Теория Эргономика вся. 1 Введение в эргономику. Эргатическая система. Понятие и место эргономики в системе научного знания
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
Вопрос 1.3 - Система «человек-машина» как объект эргономики В общей теории систем под системой понимается комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (компонентов), предназначенных для решения конкретной единой задачи и составляющих единое целое. Система «человек — машина» — одно из основных понятий эргономики, ее объект. Иногда для обозначения СЧМ применяют и другие обозначения: система «оператор–машина–среда», система «человек–машина», система «человек–техника», эргатическая система, эрготехническая, социотехническая и т. д. Несмотря на разнообразие названий, общим для этих систем является то, что они представляют собой физические, целенаправленные, замкнутые системы, включающие в себя человека как главное, решающее (управляющее) звено. По ГОСТ 26.387-84 «Система «человек-машина». Термины и определения». Система «человек — машина» — это «система, включающая в себя человека, машину, посредством которой он осуществляет трудовую деятельность, и среду на рабочем месте». Состоит из двух подсистем: подсистемы, включающей технические звенья («машина»), подсистемы, которая представлена человеком. Машина–любое техническое устройство,предназначенное для целенаправленного изменения материи, энергии или информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Человек, выполняющий функции управления в системе «человек-машина», называется «оператором». В эргономике под «человеком-оператором» понимается «человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с объектом воздействия, машиной и средой на рабочем месте при использовании информационной модели и органов управления». В узком смысле под оператором понимают человека, выполняющего деятельность в СЧМ посредством взаимодействия с информационной моделью. Информационная модель — это организованное в соответствии с определённой системой правил отображение состояния предмета труда, технической системы, внешней среды и способов воздействия на них. По ГОСТ 26.387-84 Информационная модель — это «условное отображение, информация о состоянии объекта воздействия, системы «человек — машина» и способов управления ими». «Информационная модель» реализуется в технических средствах в виде средств отображения информации — индикаторов, дисплеев, сигнализаторов, содержания виртуальной реальности и т.п. и должна обеспечить оператору: понимание отображаемой информации; эффективное информационное взаимодействие человека и технических устройств; максимальную надёжность деятельности человека и системы управления; гибкость поведения человека и взаимозаменяемость наблюдателей. Информационные модели, несущие осведомительную информацию, разделяют на: наглядные, абстрактные, смешанные. Наглядные модели (репродуктивные, пикторальные, картинные или модели — изображения) являются визуальной копией, подобием отображаемого объекта; в них воспроизводятся те или иные, прежде всего пространственные и модальностью, свойства объекта. Картина, фотография, голограмма, мультипликация, компьютерная графика, видеоизображения — примеры наглядных информационных моделей. Достоинство этих моделей в том, что процесс их восприятия во многом протекает так же, как и процесс восприятия реальных объектов, что позволяет человеку использовать опыт, полученный в процессе деятельности с реальными объектами. Абстрактные модели (символические, условные, знаковые, кодовые) передают оператору информацию об отображаемом объекте при помощи набора знаков. Текст, математические формулы, системы символов — примеры этого класса моделей. Достоинство абстрактных моделей состоит в том, что они позволяют отображать скрытые от непосредственного наблюдения свойства объектов — скорость, напряжение, величину тока, угол крена, ускорение и т.д. Смешанные модели — сочетание элементов наглядных и абстрактных моделей. При рациональном сочетании объединяются достоинства моделей первых двух типов. Основные требования к информационным моделям (А.А. Крылов): информационная модель должна отражать только наиболее существенные взаимосвязи в системе; должна строиться на основе использования эффективных кодов; должна быть наглядной и учитывать характеристики анализаторных систем человека. Вопрос 1.4 - Функциональные границы в системе «человек-машина». Одной из важнейших прикладных задач эргономики является решение вопроса оптимального распределения функций между человеком и машиной. Определенные виды действий (или функции) оставляются за человеком, другие автоматизируются (передаются машине). От распределения функций зависит не только то, насколько эффективно будет работать система человек—машина (далее — СЧМ), но также условия работы персонала, характер нагрузки на человека-оператора, удовлетворенность трудом. Особенно важно понимать задачи распределения функций в связи с тем, что надежды, возлагаемые на автоматизацию и роботизацию процессов деятельности, оправдываются далеко не всегда. При этом подобная модернизация производства может приводить к появлению дополнительных сложностей в работе человека, которые сводят на нет усилия по совершенствованию процессов и средств деятельности. Основные подходы к распределению функций между человеком и автоматом, реализуемые в практике создания сложных технических систем, можно отнести к одному из 3 классов: машиноцентрический, подход преимущественных возможностей, подход взаимодополняемости человека и машин. Вариантом последнего подхода является принцип взаимного резервирования оператора и автоматики. Машиноцентрический подходсостоит в том, чтобы передать как можно больше функций машине. Этот подход оказался достаточно рациональным, так как надежность машины может быть повышена с меньшими затратами, чем надежность людей. Однако снижая рабочую нагрузку на человека, для чего, собственно и направлена автоматизация, можно впасть в другую крайность — недогрузку, которая также опасна для человека. Как перегрузки, так и слишком низкие нагрузки вызывают стресс, монотонию, снижение мотивации и интереса к работе. Кроме того, передача максимального количества функций машине приводит практически к полному «выключению» оператора из процесса управления. А это делает затруднительным его вмешательство в работу всей системы в экстренных ситуациях по той простой причине, что нередко в этих случаях работник перестает понимать логику поведения машины. Распределение функций, при котором человеку остается лишь то, что не может делать машина, основано на убеждении проектировщика в том, что человек может использоваться в качестве запасной подсистемы. Если все остальное отказало, человек, по крайней мере, может повернуть выключатель и предотвратить аварию. Это, конечно, экстремальный случай распределения функций, оставляющий за человеком-оператором ответственность только при ненормальных условиях функционирования системы. В данном случае проектировщик заинтересован, чтобы человек не вмешивался, когда система работает должным образом. Однако такая методология проектирования уже считается устаревшей. Принцип преимущественных возможностейпри распределении функций (сформулировал Пол Фиттс в 50-х гг. 20 в.). Он предложил оставить за человеком то, в чем он превосходит машину, а машине отдать то, в чем она превосходит человека. Например, если функция требует быстрых арифметических расчетов или поднятия тяжелых грузов, она передается машине. Если функция требует обнаружения сигнала в шуме или связана с редкими информационными перегрузками, то она возлагается на человека. На ранних этапах проектирования функции оцениваются изолированно, а их распределение основывается на сравнении эффективности человека и машины для каждой конкретной функции. Впоследствии проверяется, не создает ли чрезмерных нагрузок на ту или иную подсистему принятое распределение функций. Обнаруженные перегрузки могут быть устранены передачей некоторых функций другим подсистемам, особенно если перегруженным оказывается человек. То есть при данном алгоритме решения проблемы обязательно имела место стадия корректировки проектных решений. Этот подход привел к созданию многочисленных таблиц, сопоставляющих производительность человека и машины по широкому спектру функций (Крейк, Фиттс, Чапанис). Такие таблицы широко используются и постоянно уточняются в силу постоянного совершенствования технических систем. Имеет место тенденция передачи все большего числа функций машине. Подход взаимодополняемости человека и машинсостоит в том, чтобы организация деятельности обеспечивала взаимное усиление функций человека и машины (Н.Джордан). Джордан показал, что любая формализованная таблица, в которой сравнивается человек и машина, переоценивает машину. Машины и люди, как свидетельствуют практика, являются несопоставимыми подсистемами по ряду ключевых параметров. Поэтому таблицы преимущественных функциональных возможностей не могут автоматически применяться ко всем системам и функциям. В целом же можно сделать вывод: люди гибки, но непоследовательны, тогда как машины последовательны, но не гибки. Поэтому Джордан предложил заменить принцип сопоставления на более точный принцип дополнительности. Вместо попыток решить вопрос о том, кто — человек или машина — должен выполнять данную задачу, необходимо осознать, что функции выполняются людьми и машинами совместно. Деятельность должна быть разделена между человеком и машиной, а не просто передана одному или другому. Кроме того, обязательным является соблюдение правила, в соответствии с которым ответственность за управление во всех случаях должна возлагаться на человека. Особенно это актуально, например, в области применения оружия. Абсолютно неприемлема ситуация, когда, например, машина начинает ядерную контратаку, исходя из собственных данных о запуске ракет противника. Во многих автоматизированных системах человеку переданы только те функции, которые либо слишком дороги, либо слишком сложны, чтобы возлагать их на машину. При этом человек рассматривается как звено между подсистемами и обеспечивается только той информацией и возможностями контроля, которые необходимы этому звену. Поэтому когда система выходит из строя, человек не может взять управление в свои руки, так как связующие звенья не могут быть управляющими органами. Человек в этом случае просто не понимает, что происходит с системой. Распределение функций между людьми и машинами должно проводиться по правилам, выходящим за рамки сугубо инженерного подхода, который исповедуется при разделении функций между двумя подсистемами машины. Оптимизация взаимодействия человека и машины может осуществляться по пути такого распределения функций между ними и автоматизации некоторых функций человека-оператора, которые обеспечивали бы стабильность их взаимодействия. Н.Д.Заваловой с соавторами сформулирован подход, предполагающий, что в основу такого распределения функций должны быть положены два принципа: принцип активного оператора; принцип технического обеспечения актуализации психических и психофизиологических резервов оператора. В соответствии с ними степень автоматизации необходимо выбирать таким образом, чтобы работник осуществлял непрерывный контроль процессов управления по информации, обеспечиваемой автоматикой. Часть операций управления оператор должен выполнять только самостоятельно. Суть данных принципов состоит в обеспечении максимальной подготовленности оператора к деятельности в аварийных ситуациях, в том числе в условиях острого дефицита времени при отказе автоматики. Они реализуют более общую антропоцентрическую философию при создании сложных человеко-машинных комплексов: Вариантом взаимодополняемости человека и машин является принцип взаимного резервирования оператора и автоматики. Усложнение техники приводит к увеличению нелинейности, неустойчивости, неопределенности, возрастанию потенциальной опасности процессов управления, и, в свою очередь, к неформализуемости и непредсказуемости функционирования СЧМ. Из этого вытекает необходимость применения стратегии гибкого изменения степени автоматизации процессов управления. Поэтому отсюда следует новый принцип — взаимного резервирования оператора и автоматики. Суть: человек-оператор резервирует технику (в случае возникновения неустраняемых автоматикой отказов или нерасчетных ситуаций) посредством самостоятельного снижения степени автоматизации. Автоматика резервирует человека (при возникновении в его деятельности серьезных проблемностей) путем принудительного повышения степени автоматизации процессов управления. Тогда полуавтоматические режимы будут основными, а автоматические и ручные будут рассматриваться как резервные для страховки человека и автоматики соответственно. Во многом схожая идея заложена в так называемом динамическом распределении,которое заключается в предоставлении работнику возможности самостоятельно распределять функции, ориентируясь на ситуацию. К примеру, когда водитель хочет передать функцию сохранения постоянной скорости движения подсистеме машины, он делает соответствующее переключение. Если такая передача функции нежелательна, например, в условиях интенсивного городского движения, ее выполняет водитель. Различные автоматические системы, имеющиеся сейчас на борту воздушных судов, являются более совершенными по сравнению с описанными вариантами динамического распределения. Вопрос об использовании автоматического режима решает пилот. Динамическое распределение предоставляет большую свободу в распределении функций, так как не является жестко фиксированным в устройстве машины. Иначе говоря, это означает, что акцент в проектировании переносится с точного предвосхищения требований пользователя на оперативное решение о распределении функций, определяемое оценкой текущих условий, поведения системы в целом и подсистемы человека. Конечная цель динамического распределения — минимизация усилий по распределению со стороны пользователя. Когда слишком возрастает рабочая нагрузка, система автоматически принимает на себя большую ее часть, чтобы высвободить человека-оператора. Вопрос 1.5 - Динамические характеристики деятельности человека-оператора в эргатических системах В формализованном виде трудовую деятельность можно представить как динамическую структуру, осуществляющую преобразование материи, энергии и информации. Следовательно, эргатическую систему можно рассматривать как сложную динамическую систему управления. Известно, что характеристики динамической системы управления определяются характеристиками составляющих её звеньев. Наибольшее значение в эргатической системе имеют динамические характеристики человека и техники. Для одноконтурной системы управления (см. рис. 1) эти характеристики определяются циклом регулирования. Циклом регулированияназывается период полного оборота сигналапо контуру системы управления, т. е. от объекта управления к человеку-оператору (осведомительная информация) и от него через регуляторы обратно к объекту управления (командная информация). Этот цикл определяется суммой задержек информации в человеческом и машинном звеньях системы. где – время задержки сигнала в машинных звеньях, – время реакции человека, t1 –время прохождения сигнала через средства отображения информации (СОИ t2–время на восприятие,переработку информации оператором и принятие решения; t3 – время на выполнение управляющих действий человеком-оператором; t4 – инерционное время срабатывания органов управления на пульте управления. Практика работы СЧМ показывает, что цикл регулирования, используемый оператором в реальных условиях больше теоретического на некоторую величину, называемую резервным временем. Наличие этого времени вызвано занятостью оператора другими приборами и устройствами, неподготовленностью его к восприятию информации, загрузкой его решением других задач. Из-за этого возникают дополнительные задержки информации в человеческом звене, а резервное время как раз и определяет ту границу, в пределах которой эти задержки допустимы. Поэтому при проектировании СЧМ и трудовой деятельности операторов таких систем необходимо учитывать резервное время: Время задержки сигнала в человеческом звене на порядок больше времени прохождения сигнала через машинные звенья системы,следовательно цикл регулирования Tцзависит преждевсего от человека. Человек с возможной для него максимальной скоростью выполняет то или иное движение в ответ на заранее известный, но внезапно поступивший сигнал. Время реакции человека складывается из латентного (скрытого) периода реакции t2 и времени моторного ответа t3. При современной тенденции роста скоростей движения и постоянно увеличивающемся дефиците времени у человека исследование времени реакции на различные сигналы приобретает большое практическое значение. На время реакции в производственных условиях оказывают влияние факторы как объективного, так и субъективного характера. На время реакции оказывает влияние тип раздражителя и соответственно анализатора, принимающего сигнал Время реакции зависит от числа одновременно решаемых задач, от сложности алгоритмов их решения, от степени обученности и опыта работы человека-оператора, от психофизиологического состояния человека, пола, возраста и других индивидуальных особенностей оператора. На время реакции влияют также интенсивность сигнала, периодичность появления сигнала, его информационное содержание. Время реакции подвержено суточным колебаниям, зависит от действия помех, фармакологических, токсических, наркотических и отравляющих веществ. Особенно важным для практики работы оператора является реакция выбора, связанная с тем, что на поступивший сигнал оператор должен реагировать не простым нажатием кнопки, а выбором одного из нескольких органов управления. Время движения оператора к органу управления t3 зависит от того, какие движения туловища, рук или ног приходится выполнять человеку. Время на преодоление свободного хода органа управления t4 в каждом конкретном случае оценивается самостоятельно. При конструировании переключателей, рукояток, педалей и т. п. время на преодоление свободного хода стараются свести к минимуму. Вопрос 1.6 - Надежность эргатических систем Важнейшим условием для повышения качества и эффективности деятельности является обеспечение высокой надежности работы эргатической системы. Под надежностью СЧМ следует понимать способность системы решать возложенные на него функции своевременно и точно на протяжении заданного времени с минимальными затратами сил, средств, энергии. |