кн. инженерная. В связи с этим возникает большой круг теоретических и прикладных проблем, связанных с изучением и совершенствованием систем "человекмашина", являющихся основным объектом исследования инженерной психологии
 Скачать 329.77 Kb.
|
|
Тема 13. Надежность оператора и системы "человек - машина" 13. 1. Принципы определения надежности СЧМ Одной из задач инженерной психологии является решение проблемы надежности системы "человек-машина", т. е. ее свойство сохранять значение установленных существенных параметров в определенных пределах. Надежность зависит как от технических факторов, так и от человеческих составляющих системы, от характера функций, возложенных на человека-оператора, от человеческого фактора. Статистика показывает, что в авиации до 70 % летных происшествий случается по вине человека. Более 56 % из общего числа происшествий, где обошлось без смертельного исхода, приходится на сенсомоторные акты. Около 52 % от числа трагических случаев сводятся к ошибкам категории "принятие решения". Ошибки человека являются основной причиной большинства аварий и других инцидентов на море. Ошибки человека вызвали от 60 до 80 % аварийных случаев, в то время как конструктивные недостатки оборудования дали лишь немногим более 10 %. При определении надежности СЧМ необходимо учитывать следующее: 1. Показатели надежности должны быть едиными для всех звеньев СЧМ, по возможности включать в себя в явном виде показатели надежности ее отдельных звеньев - человека и машины. 2. При определении надежности СЧМ с методической точки зрения целесообразно представлять человека - оператора в качестве одного из звеньев СЧМ. Вместе с тем следует помнить, что человек является специфическим звеном СЧМ с присущими только ему особыми свойствами. 3. Необходимо выявить основные классы СЧМ и для каждого из них получить свои выражения для оценки надежности. В качестве основного показателя надежности СЧМ следует принять вероятность безотказного, безошибочного и своевременного выполнения задачи системой определяемую через показатели надежности оператора и техники с учетом взаимного влияния их друг на друга. К числу показателя надежности техники относятся вероятность безотказной работы в течение времени и коэффициент готовности. 13.2. Показатели надежности оператора Надежность оператора характеризуется показателями безошибочности, готовности, восстанавливаемости и своевременности. Основным показателем безошибочности является вероятность безошибочной работы. Эта вероятность может вычисляться как на уровне отдельной операции, так и на уровне алгоритма в целом. Для типовых, часто повторяющихся операций в качестве показателя безошибочности может использоваться также интенсивность ошибок. Эти показатели вычисляются, как правило, в расчете на одну выполненную операцию (алгоритм). Важным показателем надежности является и коэффициент готовности оператора, представляющий собой вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени. Введение показателей восстанавливаемости связано с возможностью самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных ошибок. Показатели своевременности действия оператора вводятся потому, что правильные, но несвоевременные действия не приводят к достижению цели, т.е. дают тот же результат, что и совершенная ошибка. Основным показателем своевременности является вероятность выполнения задачи в течение времени. Надежность деятельности оператора не остается величиной постоянной, а меняется с течением времени. Это изменение обусловлено как изменением условий деятельности, так и колебаниями состояния оператора. Надежность человека - оператора в общем случае обусловлена тремя основными факторами: - степенью инженерно - психологической согласованности техники с психофизиологическими возможностями оператора для решения возникающих у него задач; - уровнем обученности и натренированности оператора при выполнении этих задач; - его физиологическими данными, в частности особенностями нервной системы, состоянием здоровья, порогами чувствительности, а также психологическими особенностями его личности. Потенциальные возможности оператора к надежной работе определяются двумя группами качеств, различающимися степенью их устойчивости. Первая группа объединяет типологические свойства нервной системы, характеризующие протекание нервных процессов возбуждения и торможения. К этим свойствами относятся сила (или слабость) нервной системы, подвижность (или инертность), лабильность, характеризующая скорость возникновения и прекращения нервных процессов, и динамичность, которая характеризует быстроту и легкость приспособления нервной системы к новым условиям. Свойства нервной системы отличаются высокой консервативностью, они почти не поддаются изменению, воспитанию в процессе деятельности. Свойства нервной системы сами по себе не являются ни "положительными", ни "отрицательными". Например, слабость выражается, с одной стороны, в малой выносливости нервной системы, но с другой - связана с повышенной чувствительностью к воздействиям малой интенсивности (для сильной нервной системы - наоборот). Понятно, что в зависимости от конкретной обстановки проявления силы или слабости нервной системы могут способствовать или препятствовать успешной деятельности. Вторую группу качеств составляют свойства личности, которые менее устойчивы, чем свойства нервной системы: добросовестность, волевые качества, самообладание, интерес к деятельности, умение быстро замечать и поправлять ошибки, умение не мешать себе работать. Эту группу качеств можно формировать посредством обучения, воспитания, тренировок. Однако в практической деятельности надежность оператора обычно в значительной мере зависит от характера решаемой задачи, условий работы, особенностей техники и т.п. Нужно иметь в виду значительные компенсаторные возможности личности человека - оператора, позволяющие в данном конкретном виде деятельности восполнить недостатки одних качеств за счет других. Например, оператор, отличающийся неустойчивостью внимания, рассеянностью, компенсирует эти недостатки приобретением навыка педантично выдерживать заученную программу действий, не полагаясь на способность к непроизвольному наблюдению. Между надежностью оператора и технических устройств в системе "человек - машина" существует взаимное влияние. Как машина, так и оператор могут выводить из строя систему. Кроме того, машина из-за ее несовершенства может провоцировать отказы оператора. Человек, в свою очередь, тоже может при управлении машиной вызвать в ней отказы. Однако человек может обнаруживать и устранять отказы машины в случаях их возникновения, может, даже при отдельных поломках машины, удерживать выходные параметры машины в заданных пределах и не допускать при этом ее полного отказа. Человек с его большими приспособительными и творческими возможностями самим фактом своего участия в системе управления способствует повышению ее надежности. При конструировании человеко - машинных систем у машины может быть предусмотрена функция контроля состояния оператора и его управляющих действий, способность отфильтровывать его ошибки, в случае нарушения нормальной жизнедеятельности оператора автоматически резервировать его и таким образом предупреждать отказ системы. Повышению надежности деятельности оператора способствует контроль за его работой со стороны другого оператора. 13.3. Методы расчета надежности СЧМ Расчетные методы определения надежности СЧМ базируются на знании статистических данных о процессах выполнения оператором заданных функций, о надежности технических средств, влиянии различных факторов на надежность СЧМ, взаимном влиянии оператора и техники друг на друга, частотах наступления различных состояний СЧМ. Один из первых в нашей стране подходов к оценке надежности оператора был разработан Б. Ф. Ломовым. Наибольшее внимание при этом подходе уделяется анализу структуры деятельности оператора и динамике его работоспособности. Проблема надежности оператора разрабатывалась также В. Д. Небылицыным в плане анализа индивидуально - типологических особенностей человека, обусловленных свойствами нервной системы. Другой подход к определению надежности СЧМ разрабатывается в рамках обобщенного структурного метода. Деятельность оператора при этом подходе разлагается на ряд иерархических уровней, каждый из которых представляется в виде определенной структуры. Высшим является оперативный уровень, который представлен в виде структуры взаимодействия решаемых задач. Низшим является уровень отдельных операций, представляемый в виде структуры элементарных психофизиологических актов. Для каждого уровня определяется безошибочность и своевременность выполнения его структуры, затем оба этих показателя путем перемножения приводятся к общему показателю вероятности выполнения задачи. Далее производится "свертывание" полученных структур к более простым структурам с эквивалентными временными и надежностными характеристиками. В упрощенном виде структурный метод находит практическое применение при расчете надежности СЧМ. Однако ему присущ и ряд недостатков, ограничивающих возможности его применения. Основными из них являются: нечувствительность метода к изменению режима и условий функционирования СЧМ, если только при этом не изменилась структура деятельности оператора; надежность СЧМ определяется для некоторого "усредненного" режима работы, при этом не учитывается динамика изменений этих режимов с течением времени. Из рассмотрения особенностей структурного метода следует, что надежность оператора уменьшается с усложнением его деятельности. Однако опыт показывает, что это не всегда имеет место: зачастую более сложные операции выполняются человеком надежнее, чем простые. Человек является звеном, способным к саморегуляции. У оператора, решающего ту или иную задачу, на основе имеющегося опыта формируется прогноз вероятности достижения цели, а также прогноз последствий, вытекающих из этого события и порождающих у человека определенные эмоциональные состояния. Под воздействием этих состояний происходит активизация психофизиологических процессов, направленная на мобилизацию энергетических ресурсов организма для успешного решения данной задачи. Поэтому даже одна и та же задача, выполняемая при разных условиях, может выполняться человеком с различной надежностью. Для систем непрерывного типа показателем надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания процесса управления в течение времени. Такое протекание процесса управления возможно в следующих случаях: 1) технические средства работают исправно; 2) произошел отказ технических средств, но при этом: а) оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной обстановки; б) оператор допустил ошибочные действия, но своевременно их исправил. Для СЧМ смешанного типа показателем надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного решения стоящей перед системой задачи. Задача может быть выполнена системой в том случае, если в требуемый момент времени оператор готов к приему поступающей информации, и, кроме того, в течение паузы и времени решения задачи аппаратура работала безотказно, оператор правильно и своевременно выполнил требуемые действия, или произошел отказ техники, но оператор своевременно устранил его и при решении задачи не допустил ошибок, или при безотказной работе аппаратуры оператор допустил ошибку, но своевременно устранил ее. Для СЧМ дискретного типа показатель надежности такой же, как в предыдущем случае. Задача системой может считаться выполненной, если: а) в требуемый момент техника находится в исправном состоянии, не отказала в течение времени выполнения задачи, действия оператора были безошибочными и своевременными; б) неготовая или отказавшая техника была своевременно восстановлена, операторы при решении задачи не допустили ошибок; в) при безотказной работе аппаратуры оператор допустил ошибку, но своевременно исправил ее. Вопросы и задания 1. Восстановите пробелы 1. Показатели надежности должны быть ... для всех звеньев СЧМ, по возможности включать в себя в явном виде показатели...ее отдельных звеньев - человека и машины. 2. При определении надежности СЧМ с методической точки зрения целесообразно представлять человека-оператора в качестве... ... ... Вместе с тем следует помнить, что человек является ...звеном СЧМ с присущими только ему особыми свойствами. 3. Необходимо выявить основные ...СЧМ и для каждого получить...выражения для оценки надежности. Слова - помощники: свои, классы, одного из звеньев, специфические, едиными, надежность. 2. Исключите неточный ответ Надежность оператора характеризуется показателями: а) безошибочности б) готовности в) восстанавливаемости г) своевременности д) изнашиваемости 3. Выберите верный ответ Вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени - показатель надежности оператора... а) безошибочность б) готовность в) восстанавливаемость г) своевременность д) изнашиваемость 4. Прокомментируйте таблицу с точки зрения использования ее данных в определении надежности оператора Влияние возраста на эффективность работы
5. Безошибочное и своевременное протекание процесса управления в течение времени для систем непрерывного типа возможно в следующих случаях... 6. Для СЧМ смешанного типа показателем надежности является.... 7. Для СЧМ дискретного типа показателем надежности является... 8. Задача системой может считаться выполненной, если...Восстановите пропуски: а) в требуемый момент...находится в исправном состоянии, не отказала в течение времени выполнения задачи, действия...были безошибочными и своевременными; б) неготовая или отказавшая...была своевременно восстановлена,...при решении задачи не допустили ошибок; в) при безотказной работе... ...допустил ошибку, но своевременно исправил ее. Тема 14. Принципы проектирования систем "человек - машина" 14.1. Возникновение и структура инженерно-психологического проектирования История развития техники в зависимости от способа учета человеческого фактора при проектировании, взглядов на место человека в проектируемой системе знает два различных подхода к проектированию. Первый подход связан с развитием традиционного технического проектирования. Оно заключается в разработке отдельно взятых технических устройств без учета их взаимной связи. Особенности работы человека учитываются лишь интуитивно. Такой подход был возможен, пока техника была сравнительно проста. Такой подход существовал до 40-х годов. На смену ему пришел новый подход, связанный с системотехническим проектированием. При таком подходе объектом проектирования являются не отдельные устройства, а единая техническая система с учетом всех взаимосвязей и взаимного влияния отдельных устройств друг на друга. Особенностью данного проектирования является то, что в нем специально был поставлен вопрос об учете человеческого фактора. Объектом проектирования является не просто техническая система, а единый комплекс "человек - машина". Проектирование системы при таком подходе состоит из трех основных частей: технического, художественного и инженернопсихологического. Техническое проектирование заключается в разработке технической части системы. Художественное проектирование необходимо для обеспечения требуемых потребительских свойств системы: красоты, привлекательности и др. Оно предполагает учет свойств эмоционально-мотивационной сферы человека, создание у него определенного эстетического отношения к продукту проектирования. Инженерно - психологическое проектирование заключается в решении всех вопросов, связанных с включением человека в проектируемую систему. Задачами являются: создание проекта деятельности человека, согласование, стыковка технического и "человеческого" проектов и создание на основе этого обобщенного проекта системы "человек - машина". Проектирование начинается с анализа задач, которые должна решать система. Затем - распределение функций между человеком и техникой по решению этих задач. Оптимизация должна осуществляться по обобщенному критерию. После того, как определены исполнители (человек или техника), для каждой из задач проводится проектирование групповой деятельности - распределение функций между отдельными операторами. Должны быть определены типы и количество рабочих мест, необходимые информационные связи между отдельными операторами. После этого следует собственно проектирование деятельности оператора. Этот этап условно можно разделить на две фазы: проектирование внутренних средств деятельности оператора (требования к психофизиологическим характеристикам человека) и проектирование технических средств его деятельности (общая компоновка рабочего места). Последний этап проектирования - инженерно - психологическая оценка проекта и сравнение полученных результатов с требуемым техническим заданием на систему. Оценке подлежат основные характеристики СЧМ (надежность, быстродействие, стоимость и др.), условия работы персонала, конструкция системы и особенности организации рабочих мест операторов. Данный этап представляет собой циклический процесс. Цикличность заключается в необходимости решения всех перечисленных задач на каждой из стадий. При этом на каждой последующей стадии разработанный проект уточняется и улучшается. Следовательно, в ходе проектирования осуществляется последовательная оптимизация проекта СЧМ. 14.2. Содержание работ по учету человеческого фактора на различных стадиях проектирования Основными вопросами учета человеческого фактора, подлежащими согласованию, являются: эксплуатационная надежность системы в различных режимах с учетом работы операторов; количество и функции операторов, предполагаемый уровень их подготовки и сроки обучения, условия их работы; принципы построения, тип и требования к техническим средствам подготовки операторов; порядок испытаний и оценки соответствия выполненных работ по учету человеческого фактора. Уже на этапе проектирования необходимо провести предварительное определение требований к операторам, прежде всего к тем психофизиологическим характеристикам, которыми они должны обладать, и требуемой степени их квалификации. На стадии эскизного проектирования продолжается процесс предварительного проектирования деятельности операторов. Это заключается в разработке рациональных методов и способов выполнения ими своих функций, определении характера и режима их работы. Заканчивается эта стадия уточнением требований к психофизиологическим характеристикам операторов, обоснованием методик их отбора и обучения. На стадии технического проектирования обычно появляется возможность более обоснованного распределения функций между человеком и техникой, а также отдельными операторами. После этого проектируются с подробной детализацией средства взаимодействия операторов с технической частью системы на всех рабочих местах. При необходимости целесообразно изготовить макет рабочего места. На этой стадии следует приступить к разработке программы и методик испытаний и инженерно - психологической оценки проектируемой системы. Обратить внимание на оценку работы операторов - определению временных затрат, вероятного числа ошибок при выполнении каждой функции, степени и характера загрузки оператора, его производительности, реальных и предельно допустимых норм деятельности. С помощью разработанных методик можно провести испытания на макете рабочего места. На этой же стадии проектирования обычно разрабатываются проекты технического описания и инструкции по эксплуатации системы. Заканчивается техническое проектирование оценкой пропускной способности системы и аналитическим расчетом надежности, точности, быстродействия и эффективности системы "человек - машина". Рабочее проектирование начинается с разработки методических указаний на конструирование аппаратуры в соответствии с общими инженерно - психологическими требованиями. Здесь же обычно осуществляется изготовление опытного образца аппаратуры и намечаются программы испытаний с целью проверки соответствия его характеристик требованиям учета человеческого фактора. После того как будут разработаны необходимые программы и методики, можно приступить к проверке опытного образца на соответствие техническим требованиям. Анализ данных позволяет вскрыть имеющиеся недоработки и учесть их при модернизации данной системы и проектировании новых систем. 14.3. Общие инженерно-психологические требования к проектированию систем "человек - машина" В результате проектирования необходимо обеспечить заданные характеристики (надежность, точность, быстродействие и др.) всей системы "человек - машина", соблюдение оптимальных и предельно допустимых норм деятельности оператора. При выборе способа, формы и характера представления информации оператору необходимо учитывать возможности органов восприятия и другие психофизиологические характеристики человека. Система при необходимости должна иметь встроенные устройства контроля работоспособности оператора, научнообоснованное распределение функций между человеком и техникой, а также между отдельными операторами. При разработке технических средств одновременно должны решаться и вопросы согласования индикаторов и органов управления с характеристиками человека. При проектировании любого компонента рабочего места следует учитывать принципы: принцип функциональной организации, значимости, последовательности, частоты использования, удобства и безопасности эксплуатации, ремонтопригодности и др. 14.4. Возможные методы решения отдельных задач инженерно-психологического проектирования Исходной фазой проектирования является анализ объекта управления, его статистических и динамических характеристик, возможных потоков информации. Там, где это возможно, такой анализ можно проводить на объекте, являющемся прототипом проектируемого. Если прототипа не имеется, то для проведения анализа может быть построена математическая модель функционирования объекта управления и деятельности оператора по управлению им. В основе построения моделей, описывающих поведение объекта управления и воздействие на него оператора, может использоваться различный математический аппарат. Наибольшее распространение в инженерной психологии получили методы теории информации, массового обслуживания, автоматического регулирования. В простейших случаях для реализации модели применяются аналитические методы, в более сложных случаях ее реализация осуществляется методом статистического моделирования с использованием ЭВМ. В результате решения модели определяются возможные и допустимые характеристики поведения объекта управления. После получения представления об общем характере поведения объекта управления и результатах воздействия на него оператора можно приступать к решению задачи распределения функций между человеком и техническими устройствами. На ранних этапах проектирования основное применение находит качественный метод, согласно которому распределение функций между человеком и техникой производится в соответствии с преимущественными возможностями каждого из них. На поздних этапах проектирования могут быть применены более точные количественные методы распределения функций. Каждый элемент функциональной структуры может быть реализован с помощью различных технических устройств или человеком - оператором. Задача распределения функций состоит в том, чтобы для заданной функциональной структуры подобрать такой вариант реализации отдельных блоков, который делает эффективность системы максимальной. Рассмотренный метод распределения функций не является единственно возможным. Кроме него существуют и другие. Интересный метод, основанный на применении экспертных оценок, предложен Харьковским филиалом. Сущность его заключается в следующем. Экспертная комиссия, в состав которой входят высококвалифицированные специалисты (конструкторы, технологи, инженеры), производит отбор параметров технологического процесса, которые необходимы, по ее мнению, оператору для управления последним. Эти параметры подлежат выводу на информационную модель. Для каждого из них определяются следующие показатели: ранг, приоритет, частота использования при управлении технологическим процессом, требуемые средства реализации данного параметра. За окончательное решение принимаются среднеарифметические значения оценок отдельных экспертов. В результате проведения этой работы определяется перечень задач, решаемых оператором при управлении производственным процессом. Следующей задачей ИПП (инженерно - психологического проектирования) является распределение функций между отдельными операторами. Исходя из возможной структуры процесса управления и особенностей групповой деятельности, выбирается приемлемая структура группы. При выборе следует стремиться к упрощению структуры, но при этом следить, чтобы не допустить перегрузки оператора. Также необходимо проверить величину коэффициентов взаимного влияния и обеспечить их допустимые значения. Затем определяется положение лидера и ведомых в группе и формулируются основные требования к ним. В итоге определяется необходимое количество рабочих мест, их иерархия, необходимые информационные связи между отдельными операторами и возможные методы технической реализации этих связей. Определив роль и место оператора в проектируемой системе, можно приступить к обоснованию тех технических средств, с которыми предстоит работать оператору. Производится компоновка рабочего места оператора и выбирается архитектурно - планировочное решение интерьера пункта управления. Как правило, окончательный вариант построения рабочего места получается не сразу. Проектирование деятельности должно включать в себя решение следующих задач: - разработка алгоритма деятельности оператора, проверка возможности своевременного и точного выполнения разработанного алгоритма; - определение требований к психофизиологическим характеристикам оператора, степени их обученности и профессиональной пригодности; - разработка рекомендаций по формированию у операторов требуемых качеств; - разработка методов и устройств контроля за деятельностью оператора; разработка методов и устройств для проведения тренировок. В ходе проектирования должны быть разработаны также средства контроля за деятельностью операторов. Этот контроль может осуществляться в двух направлениях. Во - первых, это контроль результатов работы оператора, т.е. контроль направленности и своевременности выполнения предписанного ему алгоритма. Во - вторых, необходимо контролировать и внутреннее, психофизиологическое состояние оператора в процессе работы, т.е. нужно определить то напряжение, которое испытывает оператор во время работы. Только системный подход к решению задач проектирования может обеспечить высокие значения показателей функционирования СЧМ. Вопросы и задания 1. Раскройте сущность традиционного технического проектирования 2. Раскройте сущность системотехнического проектирования 3. Заполните пропуски Проектирование системы при системотехническом проектировании состоит из трех частей... 4. Восстановите последовательность Порядок проектирования: 1) распределение функций между человеком и техникой; 2) собственно проектирование деятельности оператора; 3) анализ задач; 4) распределение функций между отдельными операторами; 5) инженерно-психологическая оценка проекта. 5. Раскройте сущность содержания работы по учету человеческого фактора на следующих стадиях проектирования: проектирование, эскизное проектирование, оценка пропускной способности системы 6. Перечислите общие инженерно-психологические требования к проектированию систем "человек-машина" 7. Исключите неточный ответ Наибольшее распространение в инженерной психологии получили методы... а) теории информации б) массового обслуживания в) автоматического регулирования г) аналитические 8. Проектирование деятельности должно включать в себя решение следующих задач... |