среды на работоспособность
человека-оператора
При
работе
в
системе
группового
дистанционно-программного
управления однотипными (консольно-козловыми) кранами ККУ-7,5 [4, 39] и
разнотипными
(консольно-козловыми
кранами
ККС-10
и
башенными
121
БКСМ-14ПМ) кранами [40, 41] человек-оператор размещался в специально для
него созданном помещении (операторской) со всеми необходимыми для его
производственной работы условиями.
Условия окружающей среды, в которых находится организм человекаоператора и от которых зависит его работоспособность, определяются такими
основными параметрами:
- состоянием окружающей атмосферы, т.е. помещения, в котором
размещается оператор (заземлением, температурой, освещением и составом
воздуха);
- уровнем возмущений, не несущих и порой препятствующих полезной
(необходимой) информации, т.е. раздражающих и непроизвольно нагружающих
сенсорные входы организма оператора (шум, вибрация, визуальные помехи
и т. д.);
- формой предметов, окружающих тело оператора и определяющих его
рабочую позу (кресло, его форма и конструкция, пульт управления и удобство
его обслуживания и т. д.).
Причем параметры второго типа оказывают влияние на расход энергии на
самообслуживание организма оператора (
), в то время как параметры
третьего типа влияют на расход энергии и на самообслуживание организма
оператора (
), и на активную деятельность его в системе управления ( ).
Зная допустимую энергетическую нагрузку на организм оператора (5.8) и
коэффициент производительности его труда (коэффициент работоспособности),
можно принять следующие соотношения, характеризующие работоспособность
человека-оператора при заданном значении надежности его деятельности в
системе управления:
.
(5.10)
В общем случае каждому определенному роду деятельности человека
соответствуют свои определенные, оптимальные, соответствующие этой
122
деятельности параметры окружающей среды, при которых коэффициент
производительности его труда (работоспособность) «
» имеет максимальное
значение. Причем оптимальные значения параметров первого и второго типа (с
соответствующими допусками) подбираются, обычно, на основе общепринятых
понятий комфорта. Они хорошо известны и без особого труда могут
обеспечиваться в системах управления ПТУ с помощью средств вентиляции,
специальных кондиционеров воздуха, цветового оформления рабочего места,
шумопоглощающих и амортизирующих устройств и т.д. Несколько иначе
обстоит дело с параметрами условий окружающей среды третьего типа –
конструкцией кресла, пульта управления и других элементов системы
управления, определяющих рабочую позу человека-оператора. В зависимости
от этой рабочей позы соответственно изменяется не только величина расхода
энергии на самообслуживание его (
), но и трудоемкость всех активных
действий оператора в процессе управления ПТУ, т.е. величина расхода его
энергии на активную деятельность в системе управления. В связи с этим
оптимальная
коэффициента
рабочая
поза,
соответствующая
работоспособности
(
),
максимальному
для
разных
значению
систем
автоматизированного управления ПТУ может изменяться в широких пределах в
зависимости от выполняемых человеком-оператором функций и характера
выполняемой системой управления задачи.
5.1.5. Взаимная независимость и совместимость функциональных
возможностей человека-оператора
В
системе
(автоматизированного)
группового
управления
ПТУ
дистанционно-программного
человек-оператор
выполняет
следующие функции: разработка программы и функции задатчика программы,
регулятора (стабилизатора) ее исполнения, конечного контролера отработки
заданной программы, непосредственного задатчика сигналов управления и т.д.
123
В общем, его функции можно в какой-то степени обобщить с функциями
основных звеньев системы «машина-автомат» и представить в виде следующей
схемы (рис. 5.5).
Функции звена-генератора сигналов управления выполняют наиболее
совершенные области головного мозга человека-оператора, осуществляющие
процессы мышления, т.е. пользуясь всеми источниками информации, он
выбирает на любой период времени определенную программу действия
объекту управления на участке штабелевочно-погрузочных работ.
Функции
звена-стабилизатора
в
организме
человека-оператора
выполняют области мозга и центральной нервной системы, управляющие
координацией действий двигательных органов при выполнении необходимых
движений – реакций на сигналы внешних раздражителей, поступающих в мозг
через такие сенсорные входы, как зрение и слух.
Выходная
функция
Человекоператор
Генератор
программы
сигналов
управления
Рис.
Стабилизатор
(регулятор)
управления
5.5.
Отправитель
сигналов
управления
Функции
ПТУ
исполнитель
сигналов
управления
человека-оператора
Внешняя
СРЕДА
(участок
штабелевочно
-погрузочных
работ)
системы
группового
дистанционно-программного (автоматизированного) управления ПТУ лесных
складов
124
Функции звена-исполнителя или отправителя сигналов управления у
человека-оператора выполняют, прежде всего, двигательные органы: руки, ноги
и, в зависимости от задачи воздействия на окружающую среду (задачи по
выполнению штабелевочно-погрузочных операций ПТУ на данный момент
времени), мускулатура всего тела, а также органы речи.
Выполнение указанных функций человеком-оператором в системе ЭСАУ
ПТУ сопряжено, как это было установлено ранее, с расходом определенной
энергии его организма. При этом в случае оптимизации системы управления
необходимо помнить: если расход энергии организма человека-оператора
находится в допустимых пределах, а его передаточная функция близка к
функции заменяемого им звена, то выходная функция всей системы при замене
технического звена человеком не должна измениться в худшую сторону.
Анализ деятельности человека-оператора созданных систем группового
управления
позволяет
предполагать
существование
относительной
стабильности и взаимной независимости функциональных данных каждого из
«действующих в нем» условных звеньев данной системы управления. Это
свойство позволяет составляющие общего расхода энергии человека-оператора
рассматривать отдельно для каждого звена, что значительно упрощает задачу
исследований и регламентации этих величин для вновь создаваемых систем
управления ПТУ.
Одним
возможности
из
основных
свойств,
определяющих
(конструктивно-технические
параметры)
эксплуатационные
всей
системы
управления является способность человека-оператора к совмещению своих
действий (функциональных данных) с работой ее технических звеньев. При
этом форма совмещения зависит от выполняемых функций в системе
управления человеком-оператором и соответствующим техническим звеном. В
практике эксплуатации различных систем управления подвижными объектами
существуют две формы совмещения: первая – сложением параллельно
формируемых сигналов и вторая – подменой сигналов технического звена с его
отключением.
125
Совместимость функций стабилизации можно наблюдать в процессе
эксплуатации таких известных систем управления, как управление полетом
самолета, движением автомобиля и т.д. При этом функции стабилизации
осуществляются человеком совместно и параллельно с автоматически
действующими техническими устройствами.
Специфической
особенностью
ПТУ
лесных
складов
(козловых,
консольно-козловых, мостовых, башенных и других крановых установок)
является то, что они практически не имеют технических средств стабилизации
перемещения грузов и грузозахватных устройств в процессе выполнения
рабочих операций. При этом в худшем положении находятся башенные краны,
в которых в отличие от других (козловых) груз подвешивается в одной точке и
представляет собой маятник со столь большим собственным периодом качания,
что
в
горизонтальной
плоскости
оказывается
практически
нестабилизированным. Энергозатраты на стабилизацию груза ( ) в данном
случае вынужден выполнять крановщик, для чего он должен весьма тщательно
и умело манипулировать положением в пространстве точки крепления троса, на
котором подвешен груз. В системе САГУ подобные же действия вынужден
выполнять человек-оператор. Затрачиваемая им энергия на управление в
данном случае определяется соотношением
,
причем завышенная величина
(5.11)
в этом соотношении приводит к снижению
,
которую оператор (крановщик) должен затрачивать на глазомерный расчет
наивыгоднейшей (оптимальной) траектории перемещения груза. В результате
этого скорость перемещения груза снижается, что приводит к уменьшению
производительности в целом всей системы. В целях исключения данного
недостатка, т.е. для уменьшения величины
и снижения времени выполнения
доводочных операций по укладке и взятию груза, необходимо оснащение ПТУ,
126
работающих
на
лесных
складах
и,
особенно,
переведенных
на
автоматизированное управление специальными средствами автоматической
стабилизации груза.
Понятие устойчивости как способности сохранять заданный органом
системы управления режим работы объясняется значительным влиянием на
общую величину энергозатрат слагаемого
. Причем это понятие устойчивости
тождественно понятию качества регулирования, применяемого в теории
автоматического регулирования [35]. Вполне понятно, чем выше качество
автоматического регулирования в системе управления, тем меньше на долю
человека-оператора
энергозатраты
приходится
функций
стабилизации,
тем
меньше
и тем проще и надежнее могут быть выполнены функции
управления.
Совмещение функций генератора программы сигналов управления с
автоматически действующими программирующими устройствами по форме
отличается от функций стабилизации. С усложнением задач, выполняемых
машиной с автоматической системой управления, функции звена-генератора
сигналов управления расширяются, что обуславливает все более широкое
использование автоматических вычислительных устройств. В настоящее время
в технике широко применяется форма совмещения функций генератора,
основанная на коммутации (переключениях) входа объекта управления с
вычислителя на человека-оператора и обратно по его желанию.
В системах САГУ различными ПТУ на лесных складах человек-оператор
является основным интегрирующим и генерирующим звеном, следовательно,
никакого совмещения функций генератора в данном случае не может быть. При
этом основной причиной оставления человеку-оператору системы САГУ
функций звена-генератора является его способность рационально варьировать
программу сигналов управления в зависимости от заранее непрограммируемых
изменений условий выполнения штабелевочно-погрузочных операций на
лесных складах.
127
5.1.6. Критерии оценки качества функциональной деятельности и
физиологической загруженности человека-оператора
Как и всякая система, ЭСАУ ПТУ на лесных складах имеет такие
основные параметры, как время цикла регулирования (быстродействие),
пропускная способность, точность и надежность. Все эти параметры в
значительной
мере
определяются
возможностями
и
особенностями
деятельности ее интегрирующего звена – человека-оператора. Без анализа его
характеристик невозможно ни понять работу в целом всей системы управления,
ни правильно решить задачу ее оптимизации.
Определяющим из основных параметров, характеризующих процесс
управления в данной системе, является цикл регулирования, под которым
понимается
промежуток
времени
от
момента
изменения
состояния
управляемого объекта (ПТУ) до момента возвращения его в новое (требуемое)
состояние.
Оператор как интегрирующее звено ЭСАУ также характеризуется
быстродействием,
надежностью
и
точностью
работы.
Реальные
(действительные) значения их можно определить на основании общих
требований, предъявляемых к циклу регулирования. Вместе с этим, оператор,
как
специфическое
(нетехническое)
звено
системы,
характеризуется
напряженностью своей деятельности, т.е. параметром, не имеющим аналога в
технической части системы управления.
Характеристика быстродействия – это время решения задачи управления,
т.е. время от момента реагирования оператора на поступающий сигнал
(информацию) до момента окончания управляющих воздействий на объект
управления (ПТУ). Обычно это время прямо пропорционально количеству
передаваемой человеком-оператором требуемой информации и может быть
определено по формуле
,
(5.12)
128
где
– некоторые константы (
≈ 0,2 с) – скрытое время реакции, т.е.
промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него
оператора,
≈ 0,25…0,50 с/дв.ед. – величина, обратная скорости переработки
информации оператором;
– количество перерабатываемой оператором информации.
Характерной особенностью ЭСАУ ПТУ является и то, что оператор не
всегда сразу приступает к обработке поступивших сигналов о состоянии
объектов управления, т.е. наблюдается как бы ожидание сигналов о состоянии
объектов управления впереди, что характеризуется некоторым временем
.
В таком случае быстродействие оператора будет характеризоваться величиной
,
где
(5.13)
– время пребывания информации на обслуживании;
– время обслуживания (обработки) полученной информации;
– время ожидания информации до начала обслуживания.
Требуемое быстродействие оператора в системе автоматизированного
управления, в том числе и групповой, будет определяться продолжительностью
полного цикла регулирования, т.е. как
,
где
(5.14)
– продолжительность цикла регулирования;
– количество технических звеньев, через которые проходит переданный
оператором сигнал (информация);
– время задержки сигнала (прохождение) в
-м техническом звене
аппаратуры системы управления.
Оптимальным быстродействие оператора системы автоматизированного
управления ПТУ будет считаться при соблюдении следующего неравенства:
.
(5.15)
129
Поиски критерия надежности человека-оператора предполагают изучение
не только наличных, но и потенциальных его качеств, анализ его «резервов»,
которые не являются величиной постоянной (они изменяются в процессе
деятельности оператора). При этом необходимо учесть, что при исследовании
деятельности оператора чрезвычайно сложно выявить степень устойчивости
того или иного его свойства. В общем можно предположить, что надежность
деятельности оператора характеризуется обычно вероятностью правильного
решения, принимаемого в той или иной ситуации при управлении ПТУ, которая
может быть определена величиной
,
где
(5.16)
– количество правильно принятых решений;
– общее количество решаемых ситуаций в процессе управления.
В первую очередь надежность оператора в системе автоматизированного
управления определяется надежностью исполнения цикла регулирования,
которая может быть определена по выражению
,
(5.17)
– надежность работы -го звена аппаратуры системы управления в
где
течение времени
.
Используя выражение (5.17), требуемая надежность оператора при
известных
и
может быть определена из неравенства
.
(5.18)
Вместе с этим, быстродействие и надежность оператора системы
автоматизированного
управления
могут
быть
определены
(оценены)
структурными методами, предполагающими знание структуры деятельности и
характеристик быстродействия и надежности отдельных его действий. Кроме
того, необходимо учитывать, что данные характеристики деятельности
оператора в значительной степени зависят от способа ее выполнения, т.е.
130
навыков, умения оператора и мотивов его поведения, а также от изменения
условий выполнения его деятельности.
Не менее важной характеристикой деятельности оператора является
точность его работы в процессе управления ПТУ. Причем точность работы
оператора ни в коем случае нельзя отождествлять с его надежностью, так как
они представляют собой совершенно различные характеристики, оценивающие
разные стороны деятельности оператора.
Под точностью работы оператора ЭСАУ ПТУ следует понимать степень
отклонения
некоторого
параметра,
установленного
или
регулируемого
оператором, от своего истинного заданного или номинального значения [42].
Количественно
точность
работы
оператора
оценивается
величиной
погрешности (количеством ошибок), с которой он устанавливает или
регулирует какой-то определенный параметр системы. Она может быть
определена по формуле
,
где
(5.19)
– истинное или номинальное значение параметра;
– фактическое устанавливаемое или регулируемое оператором значение
этого параметра.
В работе оператора принято различать постоянную и переменную
погрешности.
При
этом
постоянная
погрешность
характеризуется
математическим ожиданием отдельных значений погрешности, а именно
,
где
(5.20)
– погрешность -го измерения, регулировки параметров;
– количество измерений регулировок параметра.
Требуемая от оператора постоянная погрешность может быть определена
из заданной погрешности проведения цикла регулирования:
131
,
где
(5.21)
– количество звеньев аппаратуры управления системы;
– постоянная погрешность -го звена аппаратуры управления.
При известной погрешности цикла регулирования, которая обычно
определяется
техническими
условиями
системы
автоматизированного
управления ПТУ и известных погрешностях ее технических звеньев
допустимая погрешность работы оператора
,
(5.22)
Переменная составляющая погрешности работы оператора оценивается
величиной
среднеквадратного
отклонения
отдельных
погрешностей
по
формуле
.
Аналогично
предыдущему
(постоянной
(5.23)
погрешности),
переменная
погрешность проведения цикла регулирования будет
,
где
(5.24)
– переменная погрешность -го звена аппаратуры системы управления.
Тогда при заданных переменной погрешности проведения цикла
регулирования и известных погрешностях технических звеньев системы
управления требуемая погрешность работы оператора будет
.
(5.25)
Борьба с переменными погрешностями в работе оператора представляет
собой более сложную задачу, чем борьба с постоянными его погрешностями.
Если нейтрализация постоянных погрешностей достигается применением
методов компенсации и устранением причин, вызывающих их, то основным
132
способом борьбы с переменными погрешностями является повышение
стабильности деятельности оператора и работы всей системы управления.
Точность работы оператора, в отличие от быстродействия и надежности,
характеризует его деятельность в целом в системе автоматизированного
управления ПТУ.
Специфической характеристикой деятельности оператора, не имеющей
аналога для технических звеньев ЭСАУ ПТУ, является напряженность, которая
может быть двух видов – эмоциональной и операционной [43].
Для
деятельности
оператора
ЭСАУ
ПТУ
характерной
является
операционная напряженность, причиной которой является информационная
перегрузка. Степень напряженности деятельности оператора целесообразно
оценивать общей вероятностью возникновения перегрузки q, а также
вероятностью возникновения перегрузки
за счет каждого из факторов в
отдельности. По статическим данным эти вероятности определяются по
формулам
;
где
,
(5.26)
– общее количество случаев перегрузки за счет любого фактора;
– общее количество наблюдений;
– количество случаев перегрузки за счет –го фактора.
5.1.7. Методы исследования качества функциональной деятельности и
физиологического состояния человека-оператора
В настоящее время в нашей стране и за рубежом основными методами
для определения норм труда, в зависимости от цели и вида наблюдения,
являются хронометраж, фотография, фотохронометраж, а в зависимости от
способа измерения – непосредственное изменение длительности каждого вида
затрат рабочего времени, фиксирование количества случаев повторяемости
видов затрат рабочего времени [46, 47].
133
К тому же разработанные методы для определения норм труда
применяются в основном для физического труда, и они малопригодны для
разработки объективных норм операторской деятельности. Это связано, прежде
всего, с тем, что операторская деятельность характеризуется присущими только
ей особенностями, суть которых заключается в следующем:
1) отдельные элементы деятельности оператора в системах управления
не позволяют непосредственно фиксировать время, которое необходимо для их
выполнения,
что
является
одной
из
причин
трудности
применения
экспериментального метода;
2) некоторые элементы операторской деятельности имеют очень малую
продолжительность по времени, измеряемую порой десятыми долями секунды,
что также затрудняет определение их непосредственными методами;
3) деятельность оператора в системах автоматизированного управления,
особенно по своему характеру, относится к разновидностям умственного труда,
преобладающими
в
котором
являются
перцептивные,
мыслительные,
мнемические и другие операции.
Однако в настоящее время имеются изученные методы и способы
эффективной
деятельности
человека-оператора
в
различных
системах
управления [47, 48]. И в то же время поиск новых методических приемов и
показателей качества деятельности операторов продолжается, что обусловлено
следующим:
- на практике требуется более полная характеристика эффективности
функциональной деятельности и физиологического состояния оператора для
установления не только изменения качества работы, но и механизмов
наступающих при этом сдвигов;
- необходима более высокая информативность многих изменяющихся
показателей качества функциональной деятельности операторов;
- порой нужна оценка качества работы и состояния основных
психофизиологических функций человека оперативно, непосредственно в
процессе его труда;
134
- сейчас как никогда существует потребность и возможность частичной
или даже полной автоматизации трудоемких процессов регистрации и
расшифровки первичной информации деятельности операторов.
Как уже было сказано ранее, одним из важнейших показателей
деятельности оператора ЭСАУ ПТУ на лесных складах является его
быстродействие, т.е. время решения задачи управления. В связи с тем, что
деятельность оператора протекает в условиях воздействия большого количества
факторов, влияющих на ее эффективность, время (5.12) ввиду индивидуальных
особенностей каждого оператора является случайной величиной, полной
характеристикой которой служит ее функция распределения.
Для установления быстродействия оператора, т.е. для определения
времени выполнения оператором работы определенного объема (решения
задачи управления) могут применяться следующие методы: информационный,
последовательно-структурный, статистический, теории процессов выполнения
работы, сетевой. В связи с тем, что первые три метода исследования
быстродействия оператора имеют общий недостаток – использование гипотезы
последовательности выполнения оператором отдельных операций, – для
определения быстродействия оператора ЭСАУ ПТУ наиболее приемлемым
является сетевой метод. Кроме того, как правило, по вышеуказанной причине
первые три метода дают завышенные значения времени выполнения работы
человеком-оператором, чего нет в избранном методе.
Для построения сетевой модели деятельность оператора ЭСАУ ПТУ
разбивается на элементарные операции: нажатие кнопки, включение тумблера,
движение рук, перемещение взгляда, считывание показаний на мнемосхеме
и т. д. Объем этих операций зависит от возможной для конкретной задачи
управления степени детализации деятельности оператора.
На языке сетевых моделей эти элементарные операции принято называть
работами, а моменты их завершения – событиями. Каждая работа в конечном
135
итоге была охарактеризована двумя параметрами: математическим ожиданием
и дисперсией продолжительности работы.
При построении сетевой модели было учтено то, что отдельные
перцептивные, мыслительные и двигательные процессы могут быть совмещены
во времени.
Общее
время
решения
любой
задачи
оператором
определялось
продолжительностью критического пути по формуле
,
где
– продолжительность
(5.27)
-го полного пути, равная сумме
продолжительности работ, лежащих на этом пути.
Характерным является то, что величина
представляет собой сумму
некоторого числа независимых случайных величин и считается в практике
сетевого планирования и управления подчиненной нормальному закону
распределения. Указанные выше параметры (математическое ожидание и
дисперсия) этого закона или параметры критического пути при условии
независимости отдельных работ определяются из следующих зависимостей:
;
где
,
(5.28)
– соответственно математические ожидания и дисперсии
продолжительностей критических работ.
Функции своевременности выполнения работы:
.
(5.29)
Сетевой метод по сравнению с информационным, последовательно
структурным,
статистической
теории
процессов
выполнения
работ
и
комбинированным наиболее адекватно учитывает структуру деятельности
136
оператора, описывает время решения задачи управления усеченным снизу
нормальным распределением (кривая распределения имеет свою типичную
форму) и не накладывает никаких ограничений на вид законов распределения
времени выполнения отдельных действий.
В результате исследования быстродействия (времени решения задачи
управления) оператора ЭСАУ ПТУ было получено значение вероятности
своевременного выполнения работы в пределах 0,996…0,998. Это означает, что
в среднем только в 4…2 случаях из 1000 оператор не сумел своевременно
выполнить заданную задачу управления.
Надежность оператора ЭСАУ ПТУ характеризуется показателями
безошибочности, готовности, восстанавливаемости и своевременности. При
этом
основным
показателем
безошибочности
является
вероятность
безошибочной работы его в какой-то определенный промежуток времени.
Другим не менее важным показателем надежности является коэффициент
готовности, представляющий собой вероятность включения оператора в работу
в любой произвольный момент времени.
Показатель
восстанавливаемости
характеризуется
возможностью
самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных ошибок.
И, наконец, показатель своевременности деятельности оператора характеризует
его надежность с точки зрения своевременного выполнения той или иной
операции управления, приводящей к достижению намеченной цели без ошибки.
Исследование надежности оператора ЭСАУ ПТУ возможно с двух
принципиально
различных
позиций.
Первая
характеризуется
тем,
что
предметом исследования в первую очередь становятся особенности поведения
человека-оператора с целью снижения вероятностей его ошибок, связанных с
техническими параметрами как самой системы управления, так и объектов
управления, т.е. ПТУ. Причем центральным моментом в данном случае
оказывается изучение динамики работоспособности, характеристик основных
фаз ее. Вторая позиция характеризуется тем, что на первый план выдвигаются
137
исследования механизмов регуляции деятельности и состояния человекаоператора при оптимальных и экстремальных условиях его работы в системе
управления.
Проведенные исследования надежности оператора ЭСАУ ПТУ были
выполнены, исходя из принципов и методов первой позиции. При этом в
основу
исследования
были
положены
расчетные
методы
определения
надежности систем «человек-машина», которые базируются на знании
статистических данных о процессах выполнения оператором заданных
функций, надежности технических средств, влиянии различных факторов на
надежность выполнения системой стоящих перед ней задач, взаимном влиянии
оператора, аппаратуры управления и техники, частотах наступления различных
состояний системы управления. Для ЭСАУ ПТУ на лесных складах, как
показали
проведенные
исследования,
характерна
ярко
выраженная
дискретность решения отдельных задач управления, система находится в
состоянии ожидания и подготовки к решению очередной задачи. Для систем
такого типа показателем надежности является вероятность безотказного,
безошибочного и своевременного выполнения возникающих задач управления.
При этом задача системой автоматизированного управления может быть
выполнена в том случае, если в любой требуемый момент времени оператор
готов к приему поступающей информации и, кроме того:
- в течение паузы и времени решения задачи управления аппаратура
работает безотказно, оператор правильно и своевременно выполняет требуемые
действия;
- происходит отказ в аппаратуре или технике, но оператор своевременно
устраняет его и при решении задачи управления не допускает ошибок;
- при безотказной работе аппаратуры управления оператор допускает
ошибку, но своевременно устраняет ее.
138
В
таком
случае
автоматизированного
надежность
группового
комплекса
управления
«оператор
(САГУ)
–
–
система
подъемно-
транспортное устройство (ПТУ)» может быть определена по формуле
,
где
(5.30)
– надежность работы комплекса «оператор – САГУ – ПТУ»;
– коэффициент готовности техники – объектов управления (ПТУ);
– коэффициент готовности аппаратуры управления системы;
– вероятность безотказной работы технических устройств ПТУ;
– вероятность безотказной работы аппаратуры управления системы;
– вероятность безошибочной работы оператора по выполнению задач
управления;
– вероятность своевременного выполнения оператором требуемых
действий в системе управления;
– вероятность восстановления технических устройств – ПТУ;
– вероятность восстановления аппаратуры управления;
– вероятность исправления ошибочных действий оператора системы
управления.
В результате проведенных исследований надежности работы операторов
в ЭСАУ в зависимости от их индивидуальных особенностей определен
следующий диапазон надежности:
,
а надежность комплекса «оператор – САГУ – ПТУ», соответственно,
В повышении надежности комплекса «оператор – САГУ – ПТУ» одну из
ведущих ролей занимает повышение надежности самого оператора, которое
можно достичь благодаря оптимальной организации режима труда, основанной
139
на знании динамики уровня его работоспособности. Результаты проведенных
исследований качества деятельности и функционального состояния оператора
подтвердили, что уровень его работоспособности в процессе деятельности
изменяется по трем фазам [17, 50]. Первая фаза – это период работы оператора,
т.е. период вхождения в работу и улучшения его входных показателей. В целях
улучшения работы оператора, т.е. продления периода его надежной работы,
необходимо стремиться к сокращению периода этой фазы путем активного
использования предрабочего времени. Вторая фаза – это период надежной
работы оператора. Длительность этого периода зависит, прежде всего, от
психофизиологического состояния, от уровня профессиональной и общей
подготовки, а также от условий, в которых протекает его деятельность в
системе управления ПТУ. И, наконец, третья фаза – это период снижения
качественных показателей и надежности оператора, которое обуславливается,
как правило, развивающимся от длительной работы утомлением.
В целом, как показали проведенные исследования [39, 40], работа
оператора в ЭСАУ ПТУ (система дистанционного программного управления
однотипными
кранами,
система
группового
управления
разнотипными
кранами) относительно надежна и эффективна, так как объем и скорость
поступления различной информации по управлению ПТУ не превышают его
пропускной способности «сенсорного входа», он легко запоминает эту
информацию и использует ее в своей работе.
5.2. Эргономические исследования человека-оператора ЭСАУ ПТУ
на лесных складах
5.2.1. Цель, программа и параметры исследования функциональной
деятельности и физиологической загруженности человека-оператора
ЭСАУ ПТУ на лесных складах и биржах сырья представляет собой
эргатическую систему, т.е. относится к системам «человек-машина», в которой
человек-оператор является важнейшим функциональным звеном. Главные
140
функции, выполняемые оператором ЭСАУ, – это: задание программы,
дистанционное управление объектами (ПТУ) и контроль исполнения заданной
программы. При этом следует заметить, что по сравнению с другими
функциональными звеньями системы, выполняющими строго определенные
дифференцированные действия (например, блоки памяти, блоки отработки
команд,
счетное
устройство
и
т.
п.),
оператор
представляет
собой
объединяющее, интегрирующее звено. Поэтому при создании (разработке)
подобных систем управления ПТУ на лесных складах лесопромышленных и
биржах сырья деревообрабатывающих производств необходимы совместно с
техническими испытаниями и исследованиями системный подход с инженернопсихологическим проектированием и эргономическими исследованиями с
всесторонним, по возможности, полным учетом человеческих факторов.
Временные характеристики действия человека-оператора ЭСАУ ПТУ, их
точность и надежность не являются постоянными и неизменными величинами.
Они зависят от многих факторов и определяются условиями, в которых будет
протекать трудовая деятельность оператора. В связи с этим в крупном
масштабе
целью
и
задачами
исследований
должно
быть
изучение
возможностей человека-оператора как интегрирующего звена ЭСАУ ПТУ на
лесных складах и биржах сырья. В то же время более конкретной целью
эргономических исследований является ответ не только на основной вопрос –
выигрывает ли труд оператора по напряженности и другим параметрам перед
трудом крановщика, – но и на ряд дополнительных вопросов: каково
психофизиологическое состояние оператора в системе; какой из вариантов
системы наиболее оптимален в управлении с точки зрения человеческого
фактора; группой из скольких ПТУ может управлять один оператор, исходя из
его функциональных и физиологических возможностей и т. д.
Таким образом, эргономические исследования человека-оператора ЭСАУ
можно разбить на два вида: исследования оператора по ориентации в зонах
работы ПТУ; исследования функциональной деятельности и физиологической
141
загруженности его. При этом в первом виде исследований выявляются: связь с
обслуживающим персоналом (стропальщики, грузчики, сортировщики и т.д.),
условия
видимости
штабелей
лесоматериалов,
транспортных
средств,
приемников-накопителей, хода выполнения технологических операций и
установление оптимального расстояния видимости. Во втором виде проводятся
исследования: по установлению оптимальных размеров пульта управления и
расположению органов управления на нем; скорости приема и отработки
информации; реакции на операции; работоспособности (функциональной
деятельности);
непосредственном
влияния
физиологических
управлении;
времени
факторов;
адаптации
занятости
в
(тренировки
и
загруженности).
Блок-схема проведения количественных эргономических исследований
функциональных возможностей и физиологической загруженности человекаоператора ЭСАУ приведена на рис. 5.6.
Конкретные параметры исследования человека-оператора в какой-то
степени совпадают с параметрами, которые были описаны в работе [10] при
исследовании загруженности крановщиков. Вместе с этим, при эргономическом
исследовании операторов значительно больше внимания должно быть уделено:
- определению времени подготовки (адаптации) оператора;
- точности отработки технологических операций;
- установлению количества включений в рабочем цикле крановых
механизмов;
- определению времени, затрачиваемого на эти включения;
- установлению времени активного управления;
-
максимальной
интенсивности
нагрузки
по
средней
величине
пульсометрии в течение смены;
- общей интенсивности и общему объему нагрузки по данным средней
частоты пульса за рабочую смену и т.д.
О
Исследование видимости
выполнения
технологических операций
Исследование видимости
вагонов
Исследование
оптимального
расстояния видимости
Исследование видимости
штабелей
Связь с обслуживающим
персоналом
II Зона работы
Исследование видимости
приемника накопителя
142
Зона работы
Р
АУ
интенсивности загрузки
времени адаптации,
тренировки
времени чистого управления
рабочего места
Влияния физиологических
факторов
реакции на операции
приема и обработки задания
оптимальных размеров
пульта управления
III
работоспособности
операторов муж. и жен. пола
ИССЛЕДОВАНИЕ
I
Рис. 5.6. Блок-схема проведения
Рис. 5.6 Блок-схема проведения исследований человека-оператора
системы автоматизированного группового управления ПТУ: I – система «краны
– оператор – зона»; II – исследование оператора по ориентации его в зонах
работы кранов; III – исследование функциональной деятельности оператора в
системе автоматизированного управления кранами; О – оператор; Р – пульт
управления; АУ – аппаратура управления;
и
– краны
143
5.2.2. Методика, аппаратура и условия проведения эргономических
исследований человека-оператора
В основу исследований по оценке функциональной деятельности
человека-оператора
хронометражных
в
ЭСАУ
наблюдений
была
с
положена
применением
общеизвестная
методов
методика
математической
статистики при обработке и интерпретации экспериментальных данных.
Характеристики функциональной деятельности оператора ЭСАУ (время
реакции его на задачу программы, точность обработки технологических
операций, количество включений за период рабочего цикла, время активной
занятости в управлении), получаемые в результате экспериментальных
исследований, являются, как правило, случайными величинами. Поэтому
обработка получаемых результатов при этом исследовании производилась
статистическими методами, основными задачами которых являются:
а) определение числовых характеристик исследуемых случайных величин;
б) проверка статистических гипотез относительно найденных числовых
характеристик (сравнение числовых характеристик между собой);
в) проверка влияния действия какого-либо фактора на изучаемую
характеристику деятельности оператора [28].
При проведении данных исследований функциональной деятельности
применялся хроноскопический способ с использованием двухстрелочного
секундомера С–П–1б.
Исследования по оценке физиологической загруженности человекаоператора ЭСАУ производились по вышеприведенной методике, используемой
при исследовании физиологической загруженности крановщиков ПТУ лесных
складов. При этом вся указанная аппаратура применялась подобным же
образом.
Исследования по оценке функциональной деятельности оператора
проводились в условиях Оленинского ЛПХ ЦНИИМЭ в 1968-72 гг. и в
условиях Горяче-Ключевского лесокомбината Краснодарского управления
144
лесного хозяйства в период 1977-82 гг., как в летний, так и в зимний период
времени.
Исследования по оценке физиологической загруженности оператора
проводились только в условиях Горяче-Ключевского лесокомбината в
указанный
период
времени
с
последующей
обработкой
полученных
экспериментальных данных в лабораторных условиях кафедры транспорта леса
и дорожно-строительных машин Воронежского лесотехнического института.
5.2.3. Исследования по оценке функциональной деятельности человекаоператора по показателям операционной загруженности
Инженерно-психологическое
исследование
деятельности
оператора
должно быть не только инженерным, но и психологическим, поскольку человек
остается человеком и тогда, когда он выступает в роли звена системы
управления [51, 52].
ЭСАУ консольно-козловыми кранами имеет следующие основные
параметры: время цикла регулирования, точность и надежность. А так как
оператор данной системы управления является наиболее важным ее звеном,
рассмотрение и исследование этих параметров производили, прежде всего, по
отношению к нему.
Оператор ЭСАУ начинал свою работу с подготовки и проверки
аппаратуры управления и технического состояния кранов. Убедившись в
нормальной работе аппаратуры управления и кранов, оператор приступал к
управлению ими на штабелевке и погрузке на основе принятого способа
выполнения этих операций и в соответствии с их технологическим процессом.
Воздействуя последовательно на органы управления движением кранов и их
технологического
оборудования,
оператор
осуществлял
все
приемы
штабелевочно-погрузочных операций.
Рассмотрим этот процесс поэлементно на примере одного крана.
Включив главный линейный контактор с пульта управления, оценив
обстановку и приняв решение, оператор осуществлял с помощью кнопки
145
дистанционного управления подъем грейфера до нужной высоты, а затем с
помощью переключателей задавал программу на перемещение его в
необходимую точку территории склада, обслуживаемой краном. Задача
программы осуществлялась тремя переключателями избранного конечного
положения грейфера или груза на дальнейший подъем, передвижение грузовой
тележки по ферме крана и передвижение самого крана.
С началом отработки механизмами этого крана заданной программы
оператор имел возможность производить описанные операции со вторым
краном, которые он должен был завершить к моменту отработки программы
первым краном.
Далее все повторялось примерно в той же последовательности, только с
учетом сложившихся особенностей рабочего момента. По окончании работы
оператор выключал главный линейный контактор крана (обесточивал все
крановые механизмы), а затем аппаратуру ДПУ.
Таким образом, процесс управления кранами во всех случаях имеет
общие черты. Команда управления, возникающая в результате действия
оператора, преобразуется и поступает к каждому крану, изменяя его
положение. Новое положение крана и измененное показание световой
сигнализации пульта управления информирует оператора о результатах его
действий. Это, в свою очередь, может потребовать от него принятия новых
решений и т.д. Так выглядит замкнутая система регулирования, в которой
оператор, связанный прямыми и обратными связями с управляемыми кранами
как подвижными объектами, выступает в роли важнейшего, наиболее
ответственного звена ее – регулятора [53].
Время цикла регулирования – это время, необходимое для перевода
объекта управления (крана) из некоторого исходного положения в требуемое,
заданное. Ввиду того, что другие звенья системы управления – реле времени,
блоки
задачи
и
отработки
команд
–
обладают
большей
скоростью
реагирования, время цикла регулирования определяется в основном временем
реакции оператора.
146
Так как объектом регулирования в ЭСАУ является движущийся объект –
консольно-козловой кран, то и реакция оператора будет сенсомоторной
реакцией на движущийся кран (РДК). Время этой реакции оператора будет
складываться из времени задержки и времени на задачу программы.
Время задержки складывается в этом случае из латентного периода
реакции (время оценки обстановки и принятия решения с момента достижения
краном
заданной
точки
до
начала
движения
к
соответствующему
переключателю или кнопке) и времени моторного компонента (длительность
ответного движения к соответствующему переключателю или кнопке).
Время на задачу программы зависит от того, на сколько положений она
задается движущемуся крану.
В реальных условиях работы крана по САГУ оператору приходится иметь
дело со многими сигналами (положение крана, грузовой тележки и грейфера,
наличие
сортиментов
в
накопителях,
положение
–
форма
штабеля,
местонахождение вагона, грузчиков, сигнальщиков и т.д.), причем каждый
требует определенного ответа – принятия решения, соответствующего только
ему одному.
Поэтому время задержки реакции оператора является величиной
переменной (случайной), а время на задачу программы – нажатие кнопки или
переключателя – является величиной постоянной, присущей данной кнопке или
переключателю.
Таким образом, общее время реакции оператора САГУ кранами зависит
от того, на сколько положений задается программа движущемуся крану
(объекту).
Выполненными исследованиями было установлено, что время реакции
оператора входит в общее время доводочных операций рабочего цикла, так как
задача программы производится в процессе выполнения операций по набору и
укладке пачки и зависит от продолжительности работы оператора в системе
управления.
147
С целью проверки этого положения, а также определения времени
реакции оператора на задачу любой программы, начиная с момента создания
САГУ, проводилось обучение оператора и одновременно определение времени
его реакции. При этом для измерения времени реакции оператора применялся
хроноскопический
способ.
Для
этого
использовался
двухстрелочный
секундомер С-П-Iб.
Ежедневно в течение длительного времени, по истечении нескольких
часов работы (2-3 часа) оператора в САГУ, проводился четырнадцатикратный
замер времени его реакции с задачей программы на одно, два и три положения.
На основании обработанных хроноскопических данных за каждый день
проведения опытов и по каждому варианту была построена графическая
зависимость
времени
оператора
от
продолжительности
его
работы
(тренировки), представленная на рис. 5.7. Из этого графика видно, что в первые
дни опытов время реакции несколько возрастает, в последующие уменьшается
и постепенно достигает определенного уровня – стабилизируется. Или в первые
дни оператор пробует различные приемы выполнения реакции, оценки
обстановки, выбирая оптимальный для себя – этот период является
ориентировочным,
поисковым,
затем
в
последующие
дни
начинается
собственно тренировка, или накопление навыков оператором, при этом
упрочняются его условные рефлекторные связи, которые лежат в основе
реакции.
Стабилизация
реакций
оператора
начинается
на
18-20
день
и
заканчивается на 24-26. Следовательно, период подготовки оператора САГУ
кранами находится в пределах 20-26 дней его работы. В дальнейшем время
реакции оператора (ВРО) на задачу программы определяется по ее
стабилизированному значению и с учетом времени на реакции самого
экспериментатора, т.е.
; 0,8 (с),
где
– действительное время реакции оператора;
– измеренное стабилизированное время реакции оператора;
(5.31)
148
0,8 – коэффициент, учитывающий время реакции экспериментатора.
10,5
10,0
9,5
9,0
Время реакции оператора системы АГУ в сек.
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
0
2
4
Поиск
6
8
10
12
14
16
Период освоения
18
20
22
24
26 28
30
Начальный период нормальной работы
Рис. 5.7. Зависимость времени реакции ( ) оператора САГУ от
длительности периода его обучения (
)
149
При оценке САГУ кранами ККУ-7,5 неизбежно возникает вопрос о
точности работы оператора, т.к. точность работы системы управления зависит
от всех составляющих ее элементов и в большей степени от человека –
оператора. Поэтому изучение его ошибок имеет большое значение при
определении точности работы САГУ в целом.
С этой целью нами было проведено исследование точности остановки
крана оператором при действии кнопками дистанционного управления из его
кабины и в зависимости от расстояния удаления крана от нее.
При остановке крана в заданных точках (поперечные оси накопителей)
оператор
ориентировался
по
приемникам-накопителям,
штабелям
лесоматериалов и вагонам, поданным под погрузку. Ошибка в точности
остановки крана определялась величиной его смещения в ту или иную сторону
от нулевого (заданного) положения.
На основании серии опытов, проведенных в течение нескольких дней,
вычислена постоянная ошибка как среднее арифметическое всех допущенных
ошибок для заданных положений крана.
По полученным данным построена кривая (рис. 5.8) распределения
ошибок, допускаемых оператором при остановке крана в заданных точках на
различном расстоянии от его местонахождения. Путем соответствующей
математической обработки установлена прямолинейная зависимость точности
остановки крана оператором от расстояния его удаления следующего вида:
,
где
(5.32)
– точность остановки крана оператором в м;
– расстояние удаления крана от пульта управления оператора в м;
– постоянные коэффициенты.
Как видно из этого рисунка, точность остановки крана против пульта
управления и на расстоянии до 25 м от него достаточно велика. Но с удалением
150
от пульта в обе стороны она падает, и на расстоянии 70 м неточность остановки
достигает 0,9 м. При такой неточности остановки уже затруднительно
выполнение операций по штабелевке и погрузке лесоматериалов. Поэтому в
системе ДПУ введена автоматическая остановка крана, обеспечивающая
постоянную величину неточности (ошибки). На рисунке она представлена
прямой, параллельной оси абсцисс:
.
(5.33)
Таким образом, точность оператора при выполнении штабелевочнопогрузочных операций в САГУ однотипными ПТУ повышается с применением
автоматической остановки крана и грузовой тележки в точках, определенных
технологией штабелевки и погрузки.
За период работы САГУ были подготовлены два оператора системы
дистанционно-программного управления. Первый оператор – в возрасте свыше
30 лет и с 8-летним стажем работы крановщиком на ККУ-7,5, второй – в
возрасте до 25 лет и практически без стажа работы на кранах. Анализ их
деятельности в системе управления показал, что первый оператор имел
несколько меньший период обучения (на 2-3 дня) по сравнению со вторым и
большую точность в выполнении операций в первое время. Зрение обоих
операторов нормальное, бинокулярное без резкого нарушения цветоощущения,
что позволило им производить все операции с достаточной точностью на
расстоянии до 150 м от пульта управления.
Примененная на пульте управления световая сигнализация позволяла
обоим операторам точно определять положение всех механизмов крана и
помогала им в выполнении штабелевочно-погрузочных операций. Взаимное
расположение командных органов (переключателей и кнопок) на пульте
управления, как показали испытания, удачно и обеспечивает удобную работу
оператора в сидячем положении.
151
М величина неточности,
1,0
0,9
0,8
0,7
М=0,012L+0,056
0,6
0,5
151
0,4
М=0,012L+0,056
0,3
0,2
0,1
75
65
70
55
60
45
50
35
40
25
30
Расстояние
15
20
от
5
10
пульта
5
0
управления
15
10
25
20
в
35
30
45
40
50
М
Рис. 5.8. Точность остановки крана ККУ-7,5 оператором в зависимости от расстояния его удаления от объекта
управления
152
Как показали испытания, работа оператора в САГУ однотипными
кранами надежна и эффективна, так как объем и скорость поступления
различной информации не превышает пропускной способности его «сенсорного
входа». Оператор легко запоминает поступившую информацию и затем
использует ее в своей работе, причем тренированность оператора повышает эту
способность.
Как видно, деятельность оператора САГУ, как правило, не связана с
физической тяжестью труда и, следовательно, предпочтение для ее оценки
должно
отдаваться
показателям
напряженности
труда.
По
причинам
возникновения и, соответственно, методам определения напряженность труда
подразделяется на основные два вида: эмоциональная, связанная с нервнопсихическими
факторами
трудовой
деятельности,
и
операционная,
выражающаяся сложностью выполнения операций и занятостью в процессе
управления [54].
Операционная напряженность человека-оператора характеризуется теми
же внешними факторами труда, которые при определенном их значении
являются причиной утомления и функциональных изменений в его организме,
что и крановщика.
С помощью ряда показателей (коэффициент загруженности, период
занятости и др.) это позволяет сравнительно просто оценить трудовой процесс,
в том числе дать сравнительную оценку трудовой деятельности, например, в
нашем случае крановщиков и операторов САГУ. Вместе с этим, для оценки
также использованы такие показатели, как количество включений в рабочем
цикле управления кранами, время, затрачиваемое непосредственно на операции
включения, и общее время активного участия в управлении, состоящее из
времени на операции включения, слежения и контроля над объектами
управления. В проведении подобных исследований использован метод
хронометражных наблюдений. Результирующие данные их сведены в табл. 5.1.
С целью исключения ошибок в оценке трудовой деятельности операторов и
153
крановщиков системы, связанных с их индивидуальными особенностями и
рабочими
навыками,
хронометражные
наблюдения
велись
за
двумя
крановщиками (при выполнении ими функций крановщиков или операторов).
Данные хронометража свидетельствуют о следующем.
Управляя кранами со стропными комплектами, крановщики за один
рабочий цикл (в среднем
= 4,5 мин.) производят от 30 до 80 включений и
переключений при управлении краном ККС-10 на штабелевке и до 90 – при
погрузке. Соответственно среднеарифметические данные по количеству
включений составляют 48 и 64. Для крана БКСМ-14ПМ эти показатели имеют
такие значения: количество включений от 60 до 150 на штабелевке и от 80 до
150 на погрузке; среднеарифметические показатели соответственно 96 и 116.
Время,
затрачиваемое
крановщиками
на
операции
включения
и
переключения, составляет от 30 до 50 % на кране ККС-10 и от 35 до 60 % – на
кране БКСМ-14ПМ от полного времени цикла. При этом время активной
занятости крановщиков в управлении каждым из кранов находится в пределах
50-85 %.
Оператор системы ГДПУ кранами со стропами и с рациями за цикл
работы одного из кранов производит от 15 до 35 включений. Суммарное
количество включений в цикле при управлении двумя кранами составляет
32-60. Время активной занятости занимает 40-70 %, а операции включения –
12-18 % времени рабочего цикла.
В освоенном варианте САГУ разнотипными кранами со стропными
комплектами и с рациями эти показатели улучшаются на 10-15 %. При
групповом управлении кранами с грейферами показатели следующие:
количество включений для одного из кранов 32-70, для двух – 70-120, активная
занятость в управлении 65-95 % и время на операции включения 35-50 % от
полного времени цикла (
= 3,3 мин.).
154
Таблица 5.1
Среднестатистические сравнительные данные по количеству включений и
занятости в управлении оператора САГУ с крановщиками
№
п/
п
1
1
2
3
4
5
6
7
Сравниваемые
варианты
Усредненные и статистические
показатели
1 крановщик2 крановщикоператор
оператор
К-во
К-во
включений М
включений М
2
3
4
Обычное управление
48
50
Кран ККС-10
64
75
96
100
Кран БКСМ14ПМ
115
122
САГУ
38
41
со стропами
(врабатывание)
46
50
35
36
со стропами
37
40
80
82
с грейферами и
сигнальщиками
87
89
67
68
с грейферами и
ПТУ
71
75
с грейферами и
61
ПТУ
65
(окончательный)
Время на
включения
Время активной
занятости
% от
% от
5
6
30-50
50-85
35-60
50-85
12-18
40-70
10-15
35-60
35-50
65-95
32-44
60-85
28-40
60-80
Примечание. В числителе значения при штабелевке, в знаменателе – при
погрузке.
Данные хронометража показывают хорошую действенность в аспекте
управления
кранами,
оборудованными
грейферами
и
телевизионной
установкой. Показатели в таком варианте системы на 11-17 % лучше, чем в
варианте
без
телевизионной
установки.
Дополнительно
проведенный
хронометраж работы операторов по этому варианту системы дал еще более
устойчивые и высокие показатели: количество включений суммарное для обоих
кранов от 50 до 80 (среднеарифметическое – 61); время активной занятости –
60-80 % и время непосредственно на включения – 28-40 % от времени рабочего
155
цикла (
≈ 3,0 мин.). Это свидетельствует о том, что операторы достаточно
хорошо освоили систему управления, т.е. период адаптации закончился.
Сравнивая показатели по приведенным вариантам, можно сделать
определенные выводы по оценке труда крановщиков и операторов.
При групповом управлении кранами со стропами все показатели лучше
по сравнению с аналогичными при обычном управлении, что, безусловно,
говорит в пользу САГУ кранами.
При управлении группой кранов с грейферами и с грейферами и
телеустановкой (основной рабочий вариант) показатели вполне сравнимы, а в
последнем варианте даже несколько лучше, чем при обычном управлении. К
тому же здесь следует учесть, что время рабочего цикла сократилось почти в
1,5 раза по сравнению с базовым вариантом – обычным управлением кранами.
Кроме того, весьма неравноценны действия крановщиков и операторов по
управлению кранами. Крановщик, управляя краном с помощью кулачковых
контролеров, прикладывает определенные физические усилия и, находясь в
стесненных условиях кабины, имеет ограниченную обзорность рабочей зоны. В
результате крановщик имеет недостаточный объем информации, необходимой
для управления краном. Это заставляет его работать в неудобных позах,
выглядывая и высовываясь из окон кабины. Оператор, находясь в просторной
операторской, управляет кранами с помощью тумблеров и кнопок, т.е. его труд
лишен каких-либо элементов физической тяжести. Хорошая обзорность
рабочей зоны и дополнительные средства индикаторов на пульте управления
дают достаточное количество необходимой информации и создают условия
благоприятной трудовой деятельности.
5.2.4. Исследования по оценке загруженности человека-оператора на
основе физиологических параметров
Исследования
человека-оператора
по
физиологической
САГУ
оценке
разнотипными
напряженности
кранами
труда
проводились
156
непосредственно на рабочих местах во время трудового процесса. Для
получения более достоверной информации влияние внешних факторов
(солнечной радиации, климатических условий и пр.), а также условий
организации
труда
(подбор
рабочих
смен
с
примерно
одинаковой,
стопроцентной плановой загруженностью, исключались вынужденные простои
и пр.) было сведено до минимума. Экспериментальные исследования были
выполнены в два этапа: первый этап, когда еще недостаточно были отработаны
операторами навыки по дистанционному управлению кранами с грейферами,
особенно с грейферами и телевизионной установкой, т.е. период адаптации
оператора; второй этап проводился несколько позднее в виде дополнительных
исследований с подготовленными операторами САГУ.
Основные исследования первого этапа проводились с одним человекомоператором. При этом ЭКГ были сняты при его работе на каждом из кранов в
качестве крановщика и в качестве оператора САГУ двумя кранами.
Подтверждающие (контрольные) исследования выполнялись со вторым
крановщиком-оператором в тех же производственных условиях. Исследования
проводились в дневные и в вечерние рабочие смены. В итоге экспериментом
было охвачено 60 рабочих смен, из них 42 дневных и 18 – вечерних, в том
числе 43 смены с первым оператором и 17 – со вторым. Распределение сменных
сеансов по исследуемым вариантам дано в табл. 5.2.
Дополнительные исследования проводились с одним крановщикомоператором в варианте работы САГУ кранами с грейферами и ПТУ в
количестве 10 сменных сеансов (7 – в дневную смену и 3 – в вечернюю).
С целью сокращения материальных и временных издержек при снятии
ЭКГ и дальнейшей обработке полученных данных, но сохранения при этом
возможности выявления динамики сердечного ритма во время трудового
процесса, регистрация биопотенциалов сердца велась на протяжении полной
рабочей смены 5-7-минутными сеансами после каждого часа работы.
157
В результате проведенных исследований получен значительный объем
экспериментальных
данных
в
виде
записанной
на
магнитной
ленте
информации.
Таблица 5.2
Распределение сменных сеансов по исследуемым вариантам
Крановщикоператор
1
1 оператор
Варианты
САГУ кранами
с грейф. и с грейф. и
со
ПТУ
стропами и сигнальщ
иками
рациями
5
6
7
Кран
ККС-10
Кран
БКСМ14ПМ
Смены
2
3
4
1 смена
2 смена
5
2
5
2
7
3
6
3
7
3
1 смена
2
2
3
2
3
2 смена
1
1
1
1
1
2 оператор
Естественно, обработать такой поток информации вручную (хотя это и не
представляет труда в инженерном отношении по формулам проведенной
методики) было бы неоправданной затратой времени. Поэтому важнейшей
задачей этого этапа является обеспечение машинной обработки полученных
данных.
Блок-схема
процесса
машинной
обработки
кардиографической
информации была представлена ранее [18].
После завершения вычислительного процесса результаты обработки из
накопителя поступают на выход ВМ, а ячейки очищаются и подготавливаются
для обработки следующего массива исходных данных.
Обработка электрокардиографической информации в соответствии с
вышеизложенной методикой выполнена на ЭВМ-1600.
Результаты анализа пульсометрических данных показали следующее.
Подтверждено, прежде всего, как и предполагалось, что труд крановщиков и
операторов
не
Результирующие
показателен
усредненные
с
точки
зрения
сравниваемые
крановщиков и операторов приведены в табл. 5.3.
физической
данные
тяжести.
пульсометрии
158
Таблица 5.3
Усредненные сравниваемые данные пульсометрии крановщиков кранов ККС10 и БКСМ-14ПМ и оператора САГУ
№
п/п
1
1
2
3
4
5
Значения частоты
сердечного ритма,
уд/мин
2
Исходное состояние
Наивысшее значение
в процессе работы
Средний уровень в
процессе активной
работы
Средний уровень за
смену
В конце смены
Кран
ККС10
3
60
Сравниваемые варианты
САГУ
Кран
с грейферами и
со
БКСМ14ПМ стропами сигнальщиками
4
5
6
60
60
60
с грейферами
и ПТУ
7
60
112
118
88
102
94
82
91
68
78
74
79
84
64
72
66
87
104
70
78
73
Данные частоты пульса, регистрировавшиеся на протяжении полных
рабочих смен, свидетельствуют о следующем. При одинаковом исходном
состоянии (перед началом работы) уровня пульса 58-60 ударов в минуту
средний уровень в процессе работы поднимался у крановщиков на кране
ККС-10 до 82 уд/мин (на 30 %), на кране БКСМ-14ПМ до 91 уд/мин (на 50 %), а
у операторов САГУ кранами со стропами всего лишь до 68 ударов (на 13 %), и
в варианте с грейферами и телеустановкой до 74 ударов. Аналогично
распределение наивысшего значения уровня пульса за смену по сравниваемым
вариантам. В процессе работы на кране БКСП-14ПМ оно достигло 118 уд/мин
(в 2 раза больше исходного), несколько ниже – 112 уд/мин на кране ККС-10 и
94 уд/мин за пультом дистанционного управления в варианте системы с
грейферами и ПТУ.
Следуя методике оценки физической тяжести труда по средней,
максимальной и общей (по данным среднего уровня пульса за смену)
интенсивности пульса [29], труд крановщиков можно отнести к категории,
приближающейся к средней тяжести. Труд оператора САГУ вообще не связан с
физической тяжестью, и его лишь формально можно отнести к категории работ
с легкой физической нагрузкой.
159
Весьма показательна динамика средней частоты пульса на протяжении
полной рабочей смены в рассматриваемых вариантах (рис 5.9). Монотонное
возрастание пульса у крановщиков на протяжении четырех часов первой
половины смены на кране ККС-10 (и более резкое – на кране БКСМ-14ПМ) и
дальнейшее возрастание после часового перерыва, отсутствие выраженных фаз
врабатывания может свидетельствовать о хорошей адаптации крановщиков к
органам управления кранами. В то же время достаточно высокий показатель
частоты пульса в конце смены (до 90 уд/мин) определяет определенную
физическую усталость крановщиков.
Уд/мин
110
100
1
1
90
2
80
2
4
4
70
5
5
3
60
0
1
2
3
3
4
5
6
7
8
t, ч
Рис. 5.9. Динамика средней частоты пульса в течение рабочей смены:
1 – на кране БКСМ-14ПМ; 2 – на кране ККС-10; 3 – при САГУ кранами со
стропами; 4 – при САГУ кранами с грейферами; 5 – при САГУ кранами с
грейферами и ПТУ
Увеличение частоты пульса до 72 уд/мин у операторов САГУ в первый
же час работы и последующее снижение до почти устойчивого состояния
говорит о явно выраженной стадии врабатывания. Все последующие
показатели на протяжении рабочей смены свидетельствуют об отсутствии
160
какого-либо физического напряжения. Частота пульса в конце рабочей смены
лишь немного превышает исходное значение (до работы).
Как уже указывалось, труду крановщиков и операторов сопутствует
нервно-эмоциональная напряженность, показатели которой в данном случае
имеют решающее значение для сравнительной оценки исследуемых трудовых
процессов. Показатели нервно-эмоциональной напряженности определялись по
результатам
статистических
данных,
гистографического
и
автокорреляционного анализов, усредненные значения которых по вариантам
сравнения приведены в табл. 5.4.
Таблица 5.4
Средние показатели нервно-эмоциональной напряженности крановщиков и
оператора САГУ в течение рабочей смены
№ Показатели по
п/п сравниваемым исходное
значение
вариантам
Обычное управление
1. Кран ККС-10
70
0,64
7
2. Кран БКСМ70
14ПМ
0,54
9
САГУ
3. Со стропами
75
0,57
6
4. С грейферами и
70
сигнальщиком
0,68
10
5. С грейферами
75
и ПТУ
0,66
9
70
6. С грейферами
и ПТУ
(освоенный)
Полученные
Усредненные значения по часам работы
через
1ч
через
2ч
через
3ч
через
4ч
через
5ч
через
6ч
через
7ч
через
8ч
130
0,71
11
210
0,75
12
240
0,89
13
280
0,81
15
260
0,9
11
350
0,78
15
300
0,94
19
360
0,47
8
270
0,51
8
250
0,51
10
570
0,84
15
330
0,75
11
450
0,76
13
480
0,79
13
500
0,78
13
450
0,76
11
280
0,91
18
360
0,71
13
320
0,75
13
270
225
0,92
18
290
0,94
23
250
0,89
21
230
200
0,74
15
300
0,73
15
250
0,81
20
250
200
0,63
12
310
0,85
16
260
0,67
13
260
220
0,87
16
300
0,92
22
290
0,74
16
230
190
0,75
12
360
0,74
14
300
0,95
21
270
200
0,67
8
400
0,89
13
330
0,81
19
300
230
0,76
15
460
0,85
18
380
0,86
17
350
автокорреляционные
функции
и
определяющие
их
параметры показали, что труд крановщиков и операторов не является
чрезвычайно напряженным и не достигает предельных экстремальных значений
по напряженности. В корреляционных функциях не отмечено ярко выраженных
участков резкого спада функции к нулю, а также очень затянутых медленных
161
спадов. Первое достижение корреляционной функцией нулевого значения
колеблется в пределах
= 6…25 сдвигов. В общем же корреляционный анализ
оказался малоинформативным в нашем случае для сравнительной оценки
напряженности труда крановщиков и операторов, так как вид корреляционных
функций в том и другом случае имеет незначительные отличия.
Гораздо более информативным оказался индекс напряжения ИН,
значения которого достаточно хорошо согласуются с исследуемым трудовым
процессом. Поэтому дальнейшая оценка напряженности труда крановщиков и
операторов САГУ была проведена на основе индекса напряжения. Примеры
вариационных пульсограмм (гистограмм) изображены на рис. 5.10, а
усредненная динамика ИН в течение рабочей смены для сравниваемых
вариантов представлена на рис. 5.11.
Наибольших значений индекс напряжения достигает у крановщиков на
кране ККС-10, особенно во вторую половину смены, приближаясь к величине
ИН = 600. Очевидно, здесь сказывается не физическое напряжение трудового
процесса, а условия труда на указанном кране. Работая в постоянно
перемещающейся по монорельсу кабине, крановщик подвергается тряскам,
вибрациям, толчкам, раскачиваниям и т. д.
На кране БКСМ-14ПМ индекс напряжения у крановщиков достигает
значения ИН = 500, т.е. почти на 100 единиц меньше, чем на кране ККС-10. Это
свидетельствует о лучших условиях труда крановщиков башенного крана, тем
более что трудовой процесс по данным пульсометрии на этом кране даже
несколько физически напряженнее, чем на консольно-козловом.
Во всех вариантах САГУ кранами индекс напряжения операторов
меньше, чем у крановщиков. Это безусловное свидетельство улучшения
условий труда операторов. Наивысшего значения (ИН = 470) индекс
напряжения
достигает
в
варианте
САГУ
кранами
с
грейферами
и
сигнальщиком. Напряженность труда оператора в таком варианте легко
объяснима. Во-первых, на оператора возлагается часть функций, которые
выполняли стропальщики, по набору и укладке пачек лесоматериалов с
162
помощью грейфера. Во-вторых, сказывается сложность управления грейфером
дистанционно с помощью сигналов вспомогательного рабочего-сигнальщика,
которые не всегда характеризуются четкостью и последовательностью.
n
a
3
6
7
4
60
2
50
8
0
40
5
1
30
20
10
0
n
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
С
б
1
70
60
2
6
4
50
8
0
7
40
3
30
20
5
10
0
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
С
Рис. 5.10. Динамика вариационных пульсограмм (гистограмм) в течение
рабочей смены: а – на кране ККС-10; б – при САГУ кранами со стропами
163
ИН
600
2
500
1
400
1
4
300
200
5
100
3
0
1
2
3
4
2
5
3
4
5
6
7
8
,ч
Рис. 5.11. Усредненная динамика индекса напряжения в течение рабочей
смены: 1 – на кране БКСМ-14ПМ; 2 – на кране ККС-10; 3 – при САГУ кранами
со стропами; 4 – при САГУ кранами с грейферами; 5 – при САГУ кранами с
грейферами и ПТУ
Лучшим
телевизионной
доказательством
установки,
этому
которая
служит
способствует
введение
в
систему
снижению
индекса
напряжения на 70 единиц при испытаниях на первом этапе и до 100 единиц в
испытаниях второго этапа (после окончания периода адаптации оператора в
такой системе). Такое снижение индекса напряжения можно объяснить тем, что
оператор получает возможность визуального контроля за выполненными
действиями.
Наиболее низкий индекс напряжения отмечается в варианте САГУ
кранами со стропами. Здесь объяснение, на наш взгляд, достаточно простое –
оператор гораздо менее загружен: при большей продолжительности рабочего
цикла он имеет больше пауз для отдыха, в частности, во время строповки и
отстроповки пачек материалов стропальщиками.
Можно также отметить, что для функциональной деятельности оператора
во всех возможных вариантах САГУ разнотипными электрическими кранами
164
характерно резкое возрастание индекса напряжения в первый же час работы.
Это также можно объяснить адаптационными свойствами человека-оператора в
системе управления, так как в проведенных заключительных исследованиях
отмечается явно более плавное прирастание индекса напряжения.
В целом итоги исследований по оценке загруженности человекаоператора на основе физиологических параметров показывают, что труд
операторов системы САГУ кранами по сравнению с трудом крановщиков
становится значительно менее тяжелым и менее напряженным.
5.2.5. Определение оптимального количества подъемно-транспортных
устройств в зависимости от функциональных и физиологических возможностей
человека-оператора
Энергия
(см. подраздел 5.1.2) на активную деятельность человека-
оператора системы САГУ расходуется в двух качественно разных формах:
психической деятельности мозга и физической деятельности двигательных
органов. В общем балансе энергозатрат организма человека-оператора
физическая работа его невелика, так как все включения механизмов ПТУ он
производит с пульта управления нажатием соответствующих кнопок или
тумблеров. Преимущественно энергетические затраты человека-оператора
системы автоматизированного управления связаны с выполнением выше
отмеченных функций управления, которые и положены в основу определения
оптимального количества ПТУ, включенных в данную систему управления.
Для решения задачи определения оптимального количества ПТУ в группе
в зависимости от функциональных возможностей человека-оператора была
применена аппаратурная методика, основанная на принципе дополнительной
загрузки
оператора
сенсомоторными
функциями
по
управлению
с
имитированным дополнительным объектом [55]. Смысл такого метода
заключается в следующем: оператору для управления группой ПТУ (кранов)
требуется определенное время
для выполнения его сенсомоторных функций,
165
т.е. для выполнения операций по перемещению грузов при выполнении
штабелевки и погрузки лесоматериалов каждым из ПТУ (кранов) оператору
необходимо оценить обстановку, принять решение, произвести необходимые
включения и переключения (моторные действия) на пульте управления и
выполнить контроль исполнения (отработки) заданной программы. На
выполнение указанных функций оператор располагает определенным временем
. Если это время окажется меньше требуемого, т.е.
, то оператор может
полноценно управлять объектами, находясь в зоне так называемого временного
комфорта.
Если
же
окажется,
что
,
то,
естественно,
ввиду
перегруженности, оператор (хотя и в ущерб качеству управления) будет
стремиться к сокращению
и прежде всего за счет сенсорных, высших форм
деятельности (восприятия, оценки и принятия решения). Это, в свою очередь,
увеличивает напряженность трудового процесса и может привести к сбоям,
ошибкам и срывам в управлении. Чем больше соотношение К р =
tp
t тр , тем
выше вероятность фазы срывов.
В связи со сказанным загруженность оператора определялась по
комплексной
оценке:
количеству
ошибочных
действий
и
на
основе
физиологических показателей при выполнении основных функций по
управлению двумя кранами и дополнительных, имитирующих управление
третьим краном. Для создания дополнительной загруженности или для
имитации управления третьим краном у основного пульта управления
оператора был установлен дополнительный упрощенный пульт, связанный с
пультом экспериментатора. К пульту оператора прилагались отдельно
устанавливаемые 3 световых табло, имитирующие крановые механизмы с
надписями «кран», «тележка», «подъем». Дополнительный пульт оператора
представляет собой панель управления, разделенную на 3 поля (соответственно
166
на каждый имитируемый механизм) с 5 тумблерами и 5 сигнальными
лампочками на каждом из полей. В этом пульте также был установлен зуммер.
Эксперимент заключался в следующем. Во время работы оператора по
управлению двумя кранами (ККС-10 и БКСМ-14ПМ) экспериментатор подавал
примерно в той же, что и для указанных кранов, последовательности и
интенсивности отвлекающие сигналы, включая табло и сигнальные лампы.
Оператор должен соответствующим тумблером снять сигнал, т.е. выключить
табло и лампу. В случае, если оператор не среагировал на сигнал светового
табло или сигнальной лампы в течение 3 секунд, включался зуммер. Затем, если
в течение двух последующих секунд оператор не снимал сигнал, это
принималось за сбой в работе. Кроме таких сбоев учитывались ошибки,
допущенные в переключениях на дополнительном пульте и непосредственно в
управлении кранами.
Эксперимент проводился в условиях стопроцентного выполнения
плановых сменных заданий. Данные эксперимента были сведены в табл. 5.5.
Анализируя результаты эксперимента, можно сделать следующие
выводы. Оператор при управлении кранами со стропными комплектами имеет
резерв времени, достаточный для управления третьим краном. В то же время
труд его свидетельствует о некоторой напряженности, так как в конце работы
иногда даже появляются сбои.
При управлении кранами с грейферами (особенно в варианте с
сигнальщиками) количество сбоев и ошибок свидетельствует о высокой
напряженности труда оператора.
Физиологическое состояние оператора определялось на основе данных
электрокардиографических измерений. Индекс напряжения, определенный на
основе ЭКГ – информации [16], свидетельствует, что труд оператора при
управлении кранами со стропами и дополнительной имитацией работы
третьего крана примерно соответствует напряженности труду крановщиков на
кране ККС-10 (см. табл. 5.6).
167
Напряженность труда оператора при работе кранов с грейферами резко
возрастает в самом начале смены, затем постепенно повышается и к середине
смены достигает критических значений 700-1000 [24].
В данном случае оценка напряженности труда по количеству сбоев
(ошибок) и на основе физиологической информации хорошо согласуется между
собой. Следовательно, можно резюмировать, исходя из функциональных
возможностей человека-оператора, что дистанционно-программное управление
возможно одновременно тремя кранами со стропными комплектами и не более,
чем двумя кранами, оборудованными грейферами.
При
этом
напомним,
что
эксперимент
проводился
в
условиях
стопроцентного выполнения сменных заданий и соответствующей загрузке
кранов. В случае меньшей загруженности (использование по времени) кранов
их количество в группе может определяться индивидуально в каждом
конкретном случае.
168
Таблица 5.5
Результаты эксперимента функциональной деятельности оператора (количество ошибок) при включении третьего
крана в систему САГУ
№
п/п
1
1.
2.
через 7 ч
9
через 8 ч
10
2сб.
1сб.
2сб.
3сб.
2ош.
2сб.
1сб.
4сб.
3ош.
-
6сб.
4ош
-
-
-
4сб.
1ош.
-
5сб.
2ош.
-
-
-
168
3.
Сравниваемы
Ошибки и сбои по часам работы
е варианты
через 1 ч
через 2 ч
через 3 ч
через 4 ч
через 5 ч
через 6 ч
2
3
4
5
6
7
8
САГУ кранами со стропами
1 сеанс
4сб.
2сб.
1сб.
0
0
1сб.
1ош.
2 сеанс
1сб.
0
0
0
0
0
3 сеанс
0
0
0
0
0
0
САГУ кранами с грейферами и сигнальщиками
1 сеанс
5сб.
4сб.
3сб.
4сб.
3сб.
2сб.
1ош.
1ош.
2ош.
1ош.
1ош.
2ош.
2 сеанс
3сб.
5сб.
4сб.
5сб.
2ош.
1ош.
2ош.
3 сеанс
5сб.
3сб.
5сб.
4сб.
1ош.
1ош.
1ош.
3ош.
САГУ кранами с грейферами и ПТУ
1 сеанс
3сб.
3сб.
4сб.
5сб.
4сб.
3сб.
1ош.
1ош.
1ош.
2 сеанс
2сб.
4сб.
3сб.
4сб.
1ош.
1ош.
2ош.
3 сеанс
3сб.
3сб.
4сб.
4сб.
2ош.
1ош.
169
Таблица 5.6
Значение индекса напряженности человека-оператора САГУ в течение рабочей смены
№
Сравниваемы
п/п
е варианты
Ошибки и сбои по часам работы
исходное
через 1 ч
через 2 ч
через 3 ч
через 4 ч
через 5 ч
через 6 ч
через 7 ч
через 8 ч
4
5
6
7
8
9
10
11
значение
1
1.
2.
3
САГУ кранами со стропами
1 сеанс
75
260
230
310
350
290
370
420
530
2 сеанс
70
180
240
250
420
250
380
410
480
3 сеанс
70
180
220
270
300
250
250
360
460
САГУ кранами с грейферами и сигнальщиками
1 сеанс
70
550
680
770
850
610
750
880
960
2 сеанс
75
500
770
750
880
-
-
-
-
3 сеанс
70
480
650
700
870
-
-
-
-
САГУ кранами с грейферами и ПТУ
1 сеанс
75
480
570
680
820
460
590
730
860
2 сеанс
70
500
620
680
860
-
-
-
-
3 сеанс
70
460
590
650
800
-
-
-
-
169
3.
2
170
6.
ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ
ВОПРОСЫ
РАЗРАБОТКИ
ЭСАУ
ВЕДУЩИМИ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ НА
ЛЕСНЫХ СКЛАДАХ
При вывозке древесины из леса (лесосеки) в виде хлыстов и деревьев
особую значимость приобретает лесоскладское производство. При такой
технологии на лесных складах осуществляются все основные операции по
первичной обработке древесного сырья, определяющие конечный результат
производственной
деятельности
лесопромышленного
предприятия.
Его
основной продукцией будут оставаться круглые лесоматериалы (сортименты)
различного назначения.
Важным условием нормального функционирования каждого лесного
склада является четкая организация производственных участков разгрузочно –
штабелевочно – погрузочных работ.
В таком случае ведущими механизмами на лесных складах, начиная с
разгрузки
хлыстов
и
заканчивая
погрузкой
круглых
лесоматериалов
(сортиментов), будут козловые, консольно-козловые и башенные электрические
крановые установки нового поколения. Это кран-лесопогрузчик КБ-578 (взамен
выпускаемого ранее КБ-572), консольно-козловой кран лесной модификации
КЛ-12,5
(для
замены
изношенных
кранов
ККС-10),
козловой
кран
лесопогрузчик ЛТ-62В (вместо ранее выпускаемого ЛТ-62).
Следовательно, проблема разработки и создания оптимальных систем
автоматизированного группового управления этими ведущими механизмами
лесных складов была и остается на сегодняшний день еще более актуальной.
6.1.
Важность
эргономической
оценки
ЭСАУ
подъемно-
транспортными устройствами (кранами)
Использование в настоящее время в лесопромышленном производстве
новых технологий более глубокой и безотходной переработки древесины в
условиях лесных складов позволяет выдвинуть концепцию перевода подъемнотранспортных устройств (ПТУ) на системы автоматизированного управления,
171
которые должны быть лучше приспособлены к человеку-оператору. В рамках
этой концепции выбор технических решений при разработке таких систем
управления будет осуществляться на основе определенных эргономических
требований для максимального учета возможностей человека-оператора.
В самом общем случае система автоматизированного группового
управления (САГУ) включает
[12] рабочее место человека-оператора,
оборудованное органами управления на соответствующем пульте и в
специализированном
помещении,
вспомогательным
оборудованием,
содержащим устройства обратной связи по зрительному, слуховому и другим
каналам. Человек-оператор в данном случае отделен от выполняемой задачи
как бы дистанционным барьером, так как рабочее пространство (зоны
производства работ ПТУ) находится на некотором удалении от него
(оператора).
Расположение человека-оператора на некотором удалении от рабочего
пространства уменьшает его связь с реальностью выполняемой работы ПТУ,
что выражается в обеднении информации о ходе решения поставленной задачи
и окружающей среде, а также о результатах его действий, что влечет за собой
снижение возможностей оператора идеально выполнить свою задачу.
Взаимодействие между человеком-оператором и задачей в основном
состоит в переносе информации между оператором с одной стороны, системой
управления и ПТУ – с другой. Идеальный (оптимальный) вариант системы
автоматизированного управления ПТУ позволит оператору работать на
расстоянии с равной или даже большей эффективностью по сравнению с
обычной системой управления [60]. Однако считается, что достичь этой цели
нельзя
без
организации
телесимбиоза,
эффекта
присутствия
или
«прозрачности» системы [61...63].
По нашему мнению, чтобы в системе человек-оператор − система
автоматизированного управления − ПТУ создать телесимбиоз, необходимо
четко знать место оператора в контуре человек − ПТУ − задача. Роль
эргономиста
(исследователя)
заключается
в
том,
чтобы,
осуществляя
172
исследования системы человек-оператор − система автоматизированного
управления − ПТУ, снабжать инженеров (разработчиков) необходимой
информацией (физиологическими и психофизиологическими данными о
возможностях
человека)
и
затем
(на
их
основе)
проводить
оценку
необходимого технического оборудования и его размещения в системе.
Вместе с тем, ПТУ с системой автоматизированного управления и
человеком-оператором,
выполняющим
задачу
управления,
можно
рассматривать как составные части системы человек − машина − среда. Такая
система состоит из множества элементов, которые все вместе содействуют
достижению общей цели. Выходы этой системы зависят не только от
характеристик каждого элемента, но и от их взаимодействия. Система такого
типа представлена на рис. 6.1.
Взаимодействия
между
человеком-оператором
и
ПТУ
через
автоматизированную систему управления можно проанализировать в рамках
приведенной системы человек − машина − окружающая среда. В этом плане
можно всегда перейти к систематическому изучению физиологических и
психофизиологических требований к оператору, оценивающему обстановку
или
выполняющему
задачу
посредством
системы
автоматизированного
управления (САУ) с соответствующим ПТУ.
Принимаемая
Персоналом информация
Переданная
Персоналом информация
Человек (оператор)
Действие
Информация
Входы
Выходы
Машина (ПТУ)
Среда
Рис. 6.1. Схема системы человек (оператор) – машина (ПТУ) – среда (зона
обслуживания ПТУ)
173
Таким
образом,
концепция
интерфейса,
позволяющего
оператору
«общаться» с машиной (ПТУ) через САУ, должна учитывать возможности
человека в первую очередь. «Успех» системы человек (оператор) − машина
(ПТУ) − среда (зона обслуживания ПТУ), т.е. ее способность осуществлять
заданную задачу (программу), в огромной степени зависит от соответствия
характеристик САУ + ПТУ функциональным возможностям человека.
При
эргономической
оценке
различных
подъемно-транспортных
устройств трудно предсказать все возможные случаи, которые могут произойти
в реальной ситуации в условиях того или иного склада. Именно поэтому в
первую очередь необходимо производить эргономическую оценку рабочего
места и рабочей нагрузки оператора [16].
Цель эргономистов (исследователей) состоит в согласовании концепции
оборудования САУ с возможностями человека-оператора, так чтобы рабочая
нагрузка оператора была на уровне, позволяющем ему эффективно выполнять
поставленную задачу без ущерба для здоровья. Как умственные, так и
физические перегрузки (или недогрузки) человека-оператора приводят к
снижению эффективности его труда и, как следствие, эффективности
функционирования
всей
системы,
и
в
первую
очередь,
системы
автоматизированного управления ПТУ.
Оценку рабочей нагрузки оператора необходимо производить в реальной
рабочей обстановке, когда можно учесть все факторы, оказывающие влияние на
эту нагрузку. Это сложная функция переменных, зависит от типа всех
составляющих САУ, технического состояния всего оборудования ПТУ,
физической среды, поставленной задачи, организации труда. Воздействие
заданной рабочей нагрузки изменяется в зависимости как от физических (масса,
рост, состояние и т. п.), так и от интеллектуальных (опыт, уровень обучения
и т. п.) характеристик человека-оператора.
Эргономическая оценка определенной концепции САУ таких ведущих
механизмов лесопромышленного производства, к которым относятся ПТУ
174
различного типа, может быть практически полезной лишь тогда, когда
соответствующее исследование затрагивает одновременно ПТУ в обычных
условиях эксплуатации и операторов САУ, выполняющих производственную
задачу на этих же ПТУ, но уже с новой системой управления. Цель эргономиста
(исследователя) при изучении реального производственного процесса состоит в
выявлении тех возможных случаев, когда концепция системы управления не
отвечает поставленным перед ней целям, и, в частности, в выявлении
несоответствий между возможностями человека-оператора и требованиями,
предъявляемыми к нему техникой поставленной задачи и организацией труда.
Для этого, прежде всего, необходимо описать реальные ограничения, с
которыми сталкивается оператор САУ в процессе управления тем или иным
ПТУ в производственных условиях лесного склада. Важность описания
реального трудового процесса оператора САУ для понимания условия его
труда весьма убедительна, поэтому изучение реакции оператора на различные
условия выполнения какой-то конкретной задачи имеет смысл лишь в том
случае, если определены требования к системе в целом.
При этом рабочая нагрузка определяется, исходя из сравнения данных,
относящихся к ограничениям, налагаемым реальной рабочей обстановкой, с
одной стороны, и к оценке физиологической и психофизиологической этих
ограничений для оператора – с другой [16].
Для проведения эргономической оценки деятельности оператора в
конкретном случае можно воспользоваться следующими методами анализа
труда, которые позволяют определить:
- физические требования (статические, динамические усилия);
- требования, связанные с окружающей обстановкой (шум, освещение,
видимость, перемещение);
- сенсорные требования (слух, зрение, чувствительность);
- сенсомоторные требования (быстрота реакции, программа управляющих
действий);
- когнитивные требования (память, принятие решения).
175
Анализ
поведения
человека-оператора
САУ
при
выполнении
поставленной задачи касается:
- общей физической активности и сенсомоторной деятельности;
- активности в поиске и сборе информации;
- активности мышления и принятия решений.
6.2. Взаимодействие оператор − ЭСАУ − ПТУ
Связь между человеком-оператором ЭСАУ и подъемно-транспортным
устройством
(например,
консольно-козловым
электрическим
краном)
представлена на рис. 6.2.
Как видно из этой схемы, имеется множество входов, относящихся к
сенсорному блоку. Выходы от человека-оператора к ПТУ реализуются через
блок управляющих движений с пульта САУ. При этом человек-оператор
получает
информацию,
которую
он
должен
обнаружить,
опознать,
интерпретировать. Эти операции требуют привлечения кратковременной и
долговременной памяти и осуществляются в блоке принятия решений.
Входные
сигналы
могут
быть
непосредственными
или
опосредственными, текущими или отсроченными. Под опосредственными в
данном случае понимаются все сигналы, поступающие к человеку-оператору
через специальные устройства: различные телефонные аппараты, в том числе и
радиотелефоны,
телевизионные
мониторы,
громкоговорители,
экраны
визуализации (мнемосхемы и т.п.). Для того чтобы глубже понять связь в
указанной системе, необходимо подробнее рассмотреть [8] моторные аспекты
взаимодействия человека-оператора в САУ и ПТУ [16].
Сенсорные аспекты
Зрение. Органом зрения человека служит глаз, который, как оптическая
система, состоит из диафрагмы, радужной оболочки, сокращения которой
регулируют отверстие зрачка, и диоптрического аппарата (хрусталика –
двояковыпуклой линзы, вызывающей схождение световых лучей на сетчатке).
176
Сетчатка чувствительна к интенсивности светового потока, частоте испускания
световой волны, яркости, световому контрасту между объектами и фоном,
спектральному
составу
источника.
Вся
зрительная
информация
перерабатывается на уровне сетчатки, затем на уровне таламуса и, наконец, на
уровне коры головного мозга. Бинокулярное зрение, которое позволяет
воспринимать
единый,
целостный
образ,
есть
результат
переработки
информации на уровне коры головного мозга, который осуществляет синтез
двух изображений, поступающих с обоих глаз. Кроме того оно позволяет, в
частности, следить за объектом, перемещающимся по глубине поля зрения, и
способствует восприятию объема (рельефа) предметов. При бинокулярном
зрении (без движения глаз) поле зрения составляет 180° по горизонтали и 120°
по вертикали [8, 17].
Эти
краткие
анатомо-физиологические
напоминания
позволяют
констатировать, что условия работы зрительного анализатора в системе
автоматизированного управления ПТУ на лесном складе имеют существенное
значение.
Поле зрения ограничено зоной работы ПТУ на складе. В отдельных
случаях конструкция ПТУ или отдельные элементы ее оказываются в поле
прямого видения. При этом они загораживают часть поля зрения, а дистанция
наблюдения значительно превышает расстояние, характерное для нормальной
работы зрения, что приводит к потере трехмерного восприятия и разрешающей
способности.
Использование обычного телевидения в данном случае, казалось бы,
является фактором, устраняющим данное негативное явление [29], однако, в
свою очередь, это приводит к ухудшению качества зрительной информации за
счет того, что наблюдаются:
- явления мелькания, характерные для ЭЛТ;
- наличие более или менее фиксированного угла зрения, зависящего от
положения телекамеры, который не должен заметно отличаться от угла зрения
оператора в условиях непосредственного обзора;
177
- отсутствие естественного стереоскопического зрения;
- слабый контраст, акцентируемый черным и белым цветом (в случае
телевидения с черно-белым экраном); - изолирование поля зрения от рабочего
пространства и т.д.
ПТУ (Консольно-козловой кран)
САУ (система
автоматизированно
го управления)
Кинестетический канал
Физический блок
Тактильный
канал
Блок
принятия
решений
Кинестетический
канал
Блок
принятия
решений
Информация:
зрительная,
слуховая,
тактильная
Человек (оператор)
Рис. 6.2. Связи в системе человек-оператор – САУ – подъемнотранспортное устройство: ––––– входы; – – – – выходы
В заключение можно сказать, что визуальные аспекты взаимодействия
оператор – САГУ – ПТУ значительно изменяют нормальные условия зрения, и
человек (оператор) не может довольствоваться своим повседневным опытом,
чтобы обнаруживать, познавать, интерпретировать зрительную информацию.
178
Слух. В рассматриваемой системе значительная часть информации
поступает к человеку-оператору в форме слуховых сигналов. Звуковые волны
этих сигналов поступают на слуховой анализатор человека (ухо).
Ухо состоит из трех частей:
- внешнего уха (ушной раковины), которое улавливает колебания и
концентрирует их на мембране, чувствительной к вибрациям (барабанной
перепонке);
- среднего уха (косточек), которое принимает звуковые волны и передает
дальше;
- внутреннего уха, чувствительные клетки которого превращают звуковую
энергию в нервные импульсы, достигающие по слуховым путям мозга, где они
вызывают звуковое ощущение, а затем восприятие звука.
Основными параметрами звуковых волн являются амплитуда, частота и
форма, которые отражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота и
тембр. Модуляция звуков по этим параметрам позволяет передать огромную по
объему информацию. Но, принимая ее, человек должен детектировать звуковой
сигнал, т.е. выделять модулирующую функцию. Исходным процессом в
детектировании является слуховое различие.
Восприятие звука зависит от частоты и интенсивности звукового сигнала.
Полная область воспринимаемых частот заключена в диапазоне 16…20000 Гц.
Порог слышимости звука, или минимальная интенсивность, зависит от его
частоты: он минимален в диапазоне 1000…6000 Гц и возрастает при больших и
меньших частотах.
Акустический анализатор обеспечивает отражение не только амплитуды,
частоты и формы колебаний звуковых волн, но и положения источника звука в
пространстве: его расстояние и направление относительно субъекта.
В нашем случае, т.е. в рассматриваемой системе, звуковые сигналы,
поступающие к оператору из производственной среды (зоны производства
работ ПТУ на лесном складе), весьма многочисленны и разнообразны. Это шум
179
сортировочных
бревнотасок,
сбрасываемых
в
накопители
круглых
лесоматериалов (сортиментов), работающих механизмов ПТУ (кранов),
транспортных
средств
различного
назначения,
находящихся
в
зоне
обслуживания, систем вентиляции и кондиционирования воздуха в помещении
оператора и, наконец, информация, передаваемая по громкой связи, и т. д.
Таким образом, все производственные шумы создают неблагоприятный
звуковой фон, общая интенсивность которого достигает 60…80 дБ на частотах
в диапазоне 65…4000 Гц.
Такое положение дел необходимо менять при переводе ПТУ лесных
складов на различные системы автоматизированного управления путем
создания перспективных конструкций помещений операторов, которые могли
бы их оградить от значительных и ненужных перегрузок, обусловленных
шумом окружающей среды. Из этого следует, что острота слуха человекаоператора может быть нарушена звуковым фоном среды за счет либо эффекта
маскировки (путем мгновенного повышения порогов слышимости), либо
утомления оператора, которое может привести к трудности восприятия звуковносителей важной для выполняемой работы информации.
Тактильный и кинестетический анализатор. Перемещения, скорости и
ускорения различных частей тела влекут за собой использование множества
разнообразных «датчиков», которыми снабжено тело человека.
В первую очередь эти датчики относятся к механорецепторам,
возбуждение которых лежит в основе кожных ощущений, ощущения давлений
на ткани, положения и движения суставов. Механорецепторы расположены в
трех областях тела человека: 1) кожа, волосы и нижележащие ткани; 2) суставы
(на уровне сумок и связок); 3) мышцы и сухожилия.
Рассмотрим названные виды анализаторов в отдельности.
Кожные анализаторы чувствительны к изменениям давления от времени,
тогда как другие рецепторы (расположенные в волосах и тканях) дают
информацию об интенсивности раздражителя и скорости его воздействия.
180
Проприоцепторы в суставах чувствительны к положению сустава и
позволяют обнаружить его движения по скорости и ускорению.
Проприоцепторы
в
сухожилиях
чувствительны
к
мышечному
напряжению, которое является результатом сокращения или растяжения
мышечных волокон, в то время как проприоцепторы в мышцах (нервномускульные веретена, расположенные в мясистой части мышц) – к растяжению
при их расслаблении.
К этим механорецепторам добавляются вестибулярные и зрительные
рецепторы. Вестибулярные рецепторы расположены во внутреннем ухе и
чувствительны либо к угловым ускорениям и, следовательно, к вращениям,
либо к угловым ускорениям в горизонтальной и вертикальной плоскостях
головы, а также к ускорению силы тяжести.
Зрительная
информация
восполняет
отсутствие
вестибулярной
информации, когда движения осуществляются с постоянной скоростью,
поскольку вестибулярные рецепторы являются датчиками ускорения. Эта
информация также дополняет вестибулярную, поскольку вестибулярные
рецепторы не могут различать линейное ускорение и наклон головы. Вместе с
этим, зрительная информация позволяет воспринимать движение общей
картины, занимающей все поле зрения или ее часть.
Таким образом, именно эти сведения, поступая на различные уровни
центральной нервной системы, перерабатываются, интегрируются и позволяют
человеку в большей или меньшей степени чувствовать положение своих частей
тела (что принято называть кинестезией), а также воспринимать толчки,
вибрации и т.д.
Например, в нашей системе человек-оператор САУ удерживает с
помощью грузозахватного устройства пачку сортиментов, и она перемещается
в
процессе
действие).
копирующего
Информация
(заданного)
будет
управления
следующей:
ПТУ
(двустороннее
тактильная
информация,
181
воспринимая рукой, исходит от кнопки или тумблера пульта управления, а
отнюдь не от объекта (ПТУ).
Труднее соотнести между собой кинестетическую и зрительную
информации
о
информацию,
положении
относящуюся
объекта;
к
оператор
вибрациям
и
получает
трению
и
и
использует
передаваемую
посредством кнопки или тумблера с пульта управления.
Моторные аспекты
В процессе выполнения всех технологических операций ПТУ человекоператор
САУ,
как
интегрирующее-мыслящее
звено,
совершает
многочисленное количество движений. Перемещение любой конечности
является результатом последовательных движений в суставах. В общем случае
различаются:
- движения, связанные с перемещением конечностей, в которых
участвуют проксимальные суставы и мышцы: для верхних конечностей (рук)
это плечевые и локтевые суставы и мышцы;
- малые движения, например, ощупывание, для осуществления которых
необходимо участие дистальных суставов и мышц: для верхних конечностей
это суставы и мышцы запястья, кисти и пальцев.
Любое движение в суставе вызвано сокращением специфической группы
мышц: мышц-агонистов этого движения. Так, например, изгиб в локтевом
суставе обеспечивается за счет одновременного сокращения бицепса, плечевой
мышцы, латерально-плече-лучевой мышцы и круглого пронатора. Кроме того, в
большей или меньшей степени рассматриваются мышцы-антагонисты данного
движения, которые также являются агонистами движения в противоположном
направлении, а здесь играют в то же время роль фиксаторов суставов и
тормозов.
Мышечные сокращения являются результатом электрической активности
мышц, или электромиографической (ЭМГ) активности. Последняя зависит от
скорости движений. При быстрых движениях происходит последовательное
182
сокращение мышц (агонистов и антагонистов). При медленных движениях
торможение обеспечивается только за счет пассивных сил, таких как инерция,
вязкое трение и упругость суставов: мышцы-антагонисты в этом случае не
работают.
Итак, человеческая рука представляет собой сложную управляемую
систему с обратными связями. Точность и скорость ее движений определяется
не самими по себе свойствами мышечной ткани и строением суставов, а
главным образом характеристиками процесса циркуляции управляющей
информации (временем цикла регуляции, временем переключений, структурой
управляющих сигналов и т. д.). Из этого, конечно, не следует, что анатомия
руки не играет роли в построении движений. Совершенно ясно, что строение
моторного аппарата и его механические свойства оказывают существенное
влияние на характеристики процесса управления (регуляции). Благодаря
организации
управляемых
(регуляционных)
взаимодействий
на
основе
сигналов обратной связи (прежде всего проприоцептивных) преодолеваются
избыточные степени свободы движущегося органа, кинематические цепи
становятся полносвязанными, а движения тем самым превращаются в
координированные.
Таким образом, проблема передачи сигналов от человека-оператора к
ПТУ через САУ является наиболее важной, возникающей при разработке и
конструировании системы управления и, в первую очередь, пульта управления
оператора. В этой связи, прежде всего, возникает вопрос о характеристиках его
моторного «выхода» и обусловленных ими требованиями к конструированию
органов управления.
6.3. Требования, предъявляемые задачей ЭСАУ
Задачи, выполняемые в рабочем пространстве (зоне производства работ
ПТУ лесного склада), заключаются, прежде всего, в транспортировке круглых
лесоматериалов
в
различном
виде,
а
также
другой
продукции
183
лесопромышленного
производства
(пиломатериалы,
полуфабрикаты
мебельного производства, тарная дощечка и т. п.) и их позиционировании
относительно некоторой цели (транспортное средство, вагоны МПС, штабеля
соответствующей продукции и т. п.), точно ориентированной в зоне
обслуживания ПТУ.
Транспортировка
определенного
ее
любой
продукции
перемещения,
на
лесном
характеризуемого
складе
требует
направлением,
координатами и амплитудой [60]. Позиционирование (исполнение заданных
координат точки перемещения-транспортировки) в данном случае накладывает
большие или меньшие ограничения на число степеней свободы в зависимости
от того, должен ли данный объект (та или иная продукция лесопромышленного
производства) только попасть в
заданную точку пространства (зоны
обслуживания ПТУ на лесном складе) или необходимо точно отрегулировать
его положение и направление относительно цели, например, в случае, когда
необходимо
произвести
укладку
пачки
круглых
лесоматериалов
или
пиломатериалов в вагон или специальное транспортное средство (автомобильлесовоз потребителя).
Кнопочно-тумблерное управление ПТУ с пульта САУ, когда кнопки и
тумблеры в большей или меньшей степени оптимально расположены и
отражают
в
какой-то
степени
реальное
положение
обслуживаемого
пространства, отнимает значительное количество времени работы оператора.
Хотя при этом человек бессознательно стремится к компромиссу между
утомлением от процесса управления и утомлением от физической нагрузки. Все
вышесказанное ведет к замедлению операций [22].
К этим факторам добавляется еще и утомление оператора, обусловленное
порою неизбежным отклонением объекта в зависимости от направления его
перемещения, что заставляет человека-оператора так работать с объектом
(выполнять
доводочные
операции
управления),
динамические последствия этого отклонения.
чтобы
компенсировать
184
И,
наконец,
одним
из
требований
задачи
автоматизированного
управления ПТУ является требование учета времени задержек при передаче
движения. Эти задержки включают запаздывание при воспроизведении
исполнительным устройством движений задающего устройства, запаздывание в
информационных каналах обратной связи (зрительном, слуховом) при передаче
информации из рабочего пространства (зоны обслуживания ПТУ) к человекуоператору на большое расстояние, а также затрат времени на ее расшифровку.
В совокупности эти задержки могут приводить к отсроченному отображению
информации о результатах деятельности человека-оператора, что ухудшает
эффективность его деятельности. Когда подобная задержка превышает одну
секунду, то эффективность работы оператора САУ остается на прежнем уровне
только для задач, выполняемых по разомкнутому контуру управления, где
человек-оператор не использует кинестетический канал обратной связи.
6.4. Стратегия выполнения задачи
При
выполнении
задачи
автоматизированного
(дистанционного)
управления ПТУ сенсорные и моторные процессы тесно связаны с процессами
в центральной нервной системе человека.
Сенсорные процессы в управляющей деятельности оператора САУ
состоят в приеме информации о рабочей среде, характере и расположении
находящихся в ней объектов, а также информации о состоянии своего
собственного
организма.
Эта
информация
расшифровывается,
интерпретируется и сравнивается с информацией, хранящейся в памяти
человека-оператора. В результате такой переработки информации происходит
принятие решения, сопровождающееся выбором подходящей стратегии
выполнения задачи. Исходя из этой стратегии, определяются характеристики
мышечных движений, которые бессознательно фиксируются оператором в виде
планов координации работы различных мышц в зависимости от расположения
органов управления (кнопки, тумблеры и т.п.) на соответствующем пульте.
185
В общем случае принято различать непрерывные и дискретные задачи
управления (регулирования). При выполнении задач первого типа требуется в
каждый момент времени учитывать текущую информацию, чаще всего
зрительную, чтобы постоянно соотносить моторный акт с его целью. Для задач
второго типа не требуется осуществлять такое непрерывное управление
(регулирование) либо потому, что речь идет о движении, реализующем
единичное действие, как, например, повернуть ручку тумблера или нажать на
кнопку, либо потому, что приходится иметь дело с набором более или менее
изолированных движений. В последнем случае процесс выполнения задачи
протекает благодаря развертыванию моторной программы, куда не входит
текущая информация, приходящая по каналам обратной связи САУ.
При работе в САУ, например, кранами, человек-оператор «набивает»
руку, обучается, привыкает и адаптируется, в конечном итоге, совершенствуя
процесс своей деятельности. При этом обучение может заключаться в
построении моторных программ и их включении в структуру его деятельности,
которые значительно привели бы к сокращению времени отдельных элементов
процесса управления.
Таким образом, обучение позволяет человеку-оператору перейти от
стратегии
выполнения
задачи
в
форме
непрерывного
управления
(регулирования) по замкнутому контуру к стратегии ее выполнения в форме
программного управления или, точнее, к стратегии, предусматривающей
разбиение общей задачи на задачу перемещения предмета (пачки сортиментов)
по разомкнутому контуру и задачу его точной остановки по отношению к
намеченной цели (определяется точка в соответствующем штабеле круглых
лесоматериалов) по замкнутому контуру.
В конечном итоге эффект обучения человека-оператора САУ выражается
в увеличении скорости выполнения поставленной задачи, достигаемой в
результате уменьшения времени установки на последнем ее этапе.
186
Фактически удаление оператора САУ от выполняемой задачи [22],
ухудшение вводимой в передачу информации дистанционным управлением
ПТУ побуждает оператора применять стратегии, резко отличающиеся от
стратегии выполнения обычных движений. В частности, в то время как при
обычных движениях обучение позволяет освободиться от информации
обратной связи и протекает в разомкнутом контуре по крайней мере
параллельно, можно выдвинуть гипотезу о том, что при дистанционном
управлении ПТУ движения сильно зависят от обратной связи, так как принятая
стратегия является стратегией выполнения задачи либо по замкнутому контуру,
либо в форме движения и ожидания.
6.5. Анализ качества взаимодействия системы «человек – оператор –
ЭСАУ – ПТУ»
Особенности эргатической манипуляционной системы «человек –
оператор – автоматизированное управление – ПТУ» заключается в следующем.
Основным отличием дистанционно (автоматизированно) управляемых
подъемно-транспортных устройств (ПТУ) лесных складов от автоматических
грузоподъемных кранов (манипуляторов), как это было доказано ранее [60],
является
непосредственное
управления.
Такие
ПТУ
участие
человека
представляют
(оператора)
собой
в
процессе
человеко-машинные
(эргатические) системы [65], которые, в свою очередь, могут быть названы
эргатическими манипуляционными системами, так как консольно-козловые,
козловые и башенные электрические краны лесных складов, оборудованные
специальными грузозахватными механизмами, представляют собой краны –
манипуляторы.
Для исследования и проектирования таких систем автоматизированного
управления (САУ) в полной мере применимы инженерно-психологические
методы, разработанные для человеко-машинных систем [16]. Вместе с этим,
такие
эргатические
дистанционно
(автоматизированно)
управляемые
187
манипуляционные системы, на наш взгляд, обладают существенными
особенностями, как человеко-машинные системы.
Во-первых, это разнообразие выполняемых операций. Если в системах
слежения при управлении любым транспортным средством, дорожностроительной машиной и т. п. выполняется, как правило, одна, хотя и
достаточно сложная, операция, то в манипуляционной системе, как в нашем
случае, например, консольно-козловым краном, оператор может управлять
процессом переноса объекта манипулирования (груза или грузозахватного
устройства), перемещая его по сложной траектории при погрузке вагонов МПС,
или
транспортного
средства
потребителя,
или
при
укладке
пачки
лесоматериалов в штабель, или подаче сырья в цех лесопиления и т.п. Все эти
операции существенно различаются по способу выполнения, характеру
деятельности оператора, используемой информации.
Во-вторых, одна из особенностей такой эргатической манипуляционной
системы, как наша, заключается в возможности выбора оператором различных
способов управления при выполнении одной и той же операции. Например, при
использовании автоматизированной системы управления башенным краном
оператор может применять управление по положению, вектору скорости,
вектору силы и различные комбинированные способы управления.
В-третьих, отличительной особенностью такой системы от большинства
исследованных человеко-машинных систем являются особенности объекта
управления, или объекта манипулирования (лесного груза или грузозахватного
механизма), как динамической системы. Движение груза (лесоматериалов или
какого-то другого лесного груза) или грузозахватного механизма (грейфера) в
пространстве
описывается
системой
нелинейных
дифференциальных
уравнений высокого порядка. При этом качественные характеристики процесса
управления, воспринимаемые оператором, зависят от текущего положения
груза или грузозахватного механизма в пространстве, массы их, модуля и
188
направления внешних сил и моментов (сила ветра), приложенных к объекту
манипулирования.
И наконец, в-четвертых, отличительной чертой рассматриваемой
системы является активное использование оператором в процессе управления
ПТУ наряду с устройствами отображения (пульт управления) визуальной
информации других информационных средств (отображение исполнения
операции манипулирования на экране телевизора).
Таким образом, рассматриваемая нами система «человек – оператор –
ЭСАУ – ПТУ», как эргатическая манипуляционная, является средством
сложной
предметной деятельности человека (оператора). В ней, как и в
обычной трудовой деятельности, сочетается воздействие оператора на
материальные объекты внешней среды с получением необходимой сенсорной
информации. Система подобного рода наиболее полно реализует предметную
деятельность человека, и в этом состоит ее коренное отличие от всех других
систем «человек – машина».
Анализ качества функционирования системы «оператор – ЭСАУ – ПТУ»
При проведении анализа качества функционирования указанной системы
необходимо вначале провести формализацию всего множества возможных
операций, выделив наиболее характерные, типовые операции (штабелевка
лесоматериалов). Важно, что операции могут быть отнесены к одной и той же
группе только в том случае, если при их выполнении идентична структура
деятельности оператора данной системы.
Показатели
качества
выполнения
технологических
операций
рассматриваемой эргатической системой определяются степенью успешности
решения (выполнения) поставленных задач. Однако эти показатели различны
для различных операций и ввиду непосредственного участия оператора в
процессе управления носят статистический характер [23, 24]. Выбор
обобщенных показателей, характеризующих качество функционирования
данной
системы
при
выполнении
различных
типовых
операций
189
лесопромышленного
производства,
является
наиболее
важным
этапом
исследования эргономических факторов деятельности человека-оператора.
Если определены аппаратурные способы их вычисления, то имеется
возможность для решения задачи анализа данной эргатической системы, в том
числе сравнительного анализа способов автоматизированного управления
различного типа крановыми установками, а также влияния параметров ЭСАУ
на качество функционирования системы «оператор (О) – автоматизированное
управление (АУ) – ПТУ».
Возможные пути разработки и создания эргатической манипуляционной
системы «О – АУ – ПТУ»
Задача разработки и создания эргатической манипуляционной системы
«О – АУ – ПТУ» обратна описанной выше. В этом случае заданы требования к
качеству выполнения технологических операций разгрузочно-штабелевочнопогрузочного процесса на том или ином лесном складе лесопромышленного
производства. При этом необходимо разработать требования к технической
части системы, а также требования к человеку-оператору, осуществляющему
процесс
управления.
Этот
комплекс
задач
составляет
инженерно-
психологические стороны разработки и создания системы «О – АУ – ПТУ».
Конечной целью его является разработка такой технической аппаратуры,
которая позволит оператору наиболее надежно выполнять все операции
названного технологического процесса, а это требует согласования свойств
системы автоматизированного управления ПТУ со свойствами (особенностями)
человека-оператора.
В свое время нами было дано подробное описание оптимальной системы
автоматизированного группового управления ПТУ с использованием ЭВМ [16].
В
данной
эргатической
манипуляционной
системе
оператор
также
осуществляет управление ПТУ на лесном складе с использованием ЭВМ,
структурную схему которого можно представить на рис. 6.3.
190
Как видно из данного рисунка, оператор использует задающие органы
(кнопки, тумблеры, рукоятки и т.п.) пульта управления, позволяющие
обеспечить
управление
объектом
манипулирования
(ПТУ)
с
многими
степенями свободы.
ЭВМ
Пульт
управления
Оператор
Исполнительные
механизмы
Алгоритмы
исполнительного
уровня
Объект
управления
(ПТУ)
D1
Алгоритмы
планирующего
уровня
Устройства
отображения
информации
D2
Алгоритмы
обработки
D3
Внешняя
среда
Рис. 6.3. Структурная схема взаимодействия оператора, аппаратуры
управления и ЭВМ в автоматизированной эргатической манипуляционной
системе
Управляющие сигналы на приводы (механизмы) ПТУ, снабженные
датчиками положения – обратной связи
, рассчитываются микропроцессором
в соответствии с алгоритмами управления исполнительного уровня. ЭВМ
может быть использована оператором и для планирования траекторий
движения груза или грузозахватного устройства, удовлетворяющих заданным
требованиям, например, укладки пачки лесоматериалов в определенную точку
рабочего пространства (в определенное место определенного штабеля
лесоматериалов). Кроме того, ЭВМ служит для обработки сигналов с датчиков
состояния (положения) механизмов объекта манипулирования (ПТУ)
внешней среды (зоны обслуживания)
и
. На основании показаний указанных
датчиков формируется информационная модель выполняемой технологической
операции, предоставляемая оператору с помощью устройств отображения
информации.
191
Воспринимая информацию о состоянии зоны обслуживания ПТУ
(внешней среды), ходе выполнения штабелевочно-погрузочных работ и
сопоставляя этот процесс с задачами управления, оператор формирует
концептуальную
представлений
модель,
которая
человека-оператора
определяется
о
целях
и
как
задачах
совокупность
его
трудовой
деятельности, о состояниях предмета труда (ПТУ и его механизмов, груза и
грузозахватного
устройства),
системы
автоматизированного
группового
управления, внешней среды (зоны обслуживания территории лесного склада
управляемыми ПТУ) и способах воздействия на них.
Цели человека-оператора и технологические цели
В процессе своей функциональной деятельности, направленной на
решение определенной задачи, оператор формирует основную цель и
планирует последовательность подцелей (простых целей – задач), необходимых
для ее достижения. Элемент
функциональной деятельности человека-
оператора, направленный на достижение определенной цели, принято называть
действием.
В
результате
действия
человека-оператора
система
автоматизированного группового управления ПТУ выполняет какую-то
определенную простую операцию (взятие пачки лесоматериалов из приемниканакопителя),
то
есть
операцию,
рассматриваемую
здесь
как
элемент
определенного технологического процесса (штабелевка лесоматериалов).
Чтобы отличить мыслительную цель операции от фактической, введем
также
понятие
«технологическая
цель
операции
(процесса)»,
которая
определяется как совокупность технологических требований, которые должны
быть выполнены в результате простой операции. Такое соответствие должно
обеспечиваться, с одной стороны, средствами отображения информации, а с
другой – предварительным обучением оператора (адаптацией), опытом его
работы в этой системе. Именно основная цель определяет содержание действия
(функциональной деятельности) человека-оператора системы. При этом она
(основная цель) должна быть согласована с технологической целью.
192
Технологическая
цель
операции
(процесса)
при
свободном
автоматизированном управлении объектом манипулирования (грузом или
грузозахватным устройством ПТУ) может быть определена условиями,
налагаемыми на соответствующие переменные:
,
где
,
(6.1)
;
− вектор положения центра масс и ориентации объекта
манипулирования (груза или грузозахватного устройства);
– вектор сил и моментов, действующих на груз или грузозахватное
устройство (грейфер);
;
Т – время выполнения технологической операции.
При наличии связей, наложенных на движение объекта манипулирования,
к неравенствам (6.1) необходимо добавить уравнения или неравенства,
определяющие эти связи.
Простые технологические операции будем относить к одному и тому же
типу, если у них совпадает структура условий (6.1). Примером простой
операции может служить вывод объекта манипулирования (груза или
грузозахватного устройства) в заданную точку (штабель лесоматериалов,
накопитель и т.п.) рабочей зоны ПТУ с заданной ориентацией (терминальная
операция). В момент окончания данной операции
могут быть
предъявлены требования и к вектору сил и моментов
. При этом
технологическая цель такой операции может быть описана условиями вида:
,
(6.2)
.
В левую часть этих неравенств могут входить постоянные векторы
,
определяющие требуемое положение или скорость объекта. Простые операции,
у которых совпадают и заданные параметры в условиях (6.1), (6.2), будем
193
называть отдельными простыми операциями. Например, задача стабилизации
объекта (груза или грузозахватного устройства) относительно положения
,
описываемая условиями вида (6.1), является отдельной простой операцией.
Каждая отдельная простая операция, выполняемая в эргатической системе,
представляет собой множество случайных реализаций, полученных при
неизменных условиях работы.
Оценка
качества
выполнения
технологических
(манипуляционных)
операций. Показателями качества технологических операций обычно принято
считать
объективные
оценки
степени
выполнения
определенных
технологических требований. При этом такое определение справедливо только
по
отношению
к
рабочим
операциям,
которые
выполняет
объект
манипулирования. Для гностических операций показателем качества должно
быть определение степени соответствия исследуемых свойств среды (объекта
управления) их субъективным оценкам человеком-оператором. Вместе с этим
показатели
качества
выполнения
технологических
(манипуляционных)
операций необходимо отличать от показателей качества функциональной
деятельности
оператора,
включающих
психологические
и
психофизиологические оценки.
При
выполнении
по
системе
автоматизированного
эргатического
управления ПТУ отдельной простой технологической операции наиболее
полной оценкой качества ее является вероятность достижения намеченной цели
.
(6.3)
Более простыми оценками являются центральные моменты функционалов
различных порядков
:
,
.
(6.4)
194
Если, в частности, распределение вероятности величин
близко к
нормальному, то достаточно полная оценка дается моментами первого и
второго порядков:
;
;
(6.5)
,
которые характеризуют математическое ожидание функционалов
, их
дисперсию и взаимную корреляцию.
Оценка
качества
выполнения
простой
технологической
операции
(например, на штабелевочно-погрузочных работах, выполняемых консольнокозловыми кранами по системе автоматизированного группового управления –
САГУ) зависит от возможности предоставления оператору информации о
достижении заданной цели этой операции. При этом можно рассматривать три
возможных случая реализации данного положения. В первом случае оператору
предоставляется полная информация о достижении заданной цели на
мнемосхеме пульта управления в графической форме или в виде определенных
символов. Во втором случае такая информация сообщается (подается) лишь
частично. И в третьем случае оператор судит о результатах выполнения данной
технологической простой операции только на основании своих наблюдений и
ощущений.
Если в первом случае время не ограничено и операция может быть
выполнена оператором с помощью САУ при совершении им определенных
действий с пульта управления, то время выполнения этой операции и является
основным показателем ее качества. Если же время ограничено по каким-то
производственным причинам, то основным показателем качества будет
служить вероятность достижения заданной цели.
Во
втором
случае
показателями
качества
выполнения
заданной
технологической операции наряду со временем ее выполнения можно полагать
195
функционалы
, которые входят в определение конечной цели операции, но
не входят в число условий, экспонируемых оператору. И, наконец, в третьем
случае все функционалы, входящие в определение технологической цели этой
простой операции, можно рассматривать как показатели качества выполнения
самой технологической операции.
Параметры и функции, определяющие качество выполнения простой
технологической операции. Эффективность выполнения. Для оценки качества
выполнения
простой
технологической
(манипуляционной)
операции
необходимо ввести некоторую меру в пространстве параметров или функций,
от которых зависит конечная (заданная) цель этой операции. Такой мерой
например, может служить вероятность попадания точки
,
в соответствующее
множество в рабочей зоне того или иного ПТУ. Однако такая мера может быть
задана и другими способами, в том числе в зависимости от объективной оценки
важности выполнения этой операции в определенном подмножестве рабочей
зоны ПТУ, в зависимости от субъективных оценок оператором этой важности.
Предположим также, что известна вероятностная мера оценки качества
технологической операции
, соответствующая отдельно взятой операции в
определенный момент и обусловленная только особенностями работы
оператора в системе (САГУ). Рассмотрим теперь полное множество возможных
путей реализации заданной простой операции
вывода
в
заданную
точку
зоны
. Например, в случае операции
обслуживания
ПТУ
груза
(пачки
лесоматериалов) или грузозахватного устройства речь идет о множестве
реализаций переноса указанного объекта манипулирования (груза или
грузозахватного устройства) в произвольную точку рабочего пространства зоны
обслуживания ПТУ. Наиболее точно множество путей реализации простой
технологической операции может быть определено как прямое произведение
пространства реализации отдельных операций и пространства параметров,
которые образуют рассматриваемую простую операцию из отдельно взятых
196
простых (еще более простых) операций. Мера
на множестве реализаций
простой заданной технологической операции определяется как произведение
мер
.
В свою очередь, каждый из частных показателей качества
усреднен по мере
может быть
, что дает возможность судить о достижении заданных
целей технологической операции в среднем по рабочему пространству зоны
обслуживания (ПТУ):
.
(6.6)
При этом могут быть также вычислены величины
,
имеющие смысл вероятности выполнения соответствующих неравенств в тех
случаях, когда мера
является вероятностной. Данные интегралы в то же
время могут не определять вероятность выполнения рассматриваемой
технологической операции данного типа, поэтому в дальнейшем условимся
называть их (интегралы) эффективностью выполнения операции. В частности,
если число определенных точек в пространстве рабочей зоны ПТУ конечно (как
в нашем конкретном случае), то эффективность можно будет определить
следующим образом:
,
(6.7)
Для определения эффективности транспортно-погрузочных операций,
являющихся составляющими простой технологической операции, необходимо
задать меру на множестве траекторий
. В частном (нашем) случае
позиционного управления, когда каждая траектория движения груза или
грузозахватного устройства задается множеством точек, задача сводится к
рассмотренной ранее. В задаче слежения (оператор следит за выполнением
197
технологической операции, манипулируя при этом грузом или грузозахватным
устройством) вид случайного процесса
должен быть задан, то есть задана
соответствующая вероятностная мера.
Выбор между показателями типа (6.6), то есть средними значениями
функционалов, входящих в определение целей технологических операций, и
показателями, обобщающими вероятность выполнения заданной цели, зависит
от способа задания цели оператору САГУ.
Качество
выполнения
сложной
операции
в
системе
автоматизированного эргатического управления ПТУ. Качество сложной
технологической
(например,
операции,
штабелевка
состоящей
круглого
из
последовательных
лесоматериала
состоит
из
простых
наведения
грузозахватного устройства в соответствующий накопитель, набора пачки
лесоматериалов в нем, перемещения ее (пачки) в определенную точку
соответствующего штабеля и укладки ее в штабель и т. п.), обычно
определяется
с
помощью
линейной
комбинации
частных
показаний,
вычисленных для простой операции, как
.
Коэффициент
(6.8)
находится методами экспертных оценок, которые, по
предположению, должны удовлетворять следующим условиям:
Еще
более
общий
подход
требует
определение
эффективности
выполнения сложной операции ПТУ (консольно-козловым или башенным
краном-лесопогрузчиком) по системе автоматизированного эргатического
манипуляционного управления. Если, в частности, параметры каждой простой
технологической операции (взятие пачки лесоматериалов из накопителя или
укладка ее в штабель) имеют случайный характер и эффективность выполнения
такой операции может быть истолкована как вероятность одновременного
выполнения всех условий, определяющих ее технологическую цель, то
198
вероятностный смысл может быть вложен в определение эффективности
выполнения сложной операции.
-й функционал качества для P-й простой
Обозначив
операции, в качестве показателя ее эффективности будем иметь величину
.
(6.9)
В частном случае, когда все эти этапы сложной операции, являющиеся
простыми операциями, входящими в ее (сложной операции) состав, можно
считать статистически независимыми, справедливо соотношение
,
(6.10)
которое существенно упрощает вычисление эффективности выполнения
сложной технологической операции. Однако требование статистической
независимости этапов подлежит специальной проверке, поскольку выполняется
далеко не всегда.
Введенные ранее (6.4), (6.6) показатели определения качества позволяют
судить
об
успешности
выполнения
штабелевочно-погрузочных
работ
на
всех
технологических
лесных
складах
операций
электрическими
крановыми установками по САГУ. И вместе с тем этого недостаточно, чтобы
судить о качестве функционирования самой системы управления, а также о
качестве работы человека-оператора, с тем чтобы выявить трудности в работе
всей эргатической системы или определить рекомендации по ее разработке и
созданию. В связи с этим приходится вводить ряд показателей, описывающих
процесс
управления
ПТУ,
и
не
то
есть
изменение
связанных
во
времени
непосредственно
с
векторов
задачей
рассматриваемой технологической операции. Эти показатели можно назвать
показателями качества процесса управления. При этом заметим, что цель
технологической операции может быть достигнута при различных значениях
этих показателей.
199
Анализ качества процесса управления в системе автоматизированного
эргатического управления ПТУ
Для анализа процессов управления в таких эргатических системах,
которой является САГУ крановыми установками на лесных складах, могут
быть использованы те же показатели качества процессов управления, что и при
анализе автоматических систем управления, в том числе время переходного
процесса, колебательность (или перерегулирование), плавность (определяемая
как число перемен знака ускорения за единицу времени) и т. п.
Для операции переноса объекта (груза или грузозахватного устройства) в
заданное положение показатели качества процесса можно получить из анализа
функции времени, то есть
,
(
),
а
также
матрицы
(6.11)
корреляционных
функций
и матрицы дисперсии
.
Время переходного процесса
(6.12)
может быть найдено по функции
,
как момент вхождения этой функции в заданную область, то есть
если
при
. Другое определение времени
переходного процесса основано на рассмотрении среднего квадратичного
если
отклонения:
Колебательность
при
(число переходов через установившееся значение), а
также перерегулирование
функции
определяются по
. Косвенным показателем колебательности в переходном
процессе может служить величина
Во
.
многих
случаях
переходный
.
процесс
в
автоматизированной
эргатической системе аппроксимируется с достаточной точностью, как процесс
200
в некоторой системе второго порядка, что позволяет установить постоянную
и
времени
коэффициент
демпфирования
,
соответствующие данной условной системе.
Для колебательных процессов показателями служат частоты первых
гармоник и амплитуды колебаний.
Переходный процесс нельзя рассматривать отдельно от предыдущих
этапов
выполнения
технологической
операции.
Анализ
функций
позволяет выявить моменты перехода от этапа разгона к
этапу движения с приблизительно постоянной скоростью и затем к этапу
торможения (например, грузовой тележки консольно-козлового крана), а также
характеристики отдельных этапов, такие как
, плавности
процессов и т. п.
Для транспортной операции основными характеристиками процесса
управления
служат
отклонение
математического
ожидания
и среднее квадратичное отклонение
По
этим
функциям
могут
быть
вычислены
.
показатели
. Время выполнения такой операции может
служить показателем ее качества тогда, когда оно рассматривается вместе с
показателем точности.
В случае оценки процессов управления с элементами непосредственного
слежения и стабилизации объекта можно использовать те же показатели,
однако в таких случаях они будут зависеть от соответствующих характеристик
случайных процессов, описывающих случайный сигнал, за которым ведется
слежение оператора, либо случайные возмущения, действующие на систему
управления.
В
случае
если
эргатическая
управляемая
система
может
быть
приближенно описана как линейная, то показатели качества процесса
управления могут быть определены по соответствующим весовым функциям,
связывающим входные и выходные сигналы.
201
Например, в задаче слежения за положением объекта (груза или
грузозахватного устройства) без ограничений на ориентацию может быть
получена матрица весовых функций размера 3×3 путем решения системы
уравнений Винера – Хопфа. Числовые характеристики этих функций и будут
служить показателями процесса управления объектом манипулирования.
Данная задача также может быть решена и для нелинейной эргатической
системы при весьма широких допущениях. В таком случае получится система
весовых функций, зависящих от нескольких переменных [66].
Оценка
качества
выполнения
операций
управления
человеком-
оператором. Для более полного определения качества процесса управления в
автоматизированной
показателей,
на
характеризующие
эргатической
наш
взгляд,
системе
в
необходимо
напряженность
число
дополнительных
включить
труда
и
показатели,
человека-оператора
(психофизиологическую нагрузку такого труда для человека, степень его
усталости, изменение физиологических факторов и т. п.).
Физическую работу, проделанную оператором, управляющим ПТУ на
лесном складе, путем манипуляции с различными органами управления на
соответствующем пульте можно оценить по формуле
,
где
(6.13)
– число пар рук, участвующих в управлении;
– моменты, развиваемые в степенях подвижности кинематической схемы,
описывающей руку человека;
– соответствующие угловые скорости.
Моменты
могут быть определены путем решения первой задачи
динамики для руки человека, движение которой получено в результате
наблюдения (эксперимента). Оценка (6.13) существенна для копирующих
систем, особенно двустороннего действия, при управлении которыми оператор
выполняет определенную физическую работу (нажимает кнопки, переключает
рычаги тумблеров и т. п.).
202
Как
видно
из
проведенных
ранее
исследований
[23,
24],
для
автоматизированных систем управления ПТУ физическая работа оператора
сведена до минимума и практически не зависит от способов управления при
выполнении как простой, так и сложной технологических операций. В данном
случае напряженность работы оператора [16] определяется не столько
физиологическими, сколько психофизиологическими факторами. Поэтому для
оценки
напряженности
работы
или
усталости
оператора
при
автоматизированном (групповом) управлении ПТУ на лесных складах, по
нашему мнению, наиболее целесообразно применять хорошо известные
психофизиологические тесты. Например, при простейшей оценке «резерва
внимания» – это время реакции оператора на загорание определенной лампочки
на пульте управления, которая должна сигнализировать ему о достижении
определенного положения объектом манипулирования, после чего он должен
свободной рукой перейти к следующему действию, например, к включению
грузозахватного устройства на раскрытие с последующим захватом пачки
лесоматериалов. В качестве теста для оценки общего утомления, характерного
на этапе завершения рабочего времени (конец смены), могут использоваться
некоторые из простых операций, которые непосредственно выполняются
оператором
(например,
лесоматериалов
из
взятие
накопителя
грузозахватным
сортировочной
устройством
линии;
укладка
пачки
пачки
лесоматериалов в определенную точку соответствующего штабеля или вагон
и т. п.). Вычисляемая средняя квадратичная ошибка (величина ее) служит
косвенным признаком усталости оператора. Аналогичные результаты дает тест,
в котором оператору предлагается следить за наведением грузозахватного
устройства с пачкой лесоматериалов на далеко отстоящий вагон МПС или
транспортное средство, совершающего двумерное случайное движение на
экране приемной телевизионной камеры (дисплея). В данном случае
показателем усталости по-прежнему будет являться средняя квадратичная
погрешность слежения.
203
В случае оценки качества выполнения сложных технологических
(манипуляционных) операций по формуле (6.8) показатели усталости оператора
также
могут
быть
соответствующими
введены
весовыми
в
комплексный
коэффициентами,
показатель
качества
назначенными
с
методом
экспертных оценок.
Дисперсия всех показателей качества автоматизированных (эргатических)
манипуляционных систем управления (САГУ), о которых шла речь выше, в
существенной степени зависит от подготовленности (адаптации) человекаоператора. В данном случае предполагается, что операторы должны пройти
предварительный отбор, в результате которого выбрать тех, которые могут
быть обучены (адаптированы) в более короткие сроки выполнению всех
возможных технологических операций в процессе штабелевочно-погрузочных
работ.
Таким образом, прежде чем приступить к вычислению показателей
качества, необходимо отобранному человеку-оператору (в данном случае это,
как правило, должен быть крановщик с большим стажем работы) пройти
процесс обучения (подготовки, адаптации), состоящий из повторяющихся
серий всех возможных технологических (манипуляционных) операций. В
каждой из серий испытаний человека-оператора вычисляются математические
ожидания и дисперсии показателей качества. При этом процесс адаптации
(обучения) человека-оператора полагается завершенным после того, как
наступает стабилизация математического ожидания и дисперсии вычисляемых
показателей качества. Следует иметь в виду, что оператор ЭСАУ какой-то
крановой установкой на определенном виде работ лесного склада после
достаточно длительной работы может изменить «стратегию» выполнения той
или иной технологической операции на более совершенную, что приведет к
изменению средних значений показателей качества системы «оператор –
автоматизированное управление – ПТУ».
204
7.
ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ
АСПЕКТЫ
РАЗРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИОННО-ОПЕРАТИВНОГО
УПРАВЛЕНИЯ
СИСТЕМ
ДИСПЕТЧЕРСКОГО
ПРОЦЕССАМИ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Как
было
существующих
доказано
систем
ранее
[67],
управления
в
основу
процессами
совершенствования
лесопромышленного
производства с учетом современных условий их функционирования должна
быть положена диспетчерская служба нового поколения с информационнопоисково-накопительно-командными характерными возможностями. Такой
диспетчерской
службой
лесопромышленного
на
современном
производства
является
этапе
система
становления
информационно-
оперативного диспетчерского управления (СИОДУ). Вместе с этим было
установлено,
что
диспетчер
системы
информационно-оперативного
диспетчерского управления процессами лесопромышленного производства
является человеком-оператором наивысшего уровня полиэргатической системы
с множеством сложных взаимодействий. Таким образом, диспетчер (человекоператор)
СИОДУ
производства
управляет
(машинами,
производственными
всеми
процессами
механизмами,
участками-цехами
лесопромышленного
техническими
и
людьми)
устройствами,
посредством
информационной модели, мнемосхемы, различных технических средств
дистанционного управления (радио, телефон, громкоговорящая связь и т.д.),
постоянно следя и наблюдая за ходом выполнения их (процессов).
Следовательно, диспетчер в данном случае является человеком-оператором
наивысшего уровня не только полиэргатической системы с множеством
сложных взаимодействий, но и сложной следящей системы по положению.
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать диспетчера как основное звено
следящей системы управления, от которого в первую очередь будут зависеть
эффективность и качество СИОДУ лесопромышленным производством. В
связи с этим анализ труда диспетчера, как человека-оператора такой системы,
205
имеет первостепенное значение. Целью анализа труда диспетчера является сбор
данных и определение задач, которые предстоит решить. Другими словами,
анализ труда диспетчера позволяет определить переменные, характеризующие
его трудовой процесс, и выбрать среди них один или несколько переменных
критериев, которые в конечном итоге будут служить оценкой успешного или
неудачного нашего (исследователя) вмешательства в этот трудовой процесс.
7.1. Особенности человека-оператора-диспетчера как звена системы
управления (СИОДУ)
В области исследования систем управления и особенно таких сложных
следящих систем, к которым относится СИОДУ, в первую очередь требуется
разработка моделей диспетчера (человека-оператора). Необходимость создания
модели, правильно и с достаточной точностью воспроизводящей деятельность
диспетчера
в
системе
управления,
продиктована
в
первую
очередь
практическими соображениями.
Использование моделей в эргономических исследованиях имеет ряд
различных выгод: модели помогают более глубоко понять сложные системы
или события; полезны при обучении и адаптации человека-оператора; создают
благоприятные условия для экспериментирования, а в тех случаях, когда
экспериментирование невозможно, – основу для прогнозирования. И, наконец,
что
тоже
немаловажно,
преимущество
моделей
заключается
в
их
занимательности, по крайней мере, для тех, кто принимает непосредственное
участие в разработке и внедрении сложных систем управления, к которым
относится СИОДУ. Модель диспетчера позволит оперировать с человекомоператором таким образом, как с обычным техническим звеном системы
управления, и благодаря этому упростит и ускорит создание СИОДУ для
определенного лесопромышленного производства, обладающего какими-то
специфическими характеристиками, а также значительно облегчит задачу
оптимизации таких систем.
206
Исследования простых следящих систем «человек – машина» установили,
что модель оператора-диспетчера с довольно высокой точностью описывает
осредненные по времени действия человека при данном входном сигнале и
данной системе слежения. Изменение того или иного влечет за собой
изменение величин параметров передаточной функции в одних случаях,
изменение структуры функций – во вторых и, наконец, делает передаточную
функцию совсем непригодной для описания поведения оператора – в третьих. В
этих изменениях проявляется, прежде всего, адаптивность человека, из-за
которой его передаточной функцией можно пользоваться только при тех
условиях, при которых она была найдена.
Вместе с тем человек-оператор-диспетчер обладает стохастичностью
управляющих движений. Даже тогда, когда передаточная функция с высокой
точностью описывает осредненные по времени действия человека, каждое
отдельное корректирующее движение может существенно отклоняться от того,
которое соответствует линейным операциям над входным сигналом. Таким
образом,
реакция
человека-оператора-диспетчера
содержит
случайную
составляющую. Эта случайная составляющая проявляется также и в том, что, в
отличие от технического линейного элемента, в выходной величине которого
могут быть только частоты, содержащиеся во входной величине, в выходной же
величине человека обнаруживаются частоты, отсутствующие во входном
сигнале.
Кроме того, динамические параметры человека-оператора-диспетчера
изменяются в связи с непостоянством его психофизиологического состояния.
Эти изменения нельзя заранее предусмотреть, и поэтому их следует отнести к
случайным, но немаловажным факторам. К указанным двум фундаментальным
отличиям человека-оператора-диспетчера от технического элемента системы
управления (например, СИОДУ) – адаптивности и стохастичности, можно
добавить и следующее. Человек-оператор способен выполнять управляющие
движения как по замкнутой, так и по разомкнутой схеме. Быстрые короткие
207
движения
(оперирование
на
пульте
управления)
осуществляются
без
корректирующего влияния внешних и внутренних (для организма человека)
обратных связей.
В случае диспетчерского управления, т.е. при управлении динамическими
объектами, человек-оператор-диспетчер не ограничивается только зрительной
информацией.
В
данном
случае
используются
также
слуховая,
проприоцептивная, осязательная информации, как от внешних воздействующих
факторов окружающей среды, так и от различных технических средств
управления. При этом, что особенно важно для диспетчера, кроме текущих
сигналов перечисленных обратных связей для управления всеми процессами
привлекается и информация, хранящаяся в его памяти. Благодаря этому
человек-оператор-диспетчер способен прогнозировать, экстраполировать и
входной сигнал, и поведение управляемых (корректируемых им) объектов и
процессов,
что
весьма
важно
для
данной
задачи
управления
всем
производством в целом.
Последняя из главных особенностей человека-оператора как звена
системы управления связана с прерывистостью, дискретностью как его
восприятия, так и ответных управляющих движений. Его способность
выполнять непрерывные плавные движения часто маскирует тот факт, что он
(человек-оператор-диспетчер) является импульсным элементом, так как
дискретные корректирующие движения его, как правило, накладываются на
непрерывные.
Таким
адаптивное,
образом,
человек-оператор-диспетчер
стохастическое,
прогнозирующее,
представляет
импульсное
собой
звено
с
запаздыванием в системе управления (СИОДУ).
Как показали результаты исследования научно-исследовательских работ
по созданию и внедрению различных систем диспетчерского управления
лесопромышленным производством [5, 11, 68, 69], основными функциями
диспетчера (человека-оператора) являются: обнаружение (детектирование)
сигнала, идентификация сигнала (по отношению к чему-то, не являющемуся
208
сигналом) и интерпретация его. Эти функции надстроены одна над другой и
осуществляют все вместе преобразование сигнала, или «вход» в ответную
реакцию (принятие решения), или «выход» (рис. 7.1).
Обнаружение
Долговременная
память
Фильтрация
Инструкции
Шунтирование
Фильтрация
Вход
~
Выход
Механизм
обнаружения
Шунтирование
Кратковременная
память
Идентификация
Долговременная
память
Фильтрация
Инструкции
Выход
Механизм
идентификации
Шунтирование
Фильтрация
Вход
~
Механизм
обнаружения
Отклонение
Кратковременная
память
Интерпретация
Долговременная
память
Правила
Модели
Фильтрация
Инструкции
Механизм
идентификации
Механизм
интерпретации
Шунтирование
Фильтрация
Вход
~
Механизм
обнаружения
Кратковременная
память
Рис. 7.1. Три разновидности действий человека-диспетчера
Выход
209
Обнаружение сигнала является наиболее простой функцией, состоящей в
констатации наличия или отсутствия определенной формы сигнала и в
установленном месте или объекте. При этом диспетчер воспринимает что-то
или не воспринимает ничего, и это «что-то» может быть какой-то разницей
(изменением).
Как видно из приведенной схемы этой функции (рис. 7.1), для нее
необходим механизм обнаружения. Этот механизм («черный ящик», природа
которого неизвестна) получает команды из «кратковременной памяти» на
основе определенных инструкций (этим и
подчеркивается значение
инструкций в трудовой деятельности человека-диспетчера). Такие команды
касаются деривации (шунтирования), позволяющей избежать бесполезных в
данном случае идентификации и интерпретации, а также фильтрации,
указывающих сенсорной системе (человека), каким образом она должна
ориентироваться и регулировать свою деятельность, чтобы удерживать только
требуемое явление. Команды фильтрации задаются также и «долговременной
памятью»,
которая
предшествующего
заполняется
обучения
должным
(адаптации).
образом
Инструкции,
в
процессе
относящиеся
к
деривации и фильтрации, определяют отношение диспетчера к работе.
Функция идентификации более сложная по сравнению с функцией
обнаружения. Она состоит в разбиении входных сигналов на несколько
категорий. Эта функция аналогична некоторым перцептивным функциям,
изучаемым
психологами-экспериментаторами.
Она
осуществляется
при
выполнении операций контроля происходящих процессов или производимых
видов продукции различных производственных подразделений. В наиболее
простом случае мы имеем дело только с двумя «категориями»: «хорошоплохо», «много-мало», «правый-левый», «туда-сюда» и т.д.
Как видно из рис. 7.1, данная разновидность деятельности человекадиспетчера отличается от обнаружения включением механизма идентификации,
причем шунтируется только интерпретацией. Механизм идентификации
210
питается, с одной стороны, механизмом обнаружения, передающим ему
необходимые входные данные, с другой – долговременной памятью,
представляющей необходимые для идентификации «схемы выбора». Эти схемы
разновидности действий человека-диспетчера в первом приближении можно
назвать его структурными моделями. Они позволяют обеспечивать известную
константность восприятия, а тем самым и повторяемость действий. Наличие
таких схем в долговременной памяти является результатом процессов
специального обучения (адаптации).
Наиболее сложной функцией, по сравнению с двумя предыдущими,
является функция интерпретации. Именно поэтому она наиболее часто
встречается при выполнении человеком-диспетчером конкретных практических
действий и присутствует во всех более или менее «интеллектуальных»
операциях его деятельности. Отличие интерпретации от идентификации
состоит в том, что, интерпретируя,
диспетчер учитывает не только
характеристики, непосредственно появляющиеся на «входе» (в процессе его
деятельности), но и их ожидаемый эффект, тем самым придавая им «особое
значение». Так, при появлении на экране телевизора движущегося автолесовоза
диспетчер не только идентифицирует его как автолесовоз, но и интерпретирует
его как какого типа он и чем (как) нагружен (хлыстами, сортиментами и в
каком количестве). Подобным образом диспетчер не только отличает
определенное положение стрелки на шкале какого-то прибора (вольтметр или
амперметр) от других возможных ее положений (нормальное напряжение сети),
но и интерпретирует это положение, как сигнал тревоги (чрезмерно
повышенное или пониженное напряжение) или команду к соответствующей
ответной реакции и т. д.
Для точной интерпретации необходимо, чтобы обеспечивающий ее
механизм
интерпретации
правильно
отфильтровывал
входные
данные,
передаваемые предшествующими механизмами. Это возможно только в том
случае,
если
долговременная
память
выдает
правила
идентификации.
211
В трудовой деятельности диспетчера такими правилами являются данные ему
инструкции его полномочий и действий.
В результате анализа труда диспетчера созданных систем управления
лесопромышленным производством [27…39, 90] было выявлено, что в
отдельных случаях срыв в его работе происходит из-за недостаточности
(неточности, неполноты) инструкций.
Инструкции для работы диспетчера в каждом конкретном случае (в
зависимости
от
специфических
особенностей
лесопромышленного
производства) могут быть более или менее сложными. Иногда они должны
устанавливать подлинную стратегию с многочисленными альтернативами, как,
например, при задачах обнаружения аварий или, что более обычно, при
решении каких-то особо важных производственных проблем. В этих случаях
речь идет о многозвенной интерпретации, при которой правила, необходимые
для интерпретации входных данных, вполне аналогичны программам для
электронных вычислительных машин.
Безусловно, рассмотренные здесь три разновидности действий человекадиспетчера весьма просты по структуре, но они и не претендуют на то, чтобы
учитывать все «почему» и «как» ощущения, восприятия и размышления. Они
служат для определения тех видов действий человека-диспетчера, которые
требуют
различных
видов
«манипулирования
входными
данными»,
поступающими из окружающей его среды лесопромышленного производства.
Следовательно, для более глубокого и всестороннего исследования
деятельности человека-диспетчера должна быть разработана такая модель
диспетчера,
которая
учитывала
бы
не
только
рассмотренные
выше
особенности, но и те, которые они не затрагивают.
7.2. Основные виды моделей человека-оператора-диспетчера
Теория информации в собственном смысле этого слова является теорией
статистической, т.е. она позволяет изменять количество переданной и принятой
212
информации. В эргономических исследованиях (анализ труда) широко
используется соответствующая этому положению математическая модель.
Использование математических моделей при анализе труда полезно, в первую
очередь, на стадии постановки экспериментов, когда требуется описать
функцию,
связывающую
подачу
сигнала
с
соответствующим
образом
закодированной ответной реакцией. Другими словами, статистическая теория
информации дает возможность экспериментально изучать поведение человекаоператора-диспетчера, рассматриваемого как канал, способный передавать
информацию. Проведенные за последнее время исследования позволяют
установить ряд данных (характеристик), которые могут быть непосредственно
использованы в эргономике, в частности, при анализе труда человекаоператора-диспетчера системы управления. Так, установлено, что человек
функционирует как сигнал с органической емкостью: количество переданной
информации остается пропорциональной количеству полученной информации
до известного предела, зависящего от сенсорной модальности, индивидуальных
особенностей и т. д. За этим пределом канал насыщается, и количество
передаваемой информации остается неизменным, что ведет, естественно, к
ошибкам или пропускам. Вместе с этим известно, что человек-оператордиспетчер
функционирует
как
одноканальное
устройство
и
что
это
обстоятельство иногда делает необходимым введение, например, избыточности
данных в сигнализацию (передача информации) и т. д.
Однако при анализе труда человека-оператора-диспетчера статистическая
теория информации, взятая сама по себе, еще не позволяет учесть все аспекты
коммуникаций между людьми и машинами (процессами и системами
управления). Для анализа труда человека-оператора в системах «человекмашина», «человек-процесс», «человек-система управления» и т.д. были
разработаны различные модели (наиболее известные – модель Ганье, модель
Бирмингема и Тейлора). По-видимому, большое число и разнообразие
предложенных
моделей
человека-оператора
объясняется
именно
213
многообразием свойств человека в системе управления. Модели различают по
многим
признакам,
и
поэтому
возможны
различные
способы
их
классификации. С точки зрения теоретического аппарата для анализа их
действия модели принято делить на линейные и нелинейные. В зарубежной
технической литературе, для того чтобы отразить нестационарность и наличие
нелинейности у человека-оператора, линейные модели обычно называют
квазилинейными. Однако для любого технического звена, считающегося
линейным, также можно обнаружить нестационарность или отклонения от
линейности. И вполне понятно, что нет никаких оснований подчеркивать эти
особенности человека-оператора в названии его модели. Следовательно, для
него наиболее приемлемым и целесообразным должен использоваться термин
«линейная модель».
Другим не менее важным признаком, определяющим технические
средства реализации моделей, является ее непрерывность или дискретность. В
то же время и непрерывные, и дискретные модели могут быть как линейными,
так и нелинейными. В свою очередь, дискретные модели можно подразделить
на три типа: модели с дискретным восприятием входного сигнала, снабженные
на входе импульсным элементом; модели с дискретными управляющими
командами на выходе и, наконец, модели с дискретными входной и выходной
величинами.
Наиболее важным свойством модели, приближающим ее к человекуоператору-диспетчеру, является способность прогнозировать входной сигнал,
или выходную величину объекта (процесса) управления, или и то, и другое.
В соответствии с делением процесса слежения человека-операторадиспетчера на сопровождающий и компенсирующий и его модели могут быть
моделями сопровождающего слежения, для которых управляющими сигналами
служат входная величина и ошибка слежения, и моделями компенсирующего
слежения,
управляемыми
только
ошибкой.
Кроме
того,
модели
214
сопровождающего слежения делятся на модели с предвидением, учитывающие
будущее изменение входной величины, и модели без предвидения.
В любом случае эти модели человека-оператора-диспетчера описывают
функции слежения. Под этим термином следует понимать операции, при
которых
двигательная
реакция
оператора-диспетчера
должна
приспосабливаться к непрерывно изменяющимся сигналам окружающей его
среды.
В случае простого слежения человек-оператор-диспетчер выполняет
функцию упрощения (умножения на константу). Данному количественному
изменению на входе должно соответствовать пропорциональное изменение на
выходе. Другими словами, входной сигнал следует умножить на константу,
характеризующую отношение «вход/выход» (рис. 7.2, а), при этом другие
операции слежения могут требовать различных функций. Так, при оценке
скорости (например, движения лесовоза по территории лесного склада)
человек-диспетчер использует функцию, аналогичную дифференцированию, а
при оценке ускорения – двойному дифференцированию. Если задача человекадиспетчера будет состоять в экстраполяции положения переменной в заданный
момент с учетом скорости движения, то ему придется произвести функцию,
аналогичную интегрированию; если же при этом необходимо будет учитывать
и ускорение, потребуется функция, аналогичная двойному интегрированию
(рис. 7.2, б, в, г).
Модель подобного типа весьма далека от моделей, обычно используемых
в психологии. Однако необходимо заметить, что на данной стадии речь идет не
об объяснении психически механизмов, а об описании поведения человекаоператора-диспетчера при выполнении им определенной операции управления.
При анализе трудовой деятельности как человека-оператора системы
«человек-машина», так и человека-диспетчера, прежде всего необходимо
построить специфическую модель, которая наиболее пригодна при описании
той или иной конкретной операции, а порой даже нескольких операций,
215
являющихся преобладающими в деятельности того или иного вышеназванного
субъекта.
а)
б)
Вход
Вход
Выход
(ошибка)
Выход
(ошибка)
Т
Т
Простое усиление
в)
г)
Вход
Вход
Выход
(ошибка)
Т
S
Т
Т
1
Выход
(ошибка)
S
S
2
3
4
5
Рис. 7.2. Функция человека-диспетчера при различных операциях
слежения: 1) время (время реакции); 2) усиление (умножение на константу);
3) алгебраическое сложение; 4) отклонение по времени; 5) интегрирование
216
Источник сигналов
Сигнализация
(закодированная) пульт
управления
Личное отношение:
Осмотрительность
Продуманность
Нерешительность
Безрассудство
«Помехи»
- усталость
- шум
- вибрация
- опьянение
- наркотики,
табак
- различные
источники
отвлекающие
внимание
оператора
Рецепторы
- зрение
- слух
и т.д.
Декодирование
Синтез и
решение
ПТУ (краны типа ККС)
Закодированные индикации
работы от их механизмов.
Звуковые источники.
Кинестетические.
Рис. 7.3. Специфическая модель для анализа деятельности оператора
Память
(инструкции и
последовательность
выполнения
операций)
Эффекторы
Двигательные ответы
реакции (стереотипы)
216
Зона обслуживания кранов:
приемники-накопители (их
наполняемость, наличие кр.
лесоматериалов по породам
и сортам), штабеля
лесоматериалов (объемы,
высота, удаленность,
наименование вида
лесоматериала),
транспортные средства (их
наличие и количество, вид
лесоматериала
погружаемого в них,
удаленность от штабеля).
Оператор САГУ
217
На рис. 7.3 приведен пример простой специфической модели для анализа
деятельности оператора системы автоматизированного группового управления
подъемно-транспортными устройствами на лесных складах.
Эта модель предназначена, прежде всего, для того, чтобы установить
виды и границы проведения исследований деятельности человека-оператора, а
также показать секторы, по линии которых могут быть приняты меры
предотвращения нестандартных ситуаций (несчастных случаев) и т. п.
7.3. Непрерывная линейная модель человека-оператора-диспетчера,
выполняющего операции сопровождающего слежения
В основе всех методов определения параметров непрерывной линейной
модели человека, выполняющего операцию слежения за входным сигналом при
помощи
линейной
системы
регулирования,
лежит
структурная
схема,
представленная на рис. 7.4.
Человек-оператор-диспетчер
Рис. 7.4. Структурная схема определения параметров линейной модели
человека-оператора-диспетчера, выполняющего операции сопровождающего
слежения
Данная схема (рис. 7.4) соответствует как компенсирующему, так и
сопровождающему слежению. Человек-оператор-диспетчер представлен на ней
передаточной функцией
и источником так называемого остатка или
218
ремнанты
. При этом под остатком понимается та часть выходного сигнала
человека-оператора-диспетчера, которая не может быть получена линейным
преобразованием входного сигнала.
Последовательно
с
человеком-оператором-диспетчером
включен
линейный объект управления, обладающий передаточной функцией
.
Входная и выходная величины замкнутой линейной системы обозначены
соответственно через
и
. Входным сигналом для человека-оператора-
диспетчера в какой-то определенный промежуток времени является ошибка
, которая может быть определена как
.
(7.1)
Выходная величина человека-оператора складывается из входного
сигнала, преобразованного им
, и остатка как
.
(7.2)
Выходная величина системы в целом может быть получена умножением
на передаточную функцию системы управления слежением:
.
(7.3)
Или после подстановки (7.2) в (7.3) получим
.
(7.4)
Соотношения (7.1), (7.2), (7.3) позволяют выразить все переменные через
входной сигнал и остаток, а именно, подставив (7.4) в (7.1), находим:
.
(7.5)
Затем, подставив (7.5) в (7.2), получаем выходную величину человекаоператора:
219
,
а умножив (7.6) на
(7.6)
, определяем выходную величину системы в целом
, т. е.
.
(7.7)
Статические методы определения параметров передаточной функции
человека-оператора-диспетчера основаны на использовании формул
спектрального анализа. Исходные данные получают опытным путем в
условиях,
когда
стационарной
входной
функцией
сигнал
времени
системы
и
процесс
является
случайной
слежения
приобрел
установившийся характер.
По экспериментальным данным полученных значений переменных
величин
вычисляют
одними
методами
только
модуль
частотной
характеристики, т. е. амплитудно-частотную характеристику, а другими
методами – частную характеристику полностью, т.е. и амплитудно-частотную,
и фазовую частотную характеристики.
Проанализировав экспериментальные данные Д. Макруера и Е. Крендела
[70], можно найти, что передаточная функция человека, выполняющего
однокоординатное компенсирующее слежение за непрерывно изменяющимся
сигналом с помощью усилительного, инерционного, интегрирующего или
двойного интегрирующего звеньев, может быть представлена в виде
.
В данном выражении (7.8) запаздывание
(7.8)
в зависимости от вида
входного сигнала лежит в пределах 0,12…0,20 с. Постоянная времени
,
являющаяся характеристикой инерционности нейромускульного механизма
человека, зависит от частотного состава входного сигнала и динамических
220
свойств объекта управления. Постоянная времени
, за счет изменения которой
в основном происходит адаптация человека к частным свойствам сигнала,
особенно
важна
при
упреждающего звена
низкочастотном
сигнале.
Постоянная
времени
, фактически появляющегося в передаточной функции,
если это необходимо, служит для обеспечения устойчивости низкочастотного
сигнала или его эффективной обработки. Коэффициент усиления
изменяется
в широких пределах в зависимости от коэффициента усиления объекта
управления, а также от степени тренированности (адаптации) оператора
(например, САГУ). Кроме коэффициента усиления
в состав передаточной
функции может быть включен еще один коэффициент для учета пороговой
величины
ошибки,
начиная
с
которой
оператор-диспетчер
выполняет
управляющие движения. Однако ввиду того, что ошибки меньшей величины он
воспринимает, но не устраняет, то здесь этот коэффициент может быть опущен
как малообоснованный. В данном случае (САГУ) адаптацию человекаоператора следует рассматривать как оптимизацию его деятельности, одним из
основных критериев которой является, по-видимому, запас устойчивости
системы.
Другой вид универсальной модели человека-оператора-диспетчера может
быть предложен, исходя из исследований, проведенных Д. Макруером с
соавторами [15], частотой характеристики разомкнутой системы, а именно:
.
(7.9)
Или в форме передаточной функции это выражение может выглядеть
следующим образом:
.
(7.10)
Следовательно, человек-оператор-диспетчер и управляемое им звено в
определенный момент времени (автолесовоз, входящий на лесной склад)
221
заменяются интегрирующим звеном с чистым запаздыванием. Входящие сюда
параметры
и
определяются из двух условий: модель должна обладать
частотой среза и запасом устойчивости по фазе, определенными данными
эксперимента. Для выполнения первого условия достаточно положить, что
−
частота среза амплитудно-частотной характеристики разомкнутой системы, т.е.
частота, при которой характеристика становится равной единице.
Действительно, представив выражение (7.10) в виде
,
(7.11)
убеждаемся в том, что модуль выражения обращается в единицу при условии
. Запас устойчивости по фазе
, исходя из выражения (7.11), может
быть составлен как
,
(7.12)
Тогда эффективное запаздывание может быть найдено, как:
,
(7.13)
Таким образом, вариант системы слежения с неустойчивым звеном
должен быть исследован с целью выявления таких характеристик модели,
которые диктуются, прежде всего, условиями устойчивости замкнутой
системы, так как необходимость обеспечить устойчивость жестко ограничивает
характер управляющих движений человека-диспетчера.
7.4. Дискретная нелинейная модель человека-оператора-диспетчера,
выполняющего операции компенсирующего и сопровождающего слежения
Дискретные
(импульсные)
модели
человека-оператора-диспетчера,
известные в настоящее время, представляют собой применение теории и
техники импульсных систем управления к системам, включающим человека,
как их основное звено.
222
Близость динамических характеристик таких моделей к характеристикам
человека связана, прежде всего, с тем, что импульсная схема отражает
действительно присущие человеку дискретность восприятия и дискретность
ответных движений при выполнении им непрерывной операции слежения.
Кроме того, импульсная модель, в отличие от непрерывной, способна
объяснить, почему выходной сигнал человека-оператора-диспетчера содержит
частоты, отсутствующие во входном сигнале. Хорошо тренированный,
целеустремленный человек-оператор-диспетчер действует приблизительно
оптимальным образом, зависящим от некоторых внутренних ограничений,
присущих поведению человека, а также от глубины понимания им условий
выполнения основной задачи.
Экспериментальным путем установлено, что импульсная модель лучше
согласуется с характеристиками человека-оператора-диспетчера, если на ее
входе на время текущего периода фиксируется не величина входного сигнала, а
скорость его изменения. В моделях это обычно осуществляется путем фиксации
средней за время истекшего периода скорости изменения сигнала, которая
вычисляется как отношение разности двух последних значений сигнала к
длительности периода.
Другими словами, принимается, что в промежутке между двумя отборами
входного сигнала он (сигнал) изменяется линейно со скоростью, равной
средней скорости за предыдущий промежуток [71].
Опираясь на исследования Г. Иогансена, можно предположить, что
модель человека-диспетчера может быть нелинейной многопараметрической
моделью как для компенсирующего, так и для сопровождающего слежения.
Примененный в этих исследованиях метод оптимизации параметров можно
также использовать и для разработки дискретной модели человека-диспетчера
СИОДУ лесопромышленным производством.
223
Под оптимизацией в данном случае понимается отыскание таких величин
параметров, при которых выходной сигнал модели с максимально возможной
точностью совпадает с выходным сигналом человека-диспетчера.
При этом операция оптимизации включает три основных этапа:
1.
Регистрацию в ходе опытов по слежению трех основных переменных:
, сигнала
входного сигнала
на выходе человека-диспетчера и сигнала
на выходе того или иного объекта управления.
2.
Оптимизацию модели в разомкнутом контуре.
3.
Оптимизацию модели в замкнутом контуре.
Запись
данных
Критерий
Оптимизатор
Модель
Рис.
7.5.
Оптимизация
модели
человек-оператор-диспетчер
в
разомкнутом контуре
При оптимизации в разомкнутом контуре (рис. 7.5) на вход модели
подаются те же сигналы
и
, которые подавались бы на дисплей в
опыте по слежению. Выходной сигнал модели
будет сравниваться с
записанным при проведения опыта выходным сигналом человека-диспетчера
. Их разновидность будет служить для автоматического подбора
оптимальных величин параметров модели. Для этого, во-первых, необходимо
вычислить некоторый критерий точности согласования модели и натуры и, вовторых, необходимо подобрать такие величины параметров, при которых
224
критерий имел бы минимальную величину. В данной методике оптимальные
величины параметров находятся случайным поиском, т.е. при многократном
повторении операции сравнения модели с натурой новые значения задаются
параметрам случайным образом. Для экономии времени этот этап, как и
следующий, может выполняться в ускоренном масштабе времени.
Оптимизация в замкнутом контуре (рис. 7.6) отличается тем, что из
предварительно записанных материалов опытов с испытуемым (человекомдиспетчером) используются только записи внешнего сигнала и выходного
сигнала человека-диспетчера. Выходной сигнал модели при этом поступает на
объект управления или его динамический аналог, откуда возвращается в
преобразованном виде
Запись
данных
на модель.
Оптимизатор
Модель
Критерий
Управляемый
объект
Рис. 7.6. Оптимизация модели человек-оператор-диспетчер в замкнутом
контуре
Данный вид оптимизации обладает тем преимуществом, что позволяет
начать поиск с произвольно назначенных величин параметров и легко найти
область устойчивости модели. При этом оптимизацию необходимо проводить в
указанной последовательности, а не начинать ее с замкнутой схемы, так как это
может вызвать определенные трудности с обеспечением устойчивости.
После того как будут найдены определенные параметры модели,
окончательное суждение о степени ее близости к человеку-оператору-
225
диспетчеру
выносится
на
основании
сравнения
таких
вероятностных
характеристик процесса слежения, как средние величины, корреляционные
функции и спектральные плотности выходных сигналов, а также взаимные
корреляционные функции входных и выходных сигналов.
Нелинейная дискретная модель человека-оператора была построена
Г. Иогансеном [39] на основании данных, полученных в опытах по
однокоординатному сопровождающему и компенсирующему слежению на
экране ЭЛТ. Используя данные этих опытов, можно с определенной
уверенностью предположить, что передаточная функция человека-диспетчера,
выполняющего операции компенсирующего и сопровождающего слежений в
системе
управления
лесопромышленным
производством
может
быть
представлена как
,
(7.14)
В передаточной функции (7.14) принято запаздывание
с. В
качестве критерия оптимальности может быть использован интервал от
квадрата разности между выходными величинами модели и человекадиспетчера.
На
основании
проведенных
исследований
и
результатов
производственных испытаний с последующим внедрением [27...31] различных
систем диспетчерского управления был разработан обобщенный алгоритм
(модель)
оперативно-диспетчерского
производством [91, 92].
управления
лесопромышленным
226
Заключение
На современном этапе развития научно-технического прогресса и
российской науки в период уже сложившихся рыночных взаимоотношений ещё
в большей степени решающими показателями производственной деятельности
лесопромышленных
производительности
предприятий
труда,
лесного
комплекса
совершенствование
становятся
технического
рост
уровня
лесопромышленного производства и управления им на основе современных
научных методов и различных технических средств.
Представленные в данной работе материалы проведенных многолетних
научных исследований существующих и вновь созданных автоматизированных
систем
управления
операциями
в
машинами,
условиях
механизмами,
лесопромышленного
линиями,
процессами
производства
и
реально
подтверждают тот факт, что человек во всём этом играет первостепенную и
решающую роль, т.е. все системы управления названными объектами являются
эргатическими.
В связи с этим исследования человеческих факторов созданных систем
автоматизированного управления подтвердили тесную связь человека с
выполняемым
им
тем
или
иным
технологическим
процессом
лесопромышленного производства. На основании проведенных исследований
становится весьма очевидным, что человек (оператор-диспетчер) всегда
включён в ту или иную систему лесопромышленного производства. При этом
он не является только пассивным, всего лишь реагирующим элементом,
всецело зависящим от определенной САУ в целом, а критически изучает
окружающую среду (например, в САГУ зоны обслуживания кранами на лесном
складе), разрабатывает когнитивную модель системы и часто в зоне пытается
модифицировать последнюю в соответствии со своими потребностями.
Выводы, полученные из проведенных исследований человеческих
факторов, убедительно подтверждают очевидное, т. е. то, что мы как индивиды
227
воспринимаем реальность, исходя из нашего каждодневного опыта или из
опыта взаимосвязи с другими людьми.
Например, очевидно, что инструктивная обратная связь (см. раздел 4)
повышает качество обучения оператора-диспетчера, что слишком быстро
сменяющиеся входные параметры с трудом поддаются регулированию, что
операторы независимо от индивидуальных способностей с трудом решают
вероятностные задачи текущей обстановки и т. п.
И в то же время мы видим, что обратная связь в эргатических системах
автоматизированного
управления
процессами
лесопромышленного
производства, которые рассматриваются здесь, может служить для человекаоператора-диспетчера в качестве руководства, мотивировать и поощрять его
действия в самой системе и представлять собой мощный инструмент при
обучении (адаптации) операторов-диспетчеров в различных операционных
ситуациях.
И наконец, теоретические исследования систем автоматизированного
управления подъемно-транспортными устройствами на лесных складах по
быстродействию и качеству, по оптимизации перемещения лесных грузов и
минимизации времени рабочего цикла, по оптимизации количества ПТУ в
группе по конструктивно-техническим параметрам АСУ и функциональным
возможностям человека-оператора и т. д. свидетельствуют, что созданные
системы управления были оптимальными и, безусловно, эргатическими.
228
Библиографический список
1. Пособие для оператора полуавтоматических линий [Текст] : учеб.
пособие / Д. К. Воевода, В. А. Киреев, Я. М. Каплун, А. И. Вялья, В. В. Назаров.
– М. : Лесн. пром-сть, 1979. – 336 с.
2. Алябьев, В. И. Оптимизация производственных процессов на
лесозаготовках [Текст] / В. И. Алябьев. – М. : Лесн. пром-сть, 1977. – 232 с.
3.
Вильке,
Г.
А.
Автоматизация
производственных
процессов
лесопромышленных предприятий [Текст] / Г. А. Вильке. – М. : Лесн. пром- сть,
1972. – 416 с.
4. Меклер, А. Г. Автоматизация подъемно-транспортных машин [Текст] /
А. Г. Меклер. – М. : Машиностроение, 1967. – 311 с.
5. Редькин, А. К. Основы моделирования и оптимизации процессов
лесозаготовок [Текст] : учеб. / А. К. Редькин. – М. : Лесн. пром-сть, 1988. –
255 с.
6. Смехов, А. А. Автоматизированные склады [Текст] / А. А. Смехов. –
М. : Машиностроение, 1987. – 296 с.
7.
Таран,
В.
А.
Математические
вопросы
автоматизации
производственных процессов [Текст] / В. А. Таран, С. С. Брудник,
Ю. Н. Кофанов. – М. : Высш. шк., 1966. – 216 с.
8. Ломов, Б. Ф. Человек и техника. Очерки инженерной психологии
[Текст] / Б. Ф. Ломов. – М. : Советское радио, 1966. – 463 с.
9. Сейдж, Э. П. Оптимальное управление системами [Текст] /
Э. П. Сейдж, Ч. С. Уайт. – М. : Радио и связь, 1982. – 391 с.
10. Куропаткин, П. В. Теория автоматического управления [Текст] : учеб.
пособие / П. В. Куропаткин. – М. : Высш. шк., 1973. – 527 с.
11. Макеев, В. Н. Основы моделирования и оптимизации транспортногрузовых процессов лесопромышленных производств [Текст] : учеб. пособие /
В. Н. Макеев. – Воронеж, 1995. – 79 с.
229
12. Макеев, В. Н. Оптимизация автоматизированных систем управления
подъемно-транспортными
устройствами
на
лесных
складах
[Текст]
:
монография / В. Н. Макеев. – Воронеж : ВГУ, 1991. – 166 с.
13.
Макеев,
В.
Н.
Совершенствование
управления
транспортно-
грузовыми процессами лесопромышленных производств [Текст] : монография /
В. Н. Макеев. – Воронеж, 2005. – 117 с.
14. Монмоллен, М. Система «человек и машина» [Текст] / М. Монмоллен
; пер. с франц., под ред. проф. Д. А. Ошанина. – М. : Мир, 1973. – 256 с.
15. Шеридан, Т. Б. Система человек-машина. Модели обработки
инормации, управления и принятия решения человеком-оператором [Текст] /
Т. Б. Шеридан, У. Р. Феррелл ; пер. с англ., под ред. чл.-корр. АН СССР
К. В. Фролова. – М. : Машиностроение, 1980. – 399 с.
16.
Макеев,
Н.
В.
автоматизированного
Эргономические
группового
основы
управления
разработки
систем
подъемно-транспортными
устройствами на лесных складах [Текст] : монография / В. Н. Макеев. –
Воронеж, 1998. – 151 с.
17. Штейнбух, К. Автомат и человек. Кибернетические факты и гипотезы
[Текст] / К. Штейнбух ; пер. с англ. – М. : Советское радио, 1967. – 493 с.
18. Захаров, В. Н. Системы управления. Задание. Проектирование.
Реализация [Текст] / В. Н. Захаров, Д. А. Поспелов, В. Е. Хазацкий. – М. :
Энергия, 1972. – 343 с.
19.
Макеев,
автоматизированного
В.
Н.
Совершенствование
управления
процессами
эргатических
систем
лесопромышленного
производства [Текст] / В. Н. Макеев // Ресурсосберегающие и экологически
перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего, материалы
международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию
лесоинженерного факультета Воронежской государственной лесотехнической
академии ; под ред. проф. В.К. Курьянова. – Воронеж, 2009. – С. 136-140.
230
20. Meister, D. Development of Human Performance Reliability Data System /
D. Meister // Annals of Reliability and Maintainability, American Society of
Mechanical Engineers. – New York, 1971. – P. 425-439.
21. Макеев, В. Н. Оператор в системе группового управления кранами на
лесных складах [Текст] / В. Н. Макеев, Н. И. Булавин, Р. А. Ефанова // Лесная
промышленность. – 1979. – № 7. – С. 16-18.
22. Макеев, В. Н. Опыт дистанционно-программного управления кранами
на лесных складах [Текст] : монография / В. Н. Макеев – М. : Лесн. пром-сть,
1973. – 71 с.
23. Макеев, В. Н. Исследование процесса штабелевки и погрузки
лесоматериалов консольно-козловыми кранами с дистанционно-программным
управлением [Текст] : дисс. ... канд. тех. наук 05.21.01 / В. Н. Макеев. –
Воронеж, 1970. – 198 с.
24. Булавин, Н. И. Исследование процесса штабелевки и погрузки
лесоматериалов крановыми установками при групповом управлении [Текст] :
дисс. ... канд. тех. наук 05.21.01 / Н. И. Булавин – Мн. : Белорусский техн. ин-т,
1980. – 187 с.
25. Макеев, В. Н. Управление кранами с применением телевизионной
установки [Текст] / В. Н. Макеев, Н. И. Булавин // Механизация и
автоматизация производств. – 1978. – № 6. – С. 8-10.
26. Макеев, В. Н. Исследование системы дистанционного управления
кранами, оснащенными грейферами в Новороссийском лесном порту [Текст] /
В. Н. Макеев, А. Н. Карпеченко // Лесоэксплуатация и лесосплав. – 1989. – № 4.
– С. 13-15.
27.
Макеев,
производственными
В.
Н.
Система
процессами
лесного
централизованного
склада
управления
Горяче-Ключевского
лесокомбината [Текст] / В. Н. Макеев, И. Л. Ерихонов // Сб. статей по итогам
договорных науч.-иссл. работ Минлесхоза РСФСР за 1876-77 гг. – М. : Лесн.
пром-сть, 1978. – С. 95-98.
231
28. Макеев, В. Н. Промышленное телевидение централизованного
управления
нижескладским
производственным
процессом
[Текст]
/
В. Н. Макеев, Н. И. Булавин, И. Л. Ерихонов // Сб. статей по итогам
договорных науч.-иссл. работ Минлесхоза РСФСР за 1977-80 гг. – М. : Лесн.
пром-сть, 1983. – С. 132-137.
29. Макеев, В. Н. Использование радиотехнических средств в системе
централизованного диспетчерского управления технологическими процессами
Игирминского леспромхоза ЦНИИМЭ [Текст] / В. Н. Макеев, Д. М. Гадаев. –
Воронеж, 1883. – 10 с. – Деп. в ВИНИТИ 15.06.83 № 993 л.б.
30. Радиосвязь в системе ЦДУ Собинского леспромхоза [Текст] /
В. Н. Макеев, В. А. Корыстин, Б. С. Руденко, Л. В. Сбоев // Информ. сб.
«Лесоэксплуатация и лесосплав» ВНИПИЭИ леспром. – М., 1989. – Вып. 4. –
С. 13-14.
31. Макеев, В. Н. Учёт первичного сырья в системе централизованного
диспетчерского управления Бендерского комбината «Фанеродеталь» [Текст] /
В. Н. Макеев, Ю. В. Пахунов. – Воронеж, 1987. – 18 с. – Деп. в ВИНИТИ
17.03.87, № 1900 – л.б. 68.
32. Макеев, В. Н. Оператор систем автоматизированного управления
подъемно-транспортными
устройствами
и
его
возможности
[Текст]
/
В. Н. Макеев. – Воронеж, 1988. – 8 с. – Деп. в ВНИПИЭИ леспром, № 200 л.б.
33. Макеев, В. Н. Оптимизация количества ПТУ в группе по
функциональным
возможностям
человека-оператора
автоматизированной
системы управления [Текст] / В. Н. Макеев, Н. Н. Спыну. – Воронеж, 1989. –
28 с. – Деп. в ВНИПИЭИ леспром, № 2502 л.б.
34. Егурнов, Г. П. Одноковшовые экскаваторы [Текст] / Г. П. Егурнов. –
М., 1960. – 339 с.
35.
Скворцов,
Г.
С.
Системы
управления
одноковшовыми
гидравлическими экскаваторами [Текст] / Г. С. Скворцов, Л. М. Немировский. –
М. : ЦНИИТЭстроймаш, 1976. – 52 с.
232
36. Доценко, К. И. На экскаваторе [Текст] / К. И. Доценко. – М. :
Профиздат, 1952. – 37 с.
37. Гайдовский, В. М. Две нормы в смену на экскаваторе ДКА-025 [Текст]
/ В. М. Гайдовский. – М. : Автотрансиздат, 1956. – 14 с.
38.
Макеев,
В.
Н.
Обратная
связь
в
эргатических
системах
автоматизированного управления [Текст] / В. Н. Макеев // Лесотехнический
журнал. – Воронеж, 2011. – № 2. – С. 17...22.
39. Макеев, В. Н. Системы автоматизированного управления процессами
лесопромышленного производства [Текст] / В. Н. Макеев, А. Ю. Мануковский
// Научный журнал КубГАУ. – Краснодар, 2012. – № 76. – 10 с.
40. Бушурова, В. Е. К вопросу о восприятии и опознании знаковой
индикации [Текст] / В. Е. Бушурова, М. К. Тутушкина // Проблема общей и
инженерной психологии: сб. науч. тр. – Ленинград : ЛГУ, 1964. – С. 21- 25.
41. Егоров, В. А. О пропускной способности оператора как показателе
тренированности и сложности выполняемой работы [Текст] / В. А. Егоров //
Вопросы психологии. – № 1. – М., 1965. – С. 36-39.
42. Зинченко, В. П. Деятельность оператора в режиме информационного
поиска [Текст] / В. П. Зинченко, Н. И. Майзель, Л. В. Фаткин // Вопросы
психологии. – № 2. – М., 1965. – С. 81-85.
43. Ульянченко, Е. Ф. Методика определения времени решения задачи
оператором [Текст] / Е. Ф. Ульянченко // Вопросы психологии. – № 6. – М.,
1969. – С. 51-55.
44. Чайнова, Л. Д. Некоторые методы сравнительной экспериментальной
оценки
средств
отображения
информации
на
диспетчерских
пунктах
управления [Текст] / Л. Д. Чайнова, А. С. Афанасьев // Эргономика, принципы и
рекомендации. – Вып. 4. – М., 1972. – С. 42-48.
45. Филонов, Л. Б. Зависимость скорости реакции выбора от числа
различных признаков объектов [Текст] / Л. Б. Филонов // Вопросы психологии.
– № 1. – М., 1963. – С. 38-45.
233
46. Суходольский, Г. В. Исследование статистических характеристик
человека-оператора при нестационарных входных воздействиях [Текст] /
Г. В. Суходольский, Г. А. Сергеев, В. М. Водлозеров // Система человек и
автомат. – М. : Наука, 1965. – 235 с.
47. Ольшанникова, А. Е. Влияние продолжительности работы на
зависимость времени реакции от интенсивности зрительных сигналов [Текст] /
А. Е. Ольшанникова // Вопросы психологии. – № 6. – М., 1963. – С. 15-19.
48. Таран, В. А. Сравнительная оценка методов измерения обученности
человека-оператора в эргатической системе слежения [Текст] / В. А. Таран //
Вопросы психологии. – М., 1972. – С. 158-162.
49.
Очерки
психологии
труда
операторов
[Текст]
/
под
ред.
Е. А. Милеряна. – М. : Наука, 1974. – 307 с.
50. Смирнов, Б. А. Инженерная психология [Текст] / Б. А. Смирнов. –
Киев : Вища школа, 1979. – 189 с.
51. Ронжин, О. В. Аналитические методы исследования эргатических
систем [Текст] / О. В. Ронжин. – М. : Энергия, 1976. – 246 с.
52. Макеев, В. Н. Модель человека-диспетчера системы информационнооперативного
управления
лесопромышленным
производством
[Текст]
/
В. Н. Макеев, М. И. Круцких, Д. В. Козлов. – Воронеж, 2002. – 14 с. – Деп. в
ВИНИТИ № 1041-В2002.
53. Макеев, В. Н. Анализ качества системы «человек (оператор)автоматизированное управление – подъемно-транспортное устройство» [Текст]
/ В. Н. Макеев // Технология, машины и производство лесного комплекса
будущего: матер. междунар. науч.-практ. конференции, посвященной 50-летию
лесоинженерного ф-та ВГЛТА. – Воронеж, 2004. – С. 19-23.
54.
Макеев,
автоматизированного
В.
Н.
Совершенствование
управления
процессами
эргатических
систем
лесопромышленного
производства [Текст] / В. Н. Макеев // Ресурсосберегающие и экологически
перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: матер.
234
междунар. науч.-практ. конференции, посвященной 55-летию лесоинженерного
ф-та ВГЛТА. – Воронеж, 2009. – С. 136-140.
55. Макеев, В. Н. Оптимизация количества ПТУ (кранов) в группе по
возможностям: техническим автоматизированной системы управления и
функциональным оператора её [Текст] / В. Н. Макеев // V Всесоюзная науч.техн. конференция «Механизация и автоматизация переместительных работ на
предприятиях лесного комплекса». – М. : МЛТИ, 1989. – С. 90-92.
56. Макеев, В. Н. Физиологическая оценка труда крановщика и оператора
при групповом управлении кранами на лесных складах [Текст] / В. Н. Макеев,
Н. И. Булавин, Р. А. Ефанова. – М. : ВНИПИЭИлеспром, 1981. – 11 с. – Деп. в
ВИНИТИ № 705д.
57. Цибулевский, И. Е. Человек как звено следящей системы [Текст] :
монография / И. Е. Цибулевский. – М. : Наука, 1981. – 288 с.
58. Таран, В. А. Эргатические системы управления [Текст] / В. А. Таран. –
М. : Мир, 1976. – 188 с.
59. Зигель, А. Модели группового поведения в системе «человек-машина»
[Текст] / А. Зигель, Дж. Вольф. – М. : Мир, 1973. – 261 с.
60. Макеев, В. Н. Автоматизация управления подъемно-транспортным
оборудованием на лесных складах [Текст] : обзорная информация /
В. Н. Макеев
//
Лесоэксплуатация
и
лесосплав.
–
Вып.
2.
–
М.
:
ВНИПИЭИлеспром, 1992. – 44 с.
61. Flatan, C. R. The manipulator as amean of extending our dexterous
capabilities to larger and smaller scales [Text] / C. R. Flatan // Proc. 21th RSTD Conf.
– 1973. – 47 p.
62. Charles J. La Telesymbiotique [Text] / J. Charles, J. Vertut // Proc. II
Collouqe International Suz Exploitation des oceans, ACOBOR, Bordeaux, 1974. –
56 p.
235
63. Corkez, K. Research issues in implementing, remote presence in
teleoperator control [Text] K. Corkez, A. N. Vishkin, Y. Lyman // Proc. 17th
conference on Manual Control, UGLA, 1981. – 109 c.
64. Николин, В. И. Автотранспортный процесс и оптимизация его
элементов [Текст] / В. Н. Николин. – М. : Транспорт, 1990. – 192 с.
65. Макеев, В. Н. Совершенствование транспортно-грузовых процессов
лесопромышленных производств [Текст] : монография / В. Н. Макеев. –
Воронеж, 1999. – 56 с. – Деп. в ВИНИТИ. № 1418 – В 99.
66. Пупков, К. А. Функциональные ряды в теории нелинейных систем
[Текст] : монография / К. А. Пупков, В. И. Каналин, А. С. Ющенко. – М. :
Наука, 1979. – 448 с.
67. Макеев, В. Н. Совершенствование транспортно-грузовых процессов
на основе систем диспетчерского управления [Текст] / В. Н. Макеев // Вестник
Центрально-Черноземного регионального отделения науки о лесе АЕН ВГЛТА.
– Воронеж, 1999. – С. 64-70.
68. Алябьев, В. Н. Оперативное управление автомобильной вывозкой леса
[Текст] / В. И. Алябьев. – М. : МЛТИ, 1983. – 79 с.
69. Артынов, В. Н. Автоматизация управления транспортными системами
[Текст] / В. Н. Артынов, А. П. Ембулаев, А. В. Пупышев. – М. : Наука, 1984. –
274 с.
70. McRuer, D. T. The human operator as a servo system element [Text] /
D. T. McRuer, E. S. Krendel. – Part Y. – Y. Franklin Inst, 1979. – 59 p.
71.
Johansen,
G.
Development
and
Optimization
of
a
Nonlinear
Multiparameter Human Operator Model [Text] / G. Johansen // JEEE Trans. Systems,
Man, and Cybernetics SMC-2. – No. 4. – 1972. – P. 494-503.
72. Макеев, В. Н. Алгоритм оперативно-диспетчерского управления
лесопромышленным производством [Текст] / В. Н. Макеев, М. И. Круцких //
Реализация
региональных
научно-технических
программ
черноземного
региона: матер. науч.-техн. конференции ВГТУ. – Воронеж, 1997. – С. 76-79.
236
73. Измеров, Н. Ф. Труд – здоровье – работоспособность [Текст] /
Н. Ф. Измеров, З. А. Волкова. – М. : Знание, 1975. – 96 с.
74. Попов, А. П. Авиационная медицина [Текст] / А. П. Попов. – М. :
Воениздат, 1959. – 393 с.
75. Солодовников, С. С. Теория автоматического регулирования. Кн. 1
[Текст] / С. С. Солодовников. – М. : Машиностроение, 1976. – 768 с.
76. Ушеров, И. Г. Производительность и интенсивность труда [Текст] /
И. Г. Ушеров. – М. : Экономика, 1965. – 88 с.
77. Адамович, Н. В. Управляемость машин [Текст] / Н. В. Адамович. – М.
: Машиностроение, 1977. – 280 с.
78. Леонтьев, А. Н. Инженерная психология. Из цикла «Беседы по
актуальным вопросам науки» [Текст] / А. Н. Леонтьев. – М. : Знание, 1967. –
56 с.
79. Макеев, В. Н. Дистанционное управление кранами с применением
счётных устройств на логических элементах [Текст] / В. Н. Макеев,
Н. И. Булавин // Механизация и автоматизация производства. – № 6. – С. 18-21.
80. Николаев, В. И. Информация, теория контроля и управления [Текст] /
В. И. Николаев. – Л. : Судостроение, 1973. – 73 с.
81.
Очерки
психологии
труда
операторов
[Текст]
/
под
ред.
Е. А. Милеряна. – М. : Наука, 1974. – 307 с.
82. Гальцов, А. Д. Нормирование и основы научной организации труда в
машиностроении [Текст] / А. Д. Гальцов. – М. : Машиностроение, 1973. – 107 с.
83.
Дружинин,
Г.
В.
Процессы
технического
обслуживания
автоматизированных систем [Текст] / Г. В. Дружинин. – М. : Энергия, 1973. –
272 с.
84. Ломов, Б. Ф. Исследование деятельности человека-оператора в
режиме слежения [Текст] / Б. Ф. Ломов, С. Н. Левнева // Вопросы психологии. –
1975. – № 2. – С. 17-19.
237
85. Венда, В. Ф. Оператор и машина [Текст] / В. Ф. Венда. – М. : Знание,
1964. – 81 с.
86. Бойко, Е. Н. Время и реакция человека [Текст] / Е. Н. Бойко. – М. :
Медицина, 1964. – 123 с.
87. Розенблат, В. В. Радиопульсометрия и вопросы физиологического
нормирования при тяжелом труде [Текст] / В. В. Розенблат, Ю. Г. Солонин //
Физиологический журнал СССР им. Сеченева. – Т. 52. – М., 1966. – С. 253-260.
88. Гончаренко, Ю. А. Оценка загруженности и напряженности труда
оператора на основе анализа временной диаграммы его деятельности [Текст] /
Ю. А. Гончаренко // Эргономика. – М. : ВНИИТЭ, 1972. – Вып. 4. – С. 156-161.
89. Баевский, Р. М. К вопросу комплексной оценки напряженности труда
операторов [Текст] / Р. М. Баевский // Адаптация и проблемы общей патологии.
– Т. 1. – Новосибирск, 1974. – С. 226-231.
90. Макеев, В. Н. Принципы и методы оперативно-диспетчерского
управления лесопромышленным производством [Текст] / В. Н. Макеев,
М. И. Круцких. – Воронеж, 1995. – 9 с. – Деп. в ВИНИТИ № 1645 – В95.
91. Макеев, В. Н. Принципы эффективной организации управления
лесопромышленным производством – основной критерий создания обобщенной
модели информационно-оперативного диспетчерского управления [Текст] /
В. Н. Макеев, М. И. Круцких // Природопользование: межвуз. сб. науч. тр. –
Воронеж, 2000. – С. 105-109.
238
Научное издание
Макеев Виктор Николаевич
ЭРГАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Монография
239
Редактор Е.А. Богданова
Подписано в печать 16.02.2015. Формат 60×90 /16.
Усл. печ. л. 14,94. Уч.-изд. л. 14,0. Тираж 500 экз. Заказ
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
66
Размер файла
1 524 Кб
Теги
лесопромышленном, эргатических, система, процесса, автоматизированной, управления, макеев, производства
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа