• и 1\ вероятность выдачи системой контроля сигнала об обнаруженной
• ни и! it г;
/'iiliM - вероятность обнаружения оператором сигнала системы контроля; /'„(/,) — вероятность исправления ошибки при повторном решении задачи
ни in..... кмIии действия) в течение времени /л;
/,, лопустимый лимит времени на решение задачи.
11окл ттсль Рисп связан с возможностью самоконтроля оператором
• м'.нч /к-пствий и своевременного исправления допущенных ошибок.
11р.жильные, но несвоевременные действия не приводят к достиже-1111 к > iii-mii, т.е. дают тот же результат, что и ошибка.
< ь ионной показатель своевременности —вероятность решения задачи .... р.иором за время меньше допустимого:
^cb=^oii<^.}=J*(0*, (7.18)
О
•И о (функция плотности времени решения задачи;
<1И нрсмя, затрачиваемое оператором на решение задачи.
Функцию Ф(Г) для эксплуатируемых СЧМ находят экспериментально, для проектируемых — одним из расчетных методов.
Формула (7.18) используется, если tRявляется постоянной величиной.
Если Гл и ton— переменные величины, распределенные по нормальному закону тогда
'св=^оп^0>0,5+ Ф0
At
4J
(7.19)
Фг
А/
— интеграл Лапласа, значения которого приводятся в литературе
по теории вероятностей,
(7.20)
где егд о- аг
• средние квадратическис отклонения для величин А/, /оп, /л
соответственно.
По статистическим данным, вероятность своевременного решения задач определяется выражением:
^св=Ь
НС
ю,
(7.21)
N— общее число решенных задач.
Общий показатель надежности СЧМ как вероятность правильного (безошибоч!юго) и своевременного решения задач управления системой определяется выражением:
- Р Р
(7.22)
гбз гсъ'
Надежность деятельности человека изменяется с течением времени. Это обусловлено как изменениями условий деятельности, так и колебаниями состояния оператора. Под воздействием различных факторов СЧМнаходится в разных состояниях, которым соответствует определенное значение надежности работы оператора.
С учетом этого среднее значение вероятности безошибочной работы оператора равно:
2^ i on/h
(7.23)
•I- /*, вероятность наступления/-го состояния СЧМ;
/ ',„,/,- — условная вероятность безошибочной работы оператора в /-м состоянии и. и-мы (/= 1, 2... п)\
п число рассматриваемых состояний СЧМ.
< h иовными переменными факторами, от которых зависят результаты |. и пиыюсти оператора, является поток информационных сообщений и •ч 11i.i насмые им состояния информационной перегрузки: переполнение
• •и» р.иивной памяти и дефицит времени.
И i лком случае полная группа несовместных событий характеризуется
• г- ми вероятностями:
/'i - вероятностью переполнения оперативной памяти; /', - вероятностью возникновения дефицита времени в отсутствии ■ и р< полнения оперативной памяти;
/\ вероятностью отсутствия информационной перегрузки. 11рп этом
Р1=Р{К>К0}=1-%Рк> (7.24)
k=o
• ••• 1\ вероятность наличия в очереди к сообщений;
А,, объем оперативной памяти.
/'2=(1-/»1)Р/> (7.25)
< ■• /', вероятность того, что время ожидания информацией начала обслужи -"»111 ni 111)свысит некоторую допустимую величину.
3=(1-ф(1-Р2). (7.26)
И<роитности Рки Ptможно определить методами теории массового •••». чужинания.
П<1 >( >ятности Pou/j могут быть получены в результате анализа деятель- >.... и оператора по формуле (7.15) или экспериментально.
Г.и-смотренные характеристики деятельности оператора СЧМ в зна-Miii 'и.мой степени зависят от способа выполнения этой деятельности,
• • «и штыков и умений оператора, а также от мотивов его поведения и и и к пепин условий выполнения деятельности.
Глава 8
ЭРГОНОМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК-МАШИНА»
8Л. Цели и задачи эргономического проектирования систем «человек—машина»
В современном производстве должна быть задействована техника, учитывающая возможности и особенности работающего с ней человеки (или группы людей). Разработку и оценку проектных предложений но созданию удобной, надежной и безопасной техники выделяют в особую область — эргономическое проектирование человеко-машинных систем, Оно направлено на обеспечение заданных эргономических свойств системы, формирование средств и способов поддержания необходимой квалификации и работоспособности людей. При этом проектируется система «человек—машина—среда», а не только технические средства, которые лишь после подгонки к человеку становятся компонентами СЧМ. На этом пути открываются принципиально новые возможности повышения эффективности труда человека и функционирования системы в целом. По мере развития эргономического проектирования выявилась и необходимость в особом специалисте — проектировщике-эргономисте, владеющем не только специальными знаниями, но и особым инструментарием (методами, средствами и др.).
Эргономическое проектирование должно обеспечить повышение эффективности и качества труда, удобство эксплуатации и обслуживания технических средств, улучшение условий труда и сокращение сроков освоения техники, экономию физической и нервно-психической энергии работающего человека, максимально возможного приспособления оборудования к функциональным возможностям и особенностям человека.
Эргономическое проектирование рабочего места предусматривает:
• оптимизацию распределения функций между компонентами СЧМ;
• организацию рабочих мест с учетом антропометрических данных человеческого тела;
• соответствие технических средств психофизиологическим, биомеханическим и антропометрическим требованиям;
• обеспечение оптимальных значений факторов внешней среды на р.иючем месте.
•i их) процедур с формальными (расчетными, математическими). Это
•i к >с:обствует рождению новых проектных идей и принятию нестандарт-иих решений, учитывающих в большинстве своем неформализуемые н.ф.чктеристики человека, доведению идей и решений до количественной
•и in 1ки конкретных вариантов технических решений;
• взаимозависимое использование методов эргономического про-
• i шрования процесса, средств и условий деятельности человека, что но шоляет учитывать влияние на эффективность и качество деятельности Ф vi i кциональных состояний человека и находить рациональные способы '•игепечения его работоспособности;
• процедуры системной оптимизации, позволяющие находить наи- imuk'c целесообразные проектные решения по выбранным критериям
• учетом закономерностей деятельности человека, его физического и ц« ихологического состояния, а также технических, экономических, и мографических и других ограничений.
Эргономическое проектирование — составная часть общего процесса м|>< актирования СЧМ (рис. 8.1). Оно начинается с анализа деятельности •и поиска и функционирования эргатической системы в целях определе-мни общей психофизиологической структуры деятельности человека в и. и, характеристик человеческих факторов. Для наиболее полного учета и<»«можностей и особенностей работающего человека необходимо точно и i.i i ь причины неудовлетворенности работой, иметь ясное представление о том, в каком направлении следует модифицировать конструкции мм I ических средств. Большое значение имеет выявление недостатков во и мимодействии человека и техники, определение требований, которые и i ш ы и вид деятельности предъявляет к техническим средствам системы и in ихофизиологическим характеристикам человека.
)ргономический анализ деятельности прототипов и аналогов про-
•i i пруемого объекта, атакже нормативно-технической документации in» иыбранной или специально разработанной методике — первый и mi работы. При проектировании больших по масштабам систем
•" мтчтвляют также функциональное и математическое моделиро-и ник' процессов (или элементов) деятельности человека. Для углу-'"I. иной проработки эргономического проекта создают поисковый
Замысел, техническое задание, проект, образец системы «человек—машина»
Составление (уточнение)
перечня задач и способов
их решения
Условия деятельности оператора
Оценка психофизиологической структуры деятельности оператора
Оценка психофизиологического состояния организма оператора
Распределение функций
между оператором
и техникой и между
операторами
Характеристики окружающей среды
Алгоритмы деятельности hi
Характеристики спецснаряжения
Характеристика
информационной модели
органов управления
Характеристики
вспомогательного
оборудования
Конструкция рабочего места
Режимы труда и отдыха,
способы поддержания
работоспособности
операторов
Способы и средства подготовки операторов
Критерии и средства отбора операторов
Экономическая или социальная оценка
варианта системы и принятие
решения о внедрении
Рис. 8.1. Основные этаггы эргономического проектирования
макет проектируемого объекта в натуральную величину из недорогих материалов, который представляет собой модель оборудования или ыкжа системы. Поисковый макет можно использовать для выбора оптимального оборудования, его эргономической оценки, органи-иции рабочего места, проверки размещения органов управления па vhoGctbo пользования ими, проверки точности и скорости считывания показаний приборов и др.
На этой же стадии можно создать функциональный макет, который в <»тничие от поискового имитирует функционирование аппаратуры, но не < >(>и зательно внешний вид объекта. Деятельность человека на этом макете организуется так, чтобы основные характеристики соответствовали ее параметрам в реальной системе. Поэтому в качестве функционального макета используют тренажеры, возможности которых значительно расширяют ЭВМ.
Функциональный макет можно использовать для сравнения альтернативных вариантов объекта или проверки выбранного проекта, а также опенки отдельных характеристик технических устройств. Эргономиче-« кая оценка варианта проекта человеко-машинной системы по специ-.шьной методике подводит итог всей работы и включает определение « ущественных эргономических критериев, выявление параметров, свя-иипых с ними и подлежащих количественной оценке с помощью измерений или экспертным путем. Значения отдельных параметров сводят в
• линую шкалу, что позволяет сделать вывод об уровне эргономического i ачества проектируемой системы.
Тенденция проектирования уже не отдельных объектов, а крупных i омплексов и систем (например, централизованного диспетчерского \ правления) накладывает отпечаток и на эргономическое проектирова-i пн*. Очевидно, что те проектные решения, которые были оптимальными мча отдельного объекта, могут перестать быть ими в комплексе. Если проектируется не отдельный прибор, а система приборов, с которыми в рам I мх комбинациях будет одновременно работать оператор, то их нуж-i ю согласовать друг с другом, объединить общим алгоритмом действий, ■ i ночными правилами компоновки, укомплектовать однотипными
•'pi апами управления и средствами отображения информации. Если не '.•ппмвать факторы системного использования приборов, оптималь-и.м м. каждого из них в отдельности окажется мнимой, так как сумма
•им имальностей не приведет к оптимуму целого. Иными словами, вы-
•«a or фгопомическое качество отдельного объекта не равнозначно его
• >'к с I ну как элемента системы. Этот принцип следует иметь в виду при •pi < шомическом проектировании систем управления.
Следует отметить также, что проектирование системы «человек машина—среда» почти никогда не начинается с нуля. Чаще всего реи. идет о реформировании более или менее радикальным образом уже существующей системы. Наиболее важные этапы:
• анализ производственного процесса на входе, внутри и на выходе» системы;
• эргономический анализ функционирования системы с помощью эргономических контрольных карт;
• анализ задач, выполняемых человеческим звеном;
• анализ мнений персонала системы, связанного с выполнением различных заданий.
Затем определяют цели системы, се ограничения, функции, не обходимые для их достижения. При этом не указывается, кто и что выполняет и как следует выполнять определенные функции. На еле дующем этапе функции распределяют между человеком и машиной. Традиционные критерии этого распределения — возможности и осо бенности человека и машины, расходы и обоснование, действительно ли такое распределение обеспечит человеку решение интересных и интегрированных задач.
На стадии разработки опытных образцов, макетов оценивают систему или отдельные ее части. При этом важно, чтобы в оценке мог принять участие заказчик (пользователь). При практической реализации проекта проводится его окончательная эргономическая оценка.
Важнейшее средство реализации методологических принципов эр гономики в проектных задачах — разработка концептуальных моделей деятельности на основе общенаучных положений системного подхода л эргономического описания функциональных структур проектируемых видов деятельности. Реализация принципов осуществляется по еле дующей схеме: эргономическая теория, разработка концептуальных моделей деятельности, эргономическое проектирование конкретных видов деятельности.
Наоснове проекта формируют требования не только к используемым техническим средствам, но и к профессиональному отбору и обуче нию, техническим средствам подготовки, тренажа и контроля знаний обслуживающего персонала. Проектирование человеческой деятель ности опирается на фундаментальные психологические исследования и моделирование высших психических функций: восприятия, памяти, мышления (образного и понятийного). Эти функции — внутренние средства (психологические инструменты) деятельности человека. К их числу относятся опыт, знания, программы и схемы поведения человека
оператора, составляющие в совокупности его профессиональный облик. 11<>г юянные и оперативные образно-концептуальные модели, лежащие и о( пове процесса принятия решения и управляющей деятельности пмсратора, формируются на основе внутренних средств деятельности. < исциальное формирование и тренировка внутренних средств влияют ii.i >ффсктивностьдеятельности.
11оясним такие используемые здесь и далее термины, как концепту-,/ \ышп модель и информационная модель. В человеко-машинной системе \ 11 ра вления оператор, как правило, лишен возможности непосредственно маыиодать управляемый объект (предмет труда) и может судить о нем i ии |,ко опосредованно, через информацию, поступающую к нему по раз-'пгшым средствам связи. В этом случае под информационной моделью по-11 и мают организованное в соответствии с определенной системой правил и поражение управляемого объекта, системы управления им, внешней
•рели и способов воздействия на них. Материально информационную чп/к'ль реализуют с помощью разных индикаторных приборов, табло и лругих средств отображения информации. Информационная модель in.il ivnacT в качестве источника и основы для формирования концеп-т\ч1<н,ной модели совокупности представлений оператора о состоянии \ праилясмого им объекта, системы и внешней среды, сложившихся на
•>. попе информационной модели, ранее накопленных знаний и опыта применительно к решаемой задаче. В концептуальную модель входят "i.|u щы существующей ситуации и ситуации из прошлого опыта, а |.ц. ,ке образы прогнозируемой ситуации и программы преобразования существующей ситуации в прогнозируемую. Очевидно, одна и та i с информационная модель, в зависимости от решаемой оператором мпачи, может порождать в его сознании различные концептуальные чомсли. Однако информационную модель нельзя считать незыблемой "< помой формирования концептуальной модели. Опыт показывает, что и i ia неисправности индикаторов в информационной модели может i и >л mi i ься недостоверная или неполная информация. В таких ситуациях i «им ir 11туальная модель выступает как средство контроля достоверности информационной модели.
I Ir посредственно используя в процессе труда внутренние средства,
... pa i ор опирается и на внешние средства деятельности — информаци-
.... i.ic модели, реализуемые с помощью средств отображения (экранов,
i пню, мнемосхем и др.) или в форме документа, средств программного "»н. печения (при решении задач на ЭВМ) и других вспомогательных
•р' -и i и, органов управления и средств связи. Таким образом, цель про-
•i i и роиа11 ия деятельности — согласовать внешние и внутренние средства,
ИНФОРМАЦИОННАЯ"ЭТАПЫ ПРИНЯТИЯ \ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКА I РЕШЕНИЙ I РЕШЕНИЯ
Долговременная образно-концептуальная модель
11сихофизиологи-
ческий отбор
и подготовка
оператора
Дифференциально-личностные качества, мотивация
Оперативная
концептуальная
модель
Перцептивная деятельность
Приемы, решения,
логика, эвристика,
прогнозирующие
механизмы
Интеллектуальная деятельность
Навыки управления и исполнительных действий
Моторная деятельность
Социально-политические, экономические и научно-технические факторы
Эффективность деятельности
Функциональные состояния
Условия обитаемости,
комфорт,
воздействия
среды
Информационные
модели
ЭВМ, алгоритм
совместного
решения
(человек—машина
и (или) человек—человек)
Средства
и органы
управления
Условия обитаемости,
комфорт,
воздействия
среды
Рис. 8.2. Структурная схема проекпгрсвакия средств деятельности оператора
и пгриую очередь информационные и концептуальные модели, полно-
• i мо использующие психологические возможности человека-оператора ии приема и переработки информации и принятия решений.
И зависимости от целей и задач большее внимание уделяется либо in ичпним, либо внутренним средствам. Например, качество некоторых ин-фирмационных моделей, условно называемых моделями-изображениями (л >рофотоснимков, отображений на экране дисплея и др.), определяется илиическими возможностями средств сбора и регистрации информации. >ртиомические рекомендации в этом случае должны касаться уровня «и тчценности, контраста, режима работы модели, а основная задача про-
• ь i и рования состоит в анализе и учете внутренних средств деятельности. I i ми оператор должен иметь дело не с первичной, а с предварительно
< I» >работанной информацией, поступающей из ЭВМ, основное внимание мри проектировании обращают на разработку и формирование внешних
•ргдетв деятельности, а внутренние средства должны быть направлены м.| процесс принятия решений (интеллектуальный уровень). Значит, для 111 и актирования средств деятельности человека необходимо знать ее объ-
•»•. i и иную структуру, на основе которой разрабатывают информационные м» шели, и другие средства, адекватные как реальной ситуации, так задачам и характеру работы оператора в СЧМ.
Концепцию проектирования средств деятельности оператора можно 111 поставить в виде структурной схемы (рис. 8.2). На ней изображены основ-111 .к* ш 1утрснние (верхняя часть схемы) и внешние (нижняя часть) средства,
• hi юсенные ктрем основным этапам деятельности человека — информаци-
< «иной подготовке, принятию решений и их реализации. Выделены факторы, и'шиющие (через внешние и внутренние средства или непосредственно) на •ффективность деятельности и основные механизмы деятельности, реали- »\ ющие согласование внешних и внутренних средств.
8.2. Проектирование транспортных эргатических систем
Все без исключения системы управления на железнодорожном транс-i мр гс — и те, в которых используется электронная вычислительная техни-i .1, и те, в которых до внедрения ЭВМ дело еще не дошло, —принадлежат i ь пассу эргатических. Кэргатическим можно, например, отнести системы локомотив—машинист; диспетчер — напольные устройства участка, « мена, работающая на станции; диспетчерский центр управления и др. I 'и mi» человека в них различна. Понятие эргатическая система достаточно i к нию охватывает практически всю деятельность людей, занятых управ-41 пнем перевозочным процессом на железнодорожном транспорте.
Эргатические системы представляют собой высшую форму сипем управления, более общий класс, чем информационные, так как и \\\\\ осуществляются все формы взаимодействия объектов друг с другом Все остальные системы управления реализуют только часть возможный отношений между объектами. Человек влияет на все отношения в :>pi и тической системе управления. Например, он может отключить люоуш автоматическую подсистему и взять управление на себя.
Как бы ни была сложна система, всегда можно построить такую >р гатическую систему, в которую она войдет в качестве составляющей, т.г. будет участвовать в ее работе как подчиненный элемент.
В любой эргатической системе (например, приведенной на рис. К..\) можно выделить датчик, с похмощью которого человек получает информацию о состоянии объекта управления. Такими датчиками служи i органы чувств — рецепторы, центральная нервная система оператора. Воздействуют на объект управления эффекторы —двигательные органы человека. Датчики формируют информационную модель, с помощью которой оператор наблюдает за состоянием объекта управления и чп результатами своих действий. СОИ позволяют оператору сравнивать текущее состояние x(f) объекта с заданным y{t). Индикаторы и СОИ делают управляемый процесс наблюдаемым; они, в сущности, усиливаю! или заменяют рецепторы.
Исполнительный механизм, с помощью которого на объект упранж» ния передается управляющее воздействие эффектора, представляет собой пульт непосредственных локальных орудий труда. Он призван усилить ил и
ЭФФЕКТОРЫ
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
ДАТЧИКИ
ГСЧЬ
Двигательные реакции
НЕРВНАЯ СИСТЕМА
орение Осязание
Слух
* ♦
^реда г
СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Среда
ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ
X
■ ■ " »
t
I________ '
■
j
,
Среда
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ 1 МРУЛНИЧМ 1
i
,
Рис 8 3. Структурная схема эргатической системы
и мснить эффектор и делает объект воздействия управляемым. Исполни-н щ.ныс механизмы и индикаторы в эргатических системах могут быть |м |улируемыми и нерегулируемыми. Индикаторами называют некоторые инструменты, с помощью которых измеряют состояние управляемого
•и» i ,екта, а результаты измерений выдают оператору в виде наблюдаемого
•in нала (сигнала, который человек может распознать, расшифровать и и i которого может выделить нужную информацию). Часть структуры эр-i л i и ческой системы — вспомогательный механизм, с помощью которого чпкшек может принять правильное решение, если ситуация многоаль-м-риативная. Вспомогательный механизм призван усилить, а в некоторых
•чучляхдаже заменить центральную нервную систему человека. Наконец,
•и»i.ckt управления определяет поведение всей эргатической системы.
Вспомогательный механизм — это чаще всего ЭВМ, которая использу-
■ ют качестве контролера или советчика оператора. Под вспомогатель- нмм механизмом можно понимать и обобщенный аппарат, с помощью i шорого выполняют логические или арифметические операции, даже мни этот аппарат — простой набор формул.
11ри исследовании и проектировании эргатических систем необходи-м< > описать их особенности, выявить основные количественные и каче-
• i псиные характеристики, подобрать соответствующий математический нитрат, т.е. сделать возможным расчет числовых значений их параме- ||мж. Но прежде всего необходимо рассмотреть вопросы, связанные с i 'мгеификацией эргатических систем. В эргатическую систему можно ш- 'почить несколько человек. Взаимосвязь их влияет на характеристики - m 1смы по-разному. Так, если несколько операторов одновременно имполняютв системе № 1 операции^, А2,'.., Ап> где п — число операто- I и »и, каждая операция А{оценивается показателем х(1а все п показателей чара ктеризуют критерии качества системы X, то очевидно, что экстре мум функции F(x) зависит от трудовой деятельности всех п операторов. 1< мерь попробуем описать эргатическую систему № 2, в которой тоже // операторов, однако их работу можно представить по-иному. Пусть в i. i -к л м й данный момент в системе работает только один оператор. По про- iiii-i i ни и 11екоторого времени операторы меняются (например, по графику к /курсгва или при наступлении усталости). Ясно, что в данном случае
■ ip.iK геристики системы в среднем (а усреднение ведется по выбранному им к*риалу времени) зависят от работы одного оператора. Система № 2
• и .шчается от системы № 1 не только формально (числом операторов), ми и по существу. Здесь необходимо учитывать психологическую со йме ( i имость людей, поскольку она всегда существенно сказывается при i in к*in,ной работе обособленного коллектива.
При классификации эргатических систем будем исходить из следуй» тих критериев:
• количества операторов в системе;
• степени непрерывности участия человека в процессе управлении,
• вида связи оператора с объектом управления.
В соответствии с этими исходными предпосылками можно подра i делять системы на моноэргатические, в которых работает один человек, и полиэргатические, обслуживаемые коллективом людей. Например, система управления горочными замедлителями — моноэргатическая, и система управления движением поездов на участке — полиэргатическаи Моноэргатических систем, как правило, больше, чем полиэргатических, в том числе и на железнодорожном транспорте, поэтому они чаще ci a новятся объектами исследования.
По степени непрерывности участия человека в управлении можно рассматривать группы транспортных систем, в которых человекработае i в режиме немедленного обслуживания, совершает преимущественно управляющие действия, руководствуясь инструкциями с полным ни* бором всех ситуаций и решений (например, машинист, управляющий локомотивом), и втак называемом режиме отсроченного обслуживании, характерном для большинства АСУ. По виду связи оператора с объектом управления системы подразделяют в зависимости оттого, находится ли человек непосредственно на объекте управления (например, подвижном) или управляет им на расстоянии. Первые, в которых оператор непо средственно связан с управляемым объектом, можно назвать системами прямого действия, а вторые — системами с дистанционной связью.
Эргатические системы можно классифицировать и с других позиций, например, по роли и месту человека в их контурах. Оттого, принимае; ли он участие в выработке решения и формировании управляющего ноч действия или сам служит объектом, на который это воздействие напрпн лено, во многом зависит характер взаимоотношений между элементами системы. Определяющим может быть и тип задачи управления.
Наконец, важной отправной точкой классификации служит чист» целей, для достижения которых предназначена эргатическая система Это позволяет выделить два больших класса систем: одноцелевые и много целевые. Многие эргатические системы — иерархические. Дело в том, что, осуществляя процесс управления, отдельные части их выполняю! самые разные функции. Однако не только функции, но и этапы, на ко торых система с помощью разнообразных средств и способов достигаем целей управления, неравнозначны. Каждое предыдущее действие влече i за собой последующие: не будет причины — не будет и следствия. 'От
• и пивной принцип иерархических систем, построенных по признакам подчинения, важности отдельных этапов работы.
Главная проблема иерархических систем — координация принятия решений. Дело в том, что в любой из них несколько подсистем нижнего \ | юння управляют отдельными процессами, составляющими общий промесс управления, и подчинены системе более высокого уровня. Скажем, лежурные стрелочных постов и составительские бригады подчинены маневровому диспетчеру станции. Такие двухуровневые системы в качестве и iдельных блоков или модулей входят в большие и сложные системы управления. Причем каждая подсистема нижнего уровня может пред-i i лвлять собой человеко-машинную систему, обладающую определенной еж>бодой действий при выборе управляющих решений и в пределах своей ишпетенции, пользующуюся этой свободой для решения конкретной ицлчи. Критерий эффективности этого решения задает вышестоящая подсистема. Чтобы управляющие воздействия низших подсистем смогли привести к оптимальному решению задач (в общем случае однородных но одним показателям и разнородных — по другим), подсистема выше-
• iнищего уровня должна предварительно оптимизировать задаваемый 11 илним подсистемам набор критериев эффективности. Только при этом \еловии будет решена общая задача всей системы управления. Значит, вышестоящей подсистеме предстоит определять стратегию взаимодей-
< i впя подсистем нижнего уровня. Следует учитывать также, что младшие иолсистемы обладают ограниченными воздействиями, поэтому общую иллчу управления можно представить последовательностью частных ».|лач, и ее решение зависит от решения частных.
Координация подсистем имеет два аспекта: самоорганизация (измене 11! 1С структуры) и управление (выбор координирующего вмешательства при фиксированной структуре). В эргатических системах влияние под-« меч смы высшего уровня на низлежащие чаще выражается в координации \\\ деятельности, чем в изменении их внутренней структуры. Человек в иерархической эргатической системе может занимать любой уровень.
< к лжем, СЧМ следует оценить иерархически как более высокую по срав- неиию с биосистемой «человек». Чем выше степень организованности, i e м более сложна координация деятельности подсистем — основной вид \ ирлвляющего воздействия в эргатических системах.
'•)ргатическая система состоит из разнородных элементов («живых» и к чпических). Формализация, т.е. некоторое изолированное рассмотрение i л а дого из них, помогает разработать модель системы и процессов, про-п клющих в ней, изучить структуру и функционирование эргатической
• in Юмы. Длительное время разрабатывались теория и практика объекта
«машина», несколько позже заинтересовались объектами «человек» и «среда». И хотя эти объекты изучены еще недостаточно полно, объем сведений о них велик. К сожалению, не все из них можно использовать для новых целей. Так, много лет исследовали деятельность операторатолько с точки зрения его информационных связей с машиной. Однако действительное место и роль оператора в системе «человек—машина—среда» наиболее полно отражают именно эргатические системы. Исследование должно носить комплексный характер и учитывать взаимовлияние всех составляющих системы. В эргономике и теории эргатических систем сделана попытка оригинального подхода к исследованию системы «человек—машина». Рассмотрим его основные положения.
Функциональное единство системы, естественно, требует единого описания всех ее элементов, единого рассмотрения процессов управления. Из функционального единства взаимодействующих живых и неживых элементов следует практическая возможность одинаковой точности детализации протекающих в них процессов и во всей системе в целом. Это значит, что всегда могут быть определены те предельные значения точности выполнения функций каждым элементом системы (в том числе и человеком), которые не противоречат общей постановке задачи — изучению деятельности всей системы. Последнее положение чрезвычайно важно, так как определить необходимую точность, отвлекаясь от конструирования эргатической системы, нельзя. А любое рассогласование в детализации описания процессов в составляющих систему элементах может сделать эту задачу неразрешимой.
Единство описания всех сторон процессов управления в эргатических системах составляет основу теории этих систем. Предмет исследования данной теории: анализ и синтез структур эргатических систем, определение обобщенных рабочих характеристик человека как звена замкнутой системы управления, эффективности и рационального распределения функций между человеком и техническими устройствами, оптимальное согласование характеристик «человеческого» звена системы с ее техническими характеристиками и др.
Теорией пока сделан первый шаг на пути поиска тех математических методов, с помощью которых можно было бы аналитически описать функционирование системы, переложить по возможности наиболее точно словесную форму описания свойств эргатических систем в матема тическую. Эти методы должны позволять строить математические модели систем, обладающих вполне конкретными свойствами. Представление физически реальных объектов в виде математической модели универсально и позволяет исследовать системы практически любой физической
и i •• 11 юл и. Эргатическая система замкнута, т.е. в ней совершается полный
•ни i переработки информации. В то же время часть этой информации •н|. i к.к-т возмущение внешней среды, в которой действует система, а ■ч -м ишь реальную систему от этой среды невозможно. Поэтому в про-||-«< <• исследования можно зафиксировать текущее состояние элементов
•if i ем 1,1, а каждый ее элемент описать своей собственной математической |" п-пмо. До тех пор, пока в процессе передачи информации участвует и 'ннц-к (например, передающий в устной или письменной форме, по и к «| и )i iy или радиосвязи выработанные машиной команды на линейную
•i мнимо или поездной бригаде), повысить надежность системы в целом и. ни 1М()жно. При современных средствах автоматики и телемеханики с м. »м« чпыо ЭВМ работа поездного диспетчера физически становится менее
i им м i ельной. Однако она связана с большим умственным напряжением. 1.и'м с того, если, например, график движения поездов нарушится вслед-
• i пне аварии, неисправности подвижного состава или пути, умственное н нфчжение резко и внезапно возрастает. Весь ход рассуждений об эр-
... i »мических проблемах в системе «человек—машина» применительно
i пк мпчеру вполне приемлем и к персоналу автоматизированных со-1'М1|ижочиых станций, машинистам современных локомотивов и др.
Можно схематически наметить (рис. 8.4) наиболее вероятный метод
• т. моим ыс этапы разработки новых транспортных СЧМ. Разработка на- мш.кчеи с анализа прежних систем, выработки основной концепции и
• i .1 in Huiei 1ия главной цели разрабатываемой системы. Затем необходимо » разграничить функции человека и машины. На машину следует
• и. i >м >ж и i ь те функции, которые она выполняет лучше человека, а за че- |"|ц I им оставить действия, с которыми он справляется лучше машины, и м но ткже исследовать надежность контакта человека с машиной, т.е. м. |н чачи информации, и повысить ее.
I l.i следующем этапе необходимо по возможности исключить те не-|". |,||ки оборудования, которые могут привести к ошибкам человека, м «и м с а к'чить оптимальную рабочую среду как для него, так и для машины. и и|ю|11шюм случае персонал, постоянно работающий с машинами
• •и. пищ системе, будет испытывать дополнительную умственную нагрузку и и. помучит от автоматизации никакого облегчения условий труда. Сле- i \. i но 1а6отиться и о том, чтобы излишне не усложнять систему вводом
•.... о(>орудования или действий, которые не являются необходимыми.
I м и<- необязательные добавления часто отражают необоснованные ч" "оп.ншя местных работников, которые склонны придерживаться
• i i| м мних методов работы. Иногда дополнения вносит и разработчик,
• Mm п'рееованный в развитии новой техники собственной разработки.
.__ | Анализ статистических характеристи к ]
1. Анализ характеристик объекта управления
—| Анализ динамических характеристик ]
1—| Определение целей и задач системы ]
Анализ возможностей человека и техники
2. Распределение
функций между
человеком и техникой
Определение критерия эффективности 1 системы 1
Определение ограничивающих услони it ]
Оптимизация критерия эффективности ]
Выбор структуры хруппы
3. Распределение функций между операторами
Определение числа рабочих мест
Определение задач на каждом рабочем месте
Организация связи между операторами
Определение структуры и алгоритмов деятельности
—
Определение требований к характеристикам человека 1
4. Проектирование деятельности оператора
Определение требований к обученности ]
Определение допустимых норм 1 деятельности
Синтез информационных моделей
5 Проектирование
технических средств
деятельности оператора
Конструирование органов управления
(
Общая компоновка рабочего места
Оценка рабочего места и условий деятельности
6. Оценка системы «человек—техника—среда»
v
Оценка характеристик деятельности оператора
Оценка эффективности системы
Рис 8 4. Основные этапы разработки транспортных эргатичсских систем
Клжно, чтобы в новой системе не возросли нагрузка работников и
• и. мо бесполезных побудителей, поэтому не следует упускать из виду нр.пшльный выбор средств отображения информации. В новой СЧМ мч 11 ч 11 ис поведения человека на эффективность работы заметно усилится. 11|ипильная расстановка персонала, его подготовка и систематическое г\ i оподство им особенно важны в модернизированной железнодорож ниц системе. От персонала, занятого в автоматизированных процессах, ••мм i о рабочей квалификации в старом смысле этого понятия, требуются мни обности более высокого уровня.
Персонал следует специально отбирать, проверяя способности, не-
• •••чодимые для работы в автоматизированных системах. Испытания |и1|.|.,иы включать психологические и физиологические тесты высокого . iмчи 1я. Все работники обязаны пройти достаточно серьезный курс тео- I" i и чес кого обучения и практической подготовки.
11(Ч)бходимо правильно оценивать функции машины, чтобы вводить в мм i к*обходимую информацию и получать нужные данные; поддерживать mi чомжном уровне работоспособность персонала, который, несмотря ■ м илпообразие работы (если преобладающим видом деятельности ста-iMHiiiini наблюдение), обязан не терять бдительность. В случае аварии,
•• «I .па оборудования или других нарушений работы системы от nepcoi iana
•с щчогся быстрота и гибкость в обдумывании и принятии решений.
Ч тбы обеспечить гибкость при эксплуатации системы управления,
• п л VI* г учесть, что модернизация порождает некоторые проблемы, ко- |"|ч.1\ не существовало ранее. Важно исключить такое положение, при
...... «ром человекявляется придатком машины или считает себя таковым.
г и" и i! и ки оперативных служб должны быть убеждены в том, что человек —
• | шьож'с важное звено системы и именно он управляет машиной.
Можно предложить следующие меры, которые нужно применять и iipniireec повседневного руководства персоналом:
I <)г персонала, занятого в модернизированной системе только на-
...... /in i нем и контролем за машинами, требуется постоянно поддерживать
■ и i ипшые способности на высоком уровне, однако, если приходится
...... i| к-мя выполнять однообразную работу, это трудно делать только по
"«'• шитой инициативе. Следует проводить специальные тренировки и пи иных способностей операторов, например, разбирать планы ма-н. i.pnn, пропуска поездов по участку при всякого рода отклонениях от п..|.ч.нм.иых условий или различные регулировочные мероприятия.
' 11огкольку работа в результате модернизации часто становится -м. . монотонной, у персонала уменьшается возможность проявить п. .и i п.ишфикацию и способности. Люди утрачивают интерес к работе,
а следовательно, перестают ощущать ценность своего вклада в оГжпт дело. Надо предоставить эксплуатационщикам возможность чаще оо щаться с руководством, сблизить управленческий и эксплуатационный персонал, допуская последний к участию в планировании и принятии решений.
3. Автоматизация увеличивает объем работы, который работник дом жен выполнять в контакте с машиной вместо взаимодействия с другими работниками, уменьшает возможность перемещений между рабочими местами и ослабляет связи между людьми. Однако, поскольку коллск тивный метод работы необходим (особенно в аварийных случаях) дм и обеспечения надежности работы системы в целом, заслуживает внимай и и предложение о предоставлении персоналу больших возможностей дли общения между собой.
Роль человека в кибернетической системе на железнодорожном транс порте, безусловно, более значительна, чем функции технических средсти Возможности человека и техники будут использованы полностью только в том случае, если их взаимодействие окажется настолько гармонич!i ы м, что позволит человеку полностью раскрыть свои способности.
8.3. Распределение функций между человеком и машиной
Теперь, когда в основе производства находится не просто машина, а система, или комплекс машин, подчиненных единой конечной цели, оптимально рассматривать распределение функций контроля и упрам ления. Речь идет об оптимальной в каком-либо смысле степени авто мл тизации этих функций в каждом конкретном случае.
Отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации слож пых СЧМ свидетельствует о том, что возможности современной вычие лительнои техники, используемой в автоматизированных системах дли контроля, значительно превосходят возможности человека при приеме, переработке, хранении и отображении информации. В то же время при планировании и управлении человек способен адаптироваться к^сло виям неполной или недостоверной информации, в непредвиденных и непредусмотренных должностными инструкциями ситуациях и др. Поэтому принятие управляющих решений в АСУ целиком возложено на человека. Это и обусловило появление такой крупной и припаи пиальной проблемы, как распределение функций между человеком и техникой в АСУ.
В современных условиях в связи с повышенными требованиями к управлению необходимо соблюдать общие эргономические условия
и проектируя надежность не только машины, но и работы человека, мр.жильно распределять функции между ними с учетом соответствия » 11 ручки человека его возможностям, мотивации деятельности в системе. 11 u писимости от назначения системы на человека могут быть возложены p.i шичные функции, в частности:
• обнаружения сигналов, наблюдения и обобщения информации — обна- р\ жгпие, наблюдение, классификация сигналов по признакам, которые и« могут учесть автоматические устройства; обобщение информации, се
• • >i пасование с пропускной способностью каналов связи, возможностями || идачами потребителей и др.;
- командно-диспетчерские — ввод исходных данных, выдача команд ил пуск системы, принятие решений в неопределенных ситуациях, про-i шмирование обстановки при недостаточности информации, контроль |м- »ультатов работы системы и др.;
- связи — выбор каналов и технических средств связи в зависимости
• и обстановки; классификация информации, ее передача и др.;
• технологические — контроль за выполнением технологических опе- р.ший, реализуемых в автоматическом режиме; принятие решения об их и. рсноде на ручное управление и др.
11ервые попытки решить проблему распределения функций относят-
• i к 40—50-м гг. XX в. В частности, тогда был сформирован принцип,
• »• моианный на сравнении преимуществ и недостатков человека и ма шины при выполнении некоторых функций, и разработан конкретный м« ргчень, в котором сопоставлены достоинства и недостатки человека и м.ипины (табл. 8.1).
Таблица 8.1 Сравнение преимуществ человека и машины
>ункция
Элемент системы «машина»
Элемент системы «человек»
юсть
Намного выше, чем у человека
Запаздывание но сравнению с машиной на 1 с
июсть
Постоянная
1,47 кВт в течение 10 с; 0,37 кВт в течение нескольких минут; 0,15 кВт при непрерывной работе в течение дня
шльность
Идеальна для однообразной, повторяющейся, требующей точности работы
Ненадежен. Должен контролироваться техническими средствами
Окончание табл. S I
Функция
Элемент системы «машина»
Элемент системы «человек»
Сложные виды деятельности
Многоканальная деятельность
Только одно канальная деятельность
Память
Наиболее эффективна для точного воспроизведения и краткосрочного храпения информации
Многоаспектная, с большим объемом. Наиболее эффективна для выбора принципе)! и стратегий деятельности
Способность к выводам
Дедуктивный вывод
Индуктивный вывод
Вычислительные операции
Выполняет точно и быстро. Плохо исправляет ошибки
Выполняет медленно. Возможны ошибки. Хорошо исправляет ошибки
Чувствительность на входе
Воспринимает стимулы, которые не воспримет ни один из органов чувств человека. Нечувствительна к воздействию внешней среды. Плохо распознает образы
Каждый орган чувств способен воспринимать разнообразный круг стимулов в широком диапазоне (глаз, например,—одновременно местоположение, движение и цвет). Подвержен воздействию жары, холода, шума, вибрации. Хорошо распознает образы. Может обнаруживать сигналы при высоком уровне «шума»
Надежность при перегрузках
Возможен внезапный выход из строя
Постепенно снижается рабо тоспособность в допустимых пределах
Способность мыслить
Отсутствует
Может действовать в непред виденных и непредсказуемы> обстоятельствах. Способен к прогнозированию
Способности к манипулированию
Специфические
Весьма разнообразные
Этот перечень постоянно дополняется. К настоящему времени определен ряд сравнимых функциональных характеристик человека и машины (табл. 8.2).
Таблица 8.2
Сравнение функциональных характеристик человека и машины
Характеристика
Элемент системы «человек»
Элемент системы «машина»
< пособность интегрировать разнородные • цементы в единую систему
Способен
В ограниченных случаях
< пособность построить модель внешнего мира
Способен
Нет
11|)сдвидение событий внешнего мира
Способен
Нет
IV i пенис нечетко сформулированных задач
Способен
Нет
Г. to познавание ситуаций внешнего мира
Способен
Нет
< пособность ориентироваться во времени и пространстве