Физиологические методы

Физиологические методы применяют в эргономике для изучения фу! гкционального состояния оператора в процессе трудовой деятельности, iW\ определения реакции различных систем организма на выполнение дш той деятельности. Анализ физиологических характеристик оператора позволяет оценить, какими средствами, какой ценой достигается выполне-11 ис им задачи. Для этого производят периодический врачебный контроль психофизиологических параметров здоровья человека.

Перечислим основные физиологические методы.

Кожно-галъваническаяреакция. Характеризует изменения электрического сопротивления кожи и является одним из наиболее результативных способов регистрации возникновения эмоционального напряжения у оператора.

Пневмограмма. Запись внешнего дыхания. Используется для оценки психофизиологической напряженности (например, в состоянии возбуж­дения частота дыхания увеличивается до 50—60 колебаний в минуту).

Речевой ответ.Изучается по спектральным и временным характе­ристикам речи оператора. По интонации голоса (изменению спектра) можно судить о возникновении у оператора эмоциональных состояний, i ширяженности и утомления (изменяются длительность слов и протяжен-i юсть пауз между словами).

Электрокардиограмма. Регистрирует электрические явления, возни­кающие в сердечной мышце, используется для определения напряжен­ности работы оператора.

Электромиограмма. Регистрируется биопотенциал мышц человека. Ис-п (v 11>зустся при изучении рабочей позы и управляющих движений оператора.

Электроокулограмма. Характеризует электрическую активность глаз-пых мышц, регистрируются вертикальные и горизонтальные движения гиа). Применяется для анализа работы зрительной системы человека со гредетвами отображения информации.

Электроэнцефалограмма. Характеризует биоэлектрическую актив­ность головного мозга. В спектре электроэнцефалограммы содержатся рпшичные составляющие:

• дельта-ритм (частота 0,5—4,0 Гц) — состояние глубокого сна;

• тста-ритм (5,0—7,0 Гц) — состояние сна со сновидениями;

• альфа-ритм (8,0—12,0 Гц) — нормальное состояние;

• бета-ритм (15—35 Гц) — состояние активности головного мозга, когда организм вовлечен в процесс активного мышления;

• гамма-ритм (35—100 Гц) — состояние возбуждения.

Полифакторный метод. Заключается в одновременных записи и ана­лизе комплекса показателей. Позволяет повысить надежность и достовер­ность диагностики состояний оператора при выполнении конкретной деятельности.

Эти методы широко применяются в космонавтике, диспетчерских транспортных системах (железнодорожный, воздушный, автомобильный транспорт и др.), при анализе профессиональной пригодности локо­мотивных бригад, особенно в высокоскоростном движении, поездных диспетчеров, дежурных по железнодорожным станциям и др.

Математические методы

Математические методы применяются для формализованного опи­сания и построения математических моделей деятельности оператора, функционирования СЧМ, как существующих, так и проектируемых.

К основным математическим методам, применяемым в эргономиче­ских исследованиях, относятся: теория информации, теория массового обслуживания, теория автоматического управления, теория автоматов, теория статистических решений.

Для использования в эргономических исследованиях и разработках математические методы должны обладать следующими свойствами:

• размерностью — описанием процессов управления со многими взаимосвязашгыми переменными;

• динамичностью — способностью учета фактора времени;

• неопределенностью — возможностью учета случайных вероятностных составляющих в деятельности оператора,

• факторностью — способностью учета специфических особенностей поведения человека;

• описательностью — возможностью полноты описания внутренних психофизиологических механизмов деятельности человека.

Каждый из методов имеет высокие характеристики по одному-двум требованиям, поэтому часто приходится применять комбинации этих методов. В эргономике для описания деятельности человека (оператора) наиболее часто используются теории информации, массового обслужи­вания и автоматического управления.

Теория информации.Применение этой теории в эргономике основано па представлении человека-оператора в качестве канала связи, задача

которого — передача информации с устройств отображения на органы управления.

Под информацией в СЧМ понимают любые изменения в управляе­мом процессе или условиях внешней среды, поступающие к оператору с устройств отображения информации (СОИ) или непосредственно вос­принимаемые оператором, атакже команды и указания о необходимости осуществления тех или иных воздействий на процесс управления.

Основным понятием теории информации является количество ин­формации, которое имеет несколько различных интерпретаций: мера выбора, мера снятой неопределенности, мера соответствия систем или процессов. Так, мера снятой неопределенности количества информации /равнаразности априорной #_н и апостериорной #_к энтропии:

/=Я_Н-Я_К. (1.1)

Энтропия есть функция вероятности:

# = -р!-ВД, (1.2)

i де Р; — вероятность появления /-го сигнала (сообщения);

п —число различных сигналов (длина алфавита сообщений).

Количество информации в этом случае есть средняя величина — ин­формация, приходящаяся в среднем на одно сообщение.

Индивидуальное количество информации в одном сообщении

/=-logiY (1.3)

Для дискретных сообщений при отсутствии помех, независимости и равновероятности сообщений {P_t~ \/n) количество информации равно логарифму длины алфавита:

Я = log л. (1.4)

При отсутствии помех, с учетом статистических связей между сообще-пиями, среднее количество информации

/=1

i де Я.- — условные вероятности, характеризующие зависимость между двумя i межными сообщениями.

Среднее количество информации, содержащейся в системе X, взаи­модействующей с системой Y:

1{X, Y) = H(X) + H(Y)-H(X,Y), (1.6)

где Н(Х) и H(Y) — энтропии! систем Хж У, а Я(Х, У) — энтропия объединенной системы XY.

Наличие потерь в каналах связи, вероятностно-статистический ха­рактер связей и неравновероятность сообщений приводят к уменьшению средних оценок количества информации по сравнению с максимальным значением.

Формулы (1.2) и (1.3) являются наиболее общими. В случае конкрет­ных действий оператора используют частные формулы для определения количества информации.

За единицу количества информации принимают такую се величину, которую получает приёмник сообщений при выборе из двух равноверо­ятных исходов. Она называется двоичной единицей, или битом.

Важнейшие свойства количества информации:

• неотрицательность;

• в одном объекте относительно другого энтропии не больше, чем в любом из этих объектов;

• никаким преобразованием объекта нельзя увеличить содержащуюся в ней информацию о другом объекте.

Избыточность информации в сообщении характеризуется величиной

* = /-('/W. О-⁷)

где /_тах — максимальное количество информации при данном алфавите;

/— количество информации в данном сообщении.

Избыточность сигнала — основное средство повышения помехо­устойчивости, надежности передачи информации оператору. Например, избыточность естественных языков (русского, белорусского и других европейских) составляет 60 %; избыточность специальных языков может превышать 90—95 %.

Источник сообщений характеризуется скоростью создания информации:

G=nH₀, (1.8)

где п — число сообщений, создаваемых источником в секунду;

#₀ — энтропия сообщения.

Максимальная скорость передачи сообщений по каналу называется его пропускной способностью:

C=maxG{yJ}, (1.9)

где А — множество приемопередающих систем, среди которых отыскивается система с максимальной скоростью передачи.

В теории информации выделяют каналы с памятью и без памяти. Соответственно, рассматривая человека как канал преобразования ин­формации, можно по аналогии говорить о людях как каналах без памяти, с кратковременной и долговременной памятью.

В первом случае человек работает как канал передачи информации, последовательные сигналы условно независимы друг от друга, предыду­щий сигнал не влияет на прием следующего (его обнаружение, опо-шание, запоминание). Пропускная способность находится в пределах 10—70 бит/с и сильно зависит от вида деятельности. Экспериментально получены следующие значения пропускной способности, бит/с, для различных видов деятельности:

• чтение текста «про себя» — 45;

• громкое чтение — 30;

• корректорская работа — 18;

• печатание на машинке — 16;

• сложение двух цифр — 12;

• умножение двух цифр — 12;

• счет предметов — 3.

Теория информации применяется в эргономике для решения сле­дующих задач:

1) определения сложности работы оператора, что позволяет по объему перерабатываемой информации сравнивать между собой разные виды операторской деятельности;

2) оценки времени, которое затрачивается на переработку этой ин­формации (так как между ними имеется зависимость);

3) определения скорости выдачи информации (производительности источника информации) и сравнения с психофизиологическими воз­можностями человека по ее приему и переработке.

Условие неискаженной передачи оператором информации можно шписать в виде

С_Пос<С_оп, (1.10)

ми* С — скорость поступления информации к оператору;

С — пропускная способность оператора (С зависит от характера деятельности). Если оператор условно представлен как канал без памяти, то С_оп = 10—70 бит/с. При необходимости запомнить входные сигналы ( _о|1 = 2—4 бит/с. Этот режим наиболее характерен для деятельности оператора при кратковременном запоминании информации на период решения оперативной задачи. При необходимости долговременного хра­нения информации оператором С_оп = 0,2—0,4 бит/с.

Основные недостатки теории информации заключаются в том, что она не учитывает:

1) смысловую информацию, ее ценность и значимость, очень важные для деятельности оператора;

2) временную неопределенность сигналов, тогда как для оператора важно время поступления информации.

Теория массового обслуживания.Эта теория в эргономике исполь­зуется для построения моделей деятельности оператора и решения следующих задач:

1) определения объема оперативной памяти СЧМ, когда оператор (опе­раторы) рассматриваются как система массового обслуживания (СМО) с ограниченной длиной очереди и ограниченным временем обслуживания;

2) распределения работы между операторами — в случае рассмотрения СЧМ как СМО — многоканальную и многофазную;

3) определения вероятности совершения ошибок оператором, если рассматривается СМО с надежным «аппаратом» (человеком). В этом слу­чае под ошибками понимают поток отказов обслуживающего апларата, а временем исправления —время восстановления;

4) определения числа операторов в зависимости от потока заявок;

5) ограничения интенсивности потока сигналов в систему.
Недостатками теории массового обслуживания являются:

• ограниченность рассмотрения потока заявок как простейшего (в деятельности оператора он имеет более сложный характер);

• игнорирование качественной, содержательной стороны деятель­ности оператора.

Теория автоматического управления.Данная теория применяется для построения математических моделей деятельности оператора в системах непрерывного типа (на транспорте это управление локомотивом, авто­мобилем, судном, слежение в режиме реального времени за пропуском поездов по железнодорожному участку, переработкой вагонов на станции, транспортировкой грузов по трубопроводам и т.д.).

С позиции теории автоматического управления человек-оператор рассматривается как элемент следящей системы, какой представляется СЧМ. Процесс анализа системы с помощью теории автоматического управления состоит из трех этапов:

1) установления критерия поведения замкнутой системы и опреде­ления ее передаточной функции, которая характеризует данамическую связь элементов друг с другом и человеком;

2) нахождения такой передаточной функции оператора, которая по­зволила бы получить требуемую функцию всей системы;

3) проведения ряда мероприятий (отбора, тренировки операторов, мо­дернизации технического оснащения СЧМ), обеспечивающих требуемую функцию оператора.

Деятельность оператора можно представить в виде трех последовательно соединенных фаз (рис. 1.4): I — осуществление приема сигналов, по дина­мическим свойствам она является усилительным звеном с запаздыванием; [I —решение, вычислительные процессы (обычныйусилитель); III— ис­полнительная (инерционная) фаза.

Рис. 1.4. Структурная схема линейной модели

Общая передаточная функция такой модели оператора

W(p) = W_rW₂-W₃ =

/fce"'¹

t₂(_P+\y

(1.11)

1дс &= &j • k₂ ' k₃ — коэффициенты усиления оператора;

^ — время реакции оператора (в среднем ^ = 0,2 с);

t₂ — постоянная времени, характеризующая инерцию (t₂ = 0,125 с) с образо­ванием исполнительской деятельности.

Основной недостаток теории автоматического управления — линей­ность представления оператора, хотя человек-оператор является нели­нейным звеном управляющей системы.

Поиск по сайту: