Эргономика для ЖД транспорта. Курс лекций по «Эргономике» - PDF-2. Курс лекций по Эргономике Утверждено на заседании Учного Совета Механикотехнологического факультета протокол 8 от 8
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
таких комплексах присутствуют качественно разнородные элементы люди и технические устройства. Примером такой системы может служить комплекс, состоящий из самолета, наземных станций обслуживания и персонала. Поспешное выполнение 32 33 задания, например, посадка в заданном районе, зависит от правильного функционирования технических устройств (приборы на борту, средства связи, приборы и машины на земле и т.д.) и оптимальной деятельности людей (летчик, радист и др.), а именно своевременного и правильного получения информации, принятия решения, управления. Поток взаимодействия: наземные приборы диспетчер радист средства связи радист на борту летчик приборы на земля борту и т.д., оказывается соответствующим задаче, если и технические и «человеческие» звенья находятся в необходимом соответствии. Таким образом, автоматизация производства приводит к тому, что человек становится элементом системы с отмеченными выше особенностями деятельности. Поэтому, эффективность работы систем определяется не только техническими, но и «человеческими» характеристиками. Состояние человека, уровень обученности (ред. знания + опыт), его личные качества, а также личные критерии и цели не везде совпадают с целями системы. Оптимизация процесса производства невозможна без учета этих факторов. В связи с этими особенностями и сложностью комплексов, в науке появилось специальное направление системотехника. Что такое системотехника и что мы понимаем под словом «система»? Система совокупность функционально взаимосвязанных элементов (возможно разнородных по структуре и принципам функционирования), деятельность которых направлена на выполнение общей задачи. Могут быть относительно небольшие системы (пример, приведенный выше) и очень большие, включающие многочисленные звенья, подсистемы. 33 34 Это могут быть комплексы управления нефтепромыслами, электростанциями, системы комплексной автоматизации (заводы-автоматы), диспетчерские службы, системы учета и распределения продуктов и Т.Д. Появление больших систем является следствием уровня автоматизации производственных процессов. Специальные исследования показали, что автоматизация отдельных операций дает весьма незначительный экономический эффект, только комплексная автоматизация и кооперирование резко повышают производительность труда. Несмотря на разнородность систем, сама системная организация имеет много универсальных принципов, что позволяет с помощью специальных методов изучать различные системы и устанавливать общие законы их деятельности, это, в свою очередь, дает возможность их рационально проектировать и конструировать. При оценке систем неэффективно расчленение на «машинные» «человеческие» звенья, их надо рассматривать, как одно целое. Научные основы больших систем были сформулированы в 1957 г. Гудом и Макколом (системотехника). Системотехника ставит своей целью выработку принципов анализа и методов расчета, проектирования систем, включающих «человеческие» звенья. Интересно отметить, что по имеющимся данным около 1/3 отказов в существующих больших системах связано именно с «человеческими» факторами. Общие характеристики системы: 1. Всякая система создается человеком из оборудования и сырья. 2. Система обладает цельностью, т.е. все ее элементы служат выполнению единой цели (организует фиксированные «выходы» при заданных «входах»). 3. Система сложное образование, состоящее из функционально связанных разнородных элементов и подсистем, имеющих определенную иерархию строения (Рис.2.1). 34 35 4. Система образование, в которой изменение состояния одной из подсистем влечет за собой изменение состояния других, причем часто это не линейная зависимость. 5. Система в высокой степени может быть автоматизирована, но всегда содержит «человеческие» звенья. По мере автоматизации человек «смещается» на более высокий этап управления. 6. Система получает «входные» сигналы (в том числе помехи) вероятностно, в связи с чем предсказание ее поведения и состояния в каждый момент времени также носит вероятностный характер. 7. Элементы системы находятся в «игровой» ситуации. Человеку приходится управлять техническими и социальноэкономическими системами. В первом случае (с которым мы, в основном, будем иметь дело) речь идет о соблюдении заданных режимов деятельности и предотвращении аварий. В каждой системе имеются уровни управления, каждый уровень имеет свои цели и критерии эффективности. где: X входной сигнал; Y выход; Z помехи. Рис.2.1. Схема общей системы управления 35 36 Чем выше уровень, тем больше «человеческие» функции, тем большую роль играют «человеческие» факторы, т.к. конечные цели человеческие. Поведение (функционирование) любой системы определяется тремя факторами: a) характеристикой составляющих подсистем, b) структурой взаимодействия подсистем, c) свойствами «входных» сигналов. В результате преобразования «входного» сигнала в системе образуется «выходной» сигнал (продукт, информация и т.д.). Большая часть систем динамические системы, изменяющиеся во времени. В системах имеются схемы регулирования и слежения. Схемы регулирования (гомеостаты) поддерживают регулируемые величину на заданном уровне; сигнал ошибки (разность между выходным и заданным) по обратной связи приводит в действие корригирующие механизмы. Суть регулирования сводится к выбору правильного управляющего воздействия для ликвидации состояния, вызванного возмущающим фактором. Если Y заданная величина, y выходной сигнал, то = y Y для оптимального регулирования 0. Следящие системы воспроизводят переменное задающее воздействие (по программе станок мен дат режим работы). При управлении системой на отдельных временных этапах может преобладать либо режим слежения, либо регулирования. Каждая система состоит из следующих элементов: 1. Объект управления подсистема, в которой происходит основной процесс переработки материальных или информационных величин в требуемые выходные (например, станок в автоматической линии, получающий деталь и производящий над ней определенную операцию). Обычно объекты управле- 36 37 ния облают инерционностью, т.е. управляющее воздействие реализуется не мгновенно. 2. Блок сравнения устройство, сопоставляющее заданный сигнал с реальным выходным сигналом из объекта управления (устройство, измеряющее, сопоставляющее размер детали с заданным). 3. Регулятор (компенсатор) вырабатывающий сигнал на объект управления на своем выходе и имеющий входной сигнал обратной связи. 4. Исполнительное устройство подающее сигнал на объект управления. 5. Датчики сигналов обратной связи на выходе системы дают сигнал в блок сравнения. При наличии обратной связи система является замкнутой (рис.2.2), при отсутствии разомкнутой (рис.2.3). Человек может выступать в роли блока программы, блока сравнения, регулятора, исполнительного механизма, либо объединять эти функции. Например, диспетчер следит за изменяющимся объектом с заданием либо поддержать его состояния на определенном уровне, либо перевести объект из одного состояния в другое. Все изменения объекта с помощью датчиков преобразуются в сигналы и поступают к оператору. Он расшифровывает их, анализирует, принимает решение и производит определенные действия, влияющие на состояние объекта, т. е. система имеет прямые и обратные связи представляет собой замкнутую систему, а человек выступает в роли регулятора самого ответственного звена (если же нет обратной связи, т. е. оператор не получает сигнала о результатах своей деятельности такая система является разомкнутой). Типичным примером замкнутой системы, т. е. системы с обратной связью, может быть водитель автомашины, который поддерживает скорость на заданном уровне. «Вход» водителя зрение, считывающее показания спидометра, «выход» его нога, воздействующая на педаль газа, но эта педаль «вход» двигателя, а его «выход» показания спидометра. 37 38 вход Ч орг. управления машина выход Рис Разомкнутая система «человек машина» (ЧМ) машина СОИ Ч орг. управления Рис.2.3. Элементарная одноконтурная система В то же время, запуск двигателя разомкнутый контур. Система регулирования характеризуется определенным временем запаздывания (прохождение сигнала в контуре), это приводит к тому, что в определенных условиях при возмущениях на входе выходе могут возникнуть незатухающие колебания. В такой системе человек-оператор является блоком сравнения и регулятором одновременно. Могут быть и более сложные системы, где включен и автоматический регулятор. В этих ситуациях оператор только следит за правильностью работы автоматов. Такие устройства сигнализируют человеку о выходе из режима системы и т.д. 1. Типичные схемы, характеризующие функции оператора в системах, приведены ниже: 2. Разомкнутая система «человек машина» (ЧМ), (см. рис. 2.2). 3. Элементарная одноконтурная система, (см. рис. 2.3). 4. Система, имеющая автоматический регулятор, который выполняет заданную программу. Человек может изменять ее, 38 39 либо вмешиваться при изменении работы системы автоматического регулирования (САР), (см. рис. 2.4). 5. Более сложный вариант заключается в подсоединении УВМ, вырабатывающей программу для САР, освобождающей оператора от функций контроля и слежения, он лишь периодически контролирует правильность работы УВМ (см. рис. 2.5). Рис Схема подсоединения УВМ, вырабатывающей программу для САР Можно отметить, что с развитием систем управления (АСУ, АСУП) могут быть и многоступенчатые системы с «человеческими» и УВМ регулированием (см. рис. 2.6). Операторы 1 5 работают в нижнем звене управления. Оператор 1 работает в замкнутом цикле. Оператор 2 3 также, но их деятельность связана, т. к. 3 получает сигнал до управляющего действия 2, поэтому их работа корректируется оператором 7. Операторы 4, 5 работают с общим выходом, их корректирует оператор 6, который в свою очередь, находится под контролем оператора 7: рис 40 Рис Схема многоступенчатой системы с «человеческим» регулированием Эта же схема может работать с помощью УВМ, (см. рис. 2.7). 40 41 Рис Схема многоступенчатой системы с «человеческим» регулированием и УВМ В этом случае сокращается число операторов, хотя многоступенчатость процесса сохраняется. В ряде случаев существует принципиальная аналогия между регуляторами (машина, человек), несмотря на различные механизмы их действия. Такое явление носит название изоморфизма. Таким образом, основные функции оператора могут быть такими: Непосредственное управление человек воздействует на все элементы машины, осуществляет сбор информации, слежение, управление, контроль (система А). Полуавтоматическое управление в основном режиме выполнение программы обеспечивает автомат, человек программирует САР, следит за его работой, подключается при изменении входных сигналов, не предусмотренных в САР (система В). 41 42 Автоматическое управление эпизодическое вмешательство оператора при отказе автоматики (система С). Полное автоматическое управление человек осуществляет только пуск системы и контроль общего хода работы (система Д). По этому признаку можно классифицировать все существующие системы «человек машина». В системах «А» оператор получает информацию, принимает решение, и выполняет управляющее воздействие. В системах «В» и «С» получает информацию, и программирует САР, и УВМ, и в системах «Д» контролирует работу. Вообще, деятельность любого оператора можно условно подразделить на 5 этапов: 1. Восприятие (и сбор) информации об управляемом объекте и среде, о функциональном состоянии всей системы (если управление касается лишь одной из подсистем). Сюда относится «пассивное» получение информации и ее активный поиск. Восприятие может осуществляться либо путем непосредственного наблюдения за ходом управляемого процесса, либо по показаниям приборов, отражающих параметры процесса. Информация от «выхода» машины (или СОИ) попадает на «вход» оператора. 2. Переработка информации, заключающаяся в оценке сигналов, идентификации их, сопоставление с эталонами памяти, проверка ее полноты. 3. Принятие решения (выбор стратегии поведения) о необходимых регулирующих действиях, о вмешательстве в контур управления. Решение, в частности, может заключаться и в том, чтобы ничего не предпринимать. Кстати, механизм принятия решения еще мало изучен. 4. Управляющие действия, заключающиеся в моторных компонентах воздействии на органы управления, либо к выдаче речевых команд. 5. Получение сигналов о результатах управляющего действия и построение дальнейшей программы операций. 42 43 Первые 2 этапа относятся к процессу, именуемому информационный поиск, остальные к обслуживанию. Обслуживание может начинаться сразу же после получения информации (поиск с немедленным обслуживанием), либо спустя значительный промежуток времени (поиск с отсроченным обслуживанием). Чем меньше по времени фаза поиска и чем быстрее наступает обслуживание, тем легче оператор справляется с задачей. Поэтому при организации работы нужно стараться сделать обслуживание немедленным. Как видно из приведенных выше схем, человек в системах управления может выполнять относительно простые функции, например, приемника, либо ретранслятора информации, либо выступать в роли элемента, срабатывающего по «жесткой» программе в ответ на получение сигналов. В более сложном случае человек на основании поступающей информации принимает решения, и вырабатывает управляющую (командную) информацию. Наконец, человек может вырабатывать программу поведения системы. Чаще эти функции совмещаются, и выполняются либо параллельно, либо последовательно. Человек, в отличие от машины, обладает приспособительным характером поведения (адаптивностью), т. е. способностью менять образ действий, в зависимости от характера входных сигналов и т.д., а также наличием ряда «внутренних» факторов, влияющих на поведение (память, обученность, состояние физическое и психическое, обстановка и т.д.), что позволяет оценивать и прогнозировать его поведшие лишь вероятностно. В общем виде этот процесс может быть изображен, как на рисунке 44 Рис Схема восприятия информации человеком из окружающей среды Как видно из этой схемы первым этапом взаимодействия является прием информации. Любая деятельность человека связана, прежде всего, с получением информации об объекте управления, среде, помехах и т.д. Поэтому, нам необходимо познакомиться с общими законами восприятия информации человеком. Следует отметить, что современная наука еще не располагает исчерпывающими сведениями о механизмах получения и обработки информации человеком. Объективно мы лишь можем регистрировать начальные и конечные эффекты этого процесса, т.е. «вход» и «выход». Следует подчеркнуть некоторые особенности функционирования человека в условиях использования АСУП. Наличие АСУП подразумевает автоматический сбор и хранение информации на различных уровнях производства. Использование электронновычислительной техники позволяет оперативно получить, и обрабатывать мас- 44 45 сивные потоки информации о ходе производственного процесса и рассчитывать на оптимальные варианты организации работы. Однако, принятие решения о направленности регулирующих действий осуществляется «человеческими» звеньями, поэтому и при создании и разработке АСУП необходимо учитывать возможные особенности «человеческого» поведения и деятельности. Итак, мы видим, что в современных технических системах решающая роль в управлении принадлежит человеку. Человек получает информацию, принимает решение. «Человеческие» звенья «стыкуются» с машинными, т.е. передача информации, воздействия могут идти с человека на машину и с машины на человека. Для системной (единой) оценки комплекса «человек машина», разработки новых систем, следовало бы в идентичных понятиях обсудить процессы передачи и переработки информации и человеком и машиной. С позиций кибернетики можно рассматривать человека, как элемент, преобразующий информацию и, хотя суть «внутренних» процессов преобразования не полностью ясна, можно рассматривать в данном случае оператора (под оператором понимается человек, взаимодействующий с машиной), как «черный ящик» и применить к оператору понятие «канала связи». В технике любой элемент, передающий и преобразующий информацию, подчиняется неким общим закономерностям, и имеет свойства канала связи. Законы передачи информации рассматриваются теорией информации, которая в последние годы применяется и для оценки функции человека, в частности, по восприятию информации. Нам необходимо кратко познакомиться с элементами этой теории и ее аппаратом. Теория информации была разработана К. Шенноном в начале для техники связи, а затем нашла применение в других науках, в частности, в психологии, где с этой точки зрения человека можно рассматривать как канал связи, получающий и перерабатывающий информацию. 45 46 С известными ограничениями для этой цели могут быть применены некоторые положения теории информации. Итак, человек получает по входным каналам сигналы, представляющие собой физические агенты (звуковые, электромагнитные колебания и т.д.), сочетание которых формирует сообщение (например, в азбуке Морзе точки и тире сигналы, с помощью которых может быть передано сообщение текст). Сообщение и представляет собой информацию. Возможность использования теории информации для описания ряда психических процессов (их количественной меры) признается не всеми авторами. Учитывая отсутствие в настоящее время другого, более удобного метода оценки, можно с определенными ограничениями применять некоторые положения теории информации для количественной оценки процессов восприятия, памяти и др. Мы различаем источник и получатель информации. Само понятие информации имеет смысл только при наличии получателя. Иными словами, информация есть характеристика соотношения между сообщением и его потребителем (хотя бы гипотетическим). Возникновение сигнала есть следствие каких-то изменений в источнике информации (во внешней среде, если она источник информации, или в какой-то системе, если же эта система является источником). Информация представляет собой следствие наступивших изменений в состоянии системы источника. Источником информации может быть любая организованная система, т.е. Е s < Е max, где Е энтропия системы. Если же Е s Е max, то І (информация) 0, т.е. при максимальной неорганизованности энтропии (системы) не может возникнуть сигнал (закономерный сдвиг какого-то параметра), а могут быть только шумы, ибо возникновение сигнала подразумевает отличие от других состояний. Чем выше организация системы и меньше Е s, тем больше она может иметь отличных от «шумовых» состояний, тем больше ее информационный потенциал, тем больше неопределенность (для получателя) в отношении того, 46 47 |