У статті розглядаються підходи і методи аналізу надійності діяльності людини-оператора. Розглядаються основні методи побудови людино-машинних систем, а також інтелектуальних інформаційних систем супроводу і аналізу діяльності оператора. Створено спеціальне програмне забезпечення для проведення експериментів.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Семенистий Е. С., Подоприголова О. Н., Семуніна Н. С.


The analysis of methods of reliability evaluation of human-operator activity

This article is about new methods and approach of human-operator activity reliability. The basic procedure of construction of man-machine systems and intellectual information systems is describes in this report. Also, the information systems of maintenance and analysis of human-operator activity is discuses in this report. Special software create for experimental procedure.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2008


    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки


    Наукова стаття на тему 'Аналіз методів оцінки надійності діяльності людини-оператора'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз методів оцінки надійності діяльності людини-оператора»

    ?Для порівняння якості представлення сигналу були обрані вейвлети МОКЬЕТ і МНАТ.

    ЕКГ сигнал змішувався з нормальним шумом різної амплітуди. На основі аналізу 1000 комплексів QRS для кожного рівня шуму обчислені відносні похибки. Результати представлені табл. 1. Залежність відносної похибки від відносини з / ш для різних вейвлет-базисів.

    Таблиця 1

    Базис с / ш = 100 с / ш = 50 с / ш = 20 с / ш = 10 с / ш = 4

    На основі QRS комплексу 0.9% 1.1% 1.5% 2.0% 8.5%

    MORLET 1.2% 2.3% 3.6% 6.7% 18.3%

    MHAT 1.6% 3.1% 4.9% 7.8% 22.5%

    Отримані значення похибок подання ЕКГ добре характеризує стійкість застосовуваного методу до шумів різної амплітуди. Видно, що застосування базисів на основі усередненого комплексу дозволяє значно знизити похибка, викликану зовнішніми артефактами.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Новиков Л.В. Адаптивний вейвлет-аналіз сигналів. Наукове приладобудування, 1999. Т.9. - №2.

    2. www.wavelet.org

    3. Дремін І. М., Іванов О. В. Вейвлети і їх застосування // Успіхи фізичних наук. - 2001. - №5. - С. 465-501.

    4. Torrence C., Combo G.P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bulletin of the American Meteorological Society, 1998. - № 1. Vol. 79. Р. 61-78.

    Е.С. Семенистий, О.Н. Подоприголова, Н.С. Семуніна

    АНАЛІЗ МЕТОДІВ ОЦІНКИ НАДІЙНОСТІ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ-ОПЕРАТОРА

    Зародження напрямки з вивчення, оцінки та забезпечення надійності діяльності людини-оператора багато в чому пов'язане зі зростанням техні -ческого прогресу в суспільстві і супроводжуючими його несприятливими наслідками у вигляді помилкових дій і відмов техніки, аварій, професійного травматизму.

    Зміст і напрямки розвитку цієї проблеми визначалися досягненнями в області психології, фізіології праці, інженерної психології, ергономіки, аваріологіі та інших наукових дисциплін.

    Основним предметом досліджень в цій області з'явилася проблема помилок людини в процесі діяльності, їх причин, проявів і наслідків.

    Поняття «надійність» виникло як одна з основних характеристик технічних засобів діяльності. Об'єктивними причинами постановки проблеми надійності з'явився безперервне зростання складності технічних засобів, підвищення відповідальності функцій, виконуваних ними і їх окремими елементами, розширення діапазону і одночасне ускладнення умов їх експлуатації.

    У найбільш загальному вигляді надійність зазвичай визначають як імовірність ність успішного виконання завдання [1].

    У техніці під надійністю розуміють властивості об'єкта зберігати в установлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах. Поняття надійності технічних засобів входить в категорію «якості», так само як визначення надійності людини-оператора в поняття «сукупна професійну якість».

    Надійність як якість є властивістю системи (або її складових частин), які визначаються через категорію станів, а стан оцінюється по тому, наскільки в даний момент часу людина-оператор або система управління задовольняють вимогам, що пред'являються до них [2].

    У кількісному визначенні надійність є ймовірність того, що система або її елемент будуть виконувати необхідні функції задовільно протягом заданого часу і в заданих умовах [2]. Включення людини в роботу систем управління в якості його регулюючого контура визначає залежність ефективності і якості функціонування системи від своєчасності, точності та безпомилковості виконання людиною-оператором покладених на нього функцій в заданих умовах діяльності.

    Надійність системи «людина-машина» (СЛМ) відображає значення даного показника у людини-оператора і технічних засобів цієї системи, але не є простим їх твором, так як взаємодія компонентів системи породжує її нові якості і властивості.

    Саме тому при аналізі надійності системи «людина-машина» ряд авторів рекомендує оцінювати такі властивості системи:

    • безвідмовність технічних засобів;

    • восстанавливаемость їх працездатності;

    • безпомилковість управління;

    • готовність оператора до виконання робіт;

    • біологічну надійність оператора [3,4,5].

    Виникнувши спочатку як теоретична концепція інженернопсіхологіческіх досліджень, методичний підхід з позицій людського фактора в подальшому трансформується в методологію аналізу причин аварійності в ширшому розумінні, а саме з урахуванням недоліків не тільки в засобах діяльності, але і в умовах, утримуючи-

    ванні і організації операторської діяльності. Такий підхід дозволив відійти від ототожнення помилки людини-оператора з його виною в зниженні надійності функціонування СЧМ. Результати аналізу причин помилкових дій з позицій концепції про людський фактор орієнтують на попередження закономірною помилки, яка не залежить від індивідуальних особливостей конкретної особистості, а є закладеної в конструкції техніки, в несприятливих умовах і незадовільну організацію діяльності.

    Таким чином, перший принцип методологічного підходу до вивчення причин аварійності полягає в тому, що причиною помилкових дій можуть бути як технічний компонент СЧМ, так і несприятливі умови організації робочого місця людини-оператора.

    Поділ понять особистий і людський фактор відображає більш виражену спрямованість на гуманізацію праці людини-оператора, так як в більшій мірі загострює увагу на необхідності пристосування техніки до можливостей людини. Разом з тим такий поділ розуміється виключно як методологічний принцип проведення аналізу помилкових дій. Кожне конкретне помилкове дію, як правило, є наслідком ряду причин, що відносяться як до особистого, так і до людського факторів. Тому другим основним принципом сучасного методичного підходу до вивчення причин аварійності є системний аналіз помилкових дій з координованих позицій як особистого, так і людського факторів. При цьому має місце істотний взаємозв'язок складових цих факторів не тільки для вивчення причин помилкових дій, а й для компенсації одних несприятливих явищ за рахунок позитивного впливу на надійність діяльності інших.

    В ході розвитку інженерної психології і загальної теорії надійності був розроблений цілий ряд кількісних методів оцінки надійності. Основними з них є узагальнений структурний, системний, операційно-психофізіологічний і системотехнічний методи.

    1. Узагальнений структурний метод (А.І.Губінскій і

    В.Г.Ефграфов [6])

    Діяльність оператора розкладається на ієрархічний ряд рівнів, кожен з яких представляється у вигляді певної структури: оперативний рівень (є вищим) - відображає структуру взаємодії вирішуваних завдань; рівень окремого завдання; рівень блоку операцій; рівень оперативних одиниць діяльності.

    2. Системний метод (Ю.Г.Фокін [7])

    Заснований на використанні восьми напрямків аналізу і оцінки надійності СЧМ: апаратурною безвідмовності застосовуваних засобів; повної апаратної безвідмовності; відновлює оператора; обслуговуючого оператора; подготавливающего оператора; керуючого опера -тор; чергового оператора; біологічно надійного оператора.

    3. Операційно-психофізіологічний метод (Г.М.Зараковскій

    [8]).

    В основі цього методу лежить розчленовування діяльності оператора на окремі дії, для яких відомі вихідні значення часу і точності їх виконання, а також значення психофізіологічної напруженості. На підставі цього здійснюється синтез структури діяльності і отримання інтегральних характеристик надійності СЧМ. При цьому враховуються закономірності зміни характеристик в різних умовах діяльності та інтеграції окремих дій в єдиний процес. Пропонується перелік і цифрові значення вихідних показників надійності типових дій людини, які входять до складу будь-якого виду діяльності.

    4. Системотехнічний метод (Г.Г.Маньшін) [9]

    При використанні системотехнического методу вводять чотири типи умовних СЧМ: з некомпенсируемое помилками операторів і відмовами техніки; з компенсацією помилок операторів; з компенсацією наслідків відмов технічних засобів; з компенсацією помилок операторів і наслідків відмов техніки. Для кожного типу СЧМ визначені умови, що призводять до відмови системи. На підставі цього отримані розрахункові формули для визначення надійності СЧМ.

    Одним з основних напрямків вивчення надійності людини-оператора є вивчення ролі фізіологічних і психічних реакцій та станів організму здорової людини в забезпеченні ефективної та надійної роботи. Методи цього напрямку дозволяють паралельно проводити якісний і кількісний аналіз динаміки діяльності. Якісний аналіз спрямований на розкриття суті психічної регуляції, зокрема реєструються зовнішні прояви діяльності, форма і зміст мовних повідомлень оператора, пояснення подій, що відбуваються з точки зору оператора, що дозволяє судити про характер і причини виникають проблемні ситуації в ході операторської діяльності. Кількісний аналіз дозволяє на основі фізіологічних показників достовірно інтерпретувати дані, отримані при використанні якісного методу оцінки надійності діяльності людини-оператора. Для цих цілей використовуються оцінки різних психофізіологічний показників (ЕЕГ, ЕОГ, КГР, ЧСС і ін.), А також дані психологічного тестування і суб'єктивного шкалювання.

    Всі перераховані підходи і методи аналізу надійності людини-оператора знайшли відображення при побудові людино-машинних систем, а також інтелектуальних інформаційних систем супроводу і аналізу діяльності оператора. За результатами аналізу систем призначених для контролю за психофізіологічним станом людини-оператора, виділяють наступні типи комплексів контролю психофізіологічного стану людини-оператора [7,10]:

    • автономний комплекс на базі персонального комп'ютера забезпечує обстеження персоналу з використанням наступних методик: САН (самопочуття, активність, настрій), тест Спілбергера-Ханіна

    (Особистісна і ситуативна тривожність), методика багатостороннього дослідження особистості, тести Кеттела, Ровена, емоційної напруженості, простий і складної сенсомоторної реакції, реакції на об'єкт, що рухається, оцінки уваги, пошук закономірностей, асоціативний експеримент з можливістю одночасної реєстрації серцевого ритму. Призначений для поглибленого психофізіологічного обстеження всіх категорій оперативного персоналу і реалізації різних дисплейних варіантів діагностичних моделей поведінки людини-оператора;

    • стаціонарний комплекс оперативного фізіологічного контролю, що працює в складі локальної обчислювальної мережі і дозволяє реєструвати електрокардіограму, частоту дихання, а також вибірково електроенцефалограму, електроокулограмми і актограмму. Призначений для постійного контролю за психофізіологічним станом операторів, робота яких пов'язана з підвищеним рівнем відповідальності (в експериментальних і реальних умовах), а також для поліграфічного аналізу нічного сну в умовах тривалої автономної діяльності операторів;

    • автономний комплекс на базі персонального комп'ютера, що дозволяє здійснювати по телеметричним каналах реєстрацію серцевого ритму і часу простої зорово-моторної реакції одночасно у 3 осіб. Призначений для контролю за психофізіологічним станом операторів-обхідників;

    • автономний комплекс на базі персонального комп'ютера, що дозволяє реєструвати за допомогою стабілоплощадкі, на якій розташовано крісло оператора, частоту серцевих скорочень, частоту дихання і рівень рухової активності. Призначений для контролю за фізіологічними показниками у операторів, які приймають рішення;

    • автономний комплекс на базі персонального комп'ютера, що дозволяє здійснювати одночасно у 8 чоловік реєстрацію простої зорово-моторної реакції і серцевого ритму, а також тестування з використанням методики міні-мульт та тесту Спілбергера-Ханіна;

    • 8-канальна телеметрическая система для контролю за станом операторів, що працюють в ЗІЗ, за показниками частоти серцевого ритму і мовних повідомлень;

    • 8-канальна система функціонального контролю та реабілітації, заснована на принципах зворотного біологічного зв'язку;

    • пакети прикладних програм контролю за психофізіологічним станом людини-оператора дозволяють проводити різні види контролюючих процедур із застосуванням розробленої автоматизованої техніки.

    В ході досліджень в рамках програми «Експеримент-2000» був розроблена і апробована інформаційна система на основі персонального комп'ютера, телеметричного апаратного комплексу знімання п'яти відведень ЕКГ і спеціалізованого програмного забезпечення. Програмне забезпечення являє собою сукупність модулів з'їдають ма ЕКГ, аналізу одержуваного сигналу, візуалізації ЕКГ, а також спеціа-

    лизировать середовища оцінки надійності на основі колірних таблиць Шульте-Горбова.

    Як спеціалізованої середовища оцінки надійності діяльності людини-оператора на основі таблиць Шульте-Горбова застосовується програмний продукт «Цифрові таблиці». При запуску даної програми необхідно задати параметри експерименту, а саме: розмір таблиці і кількість квітів і тривалість експерименту. Відповідне вікно програми представлено на рис. 1.

    Мал. 1. Вікно програм «Цифрові таблиці»

    Робоче вікно програми представлено на рис. 2. У центрі робочого вікна розташовується колірна таблиця, в правому верхньому куті відображається загальна тривалість експерименту, а також час, що минув з моменту його початку. У лівому верхньому кутку робочого вікна програми розташовані «підказки», т. Е. Вказані максимально допустиму кількість для даної серії експериментів, а також напрямки по квітам.

    Для більш повної оцінки діяльності людини-оператора проводилися різні серії експериментів при різних параметрах самих колірних таблиць, а також при наявності або відсутності перешкод. Перешкода являє собою динамічне зображення, яке проектується поверх колірної таблиці, ускладнюючи тим самим її сприйняття.

    мах 32

    напрямок

    18 29 4 28 15 20 31 32

    23 10 30 7 22 17 5 20

    12 7 21 18 11 17 13 24

    25 14 8 3 8 3 15 30

    5 6 21 6 10 16 24 1

    26 32 1 12 28 9 19 2

    26 11 27 27 25 31 16 19

    4 29 14 23 9 13 22 2

    ЩЦ

    іремя експерименту 5: 0 -0: 1

    Пуск | ^ [? 0 (Й "1 | Г] слайди допрацьовані ... | [РР] Презентація! _____________ 11 83 Цифрові таблиці

    Ольга Пена

    Мал. 2. Робоче вікно програми «Цифрові таблиці»

    Зображення перешкоди, використовуваної при проведенні експерименту, наведено на рис. 3.

    Мал. 3. Перешкода

    Експерименти проводилися з групами здорових молодих людей у ​​віці до 20 років. Кожен з експериментів проводився по можливості при однаковому стані (приблизно в один і той же час і в тому ж приміщенні). Перед проведенням експериментів учасники заповнювали спеціальні анкети-опитувальники, для фіксації їх психоемоційного статусу. В результаті проведення серії експериментів, були зібрані і проаналізовані деякі статистичні відомості. Узагальнена статистика експерименту приведена в табл. 1.

    Таблиця 1

    Статистика експерименту

    Порядковий колічесво Тривалість Кількість Кількість

    номер експерименту рядів експерименту пройдених таблиць допущених помилок

    Розмір колірної таблиці 5х5 без перешкод

    1 2 1 годину 68 129

    2 + 2 1 годину 88 40

    3 2 1 годині 42 44

    4 2 1 годину 70 40

    Розмір колірної таблиці 5х5 з перешкодою

    5 2 5 хвилин 8 3

    6 2 20 хвилин 6 32

    7 2 20 хвилин 30 24

    8 2 30 хвилин 24 71

    Розмір колірної таблиці 8х8 без перешкод

    9 2 1 годину 11 150

    10 2 30 хвилин 5 33

    11 2 30 5 14

    12 2 1 годину 16 20

    Розмір колірної таблиці 8х8 з перешкодою

    13 2 1 годину 7 101

    14 2 40 хвилин 5 10

    15 2 1 годину 11 57

    16 2 45 7 107

    З експерименту видно, що на відносну частоту помилок впливає як тривалість, так і наявність перешкод, причому тривалість для різних учасників впливає по-різному. Очевидно, це залежить як від особливостей випробуваного, так і від його психоемоційного зі -стоянія. При наявності перешкод в даних експериментах індивідуальні відмінності згладжуються. Звідси можна зробити висновок, що для підготовки операторів з передбачуваної діяльністю в умовах сильних перешкод можна скористатися однією методикою, загальною для всіх. Для підвищення рівня діяльності кожного оператора, без перешкод очевидно необхідні методики, що враховують його індивідуальні особливості.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Зінченко Т.П. Оцінка ефективності кодування інформації / Ергономіка. Принципи та рекомендації. Вип. 4. М .: ВНДІТЕ, 1972. С. 27-34.

    2. Ломов Б.Ф. Діяльність оператора в системі «людина-машина» / Основи інженерної психології. Під ред. Б.Ф. Ломова. М .: Вища школа. 1986. С. 169-196.

    3. Котик М.А., Ємельянов А.М. Природа помилок людини-оператора. М .: Транспорт, 1993. 252 с.

    4. Крилов А.А. Людина в автоматизованих системах управління. Л .: ЛДУ, 1972. 192 с.

    5. Баєвський Р.М. Прогнозування станів на межі норми і патології. М .: Медицина, 1979. 298 с.

    6. Губинський А.І., Євграфов В.Г. Ергономічне проектування суднових систем управління. Л .: Суднобудування, 1977. 224 с.

    7. Фокін Ю.Г. Надійність при експлуатації технічних засобів. М .: Воен-іздат, 1970. 224 с.

    8. Зараковскій Г.М., Медведєв В.І. Класифікація помилок оператора // Технічна естетика. 1971. № 10. С. 49-50.

    9. Маньшин Г.Г. Управління режимами профілактики складних систем. Мінськ, 1976. 256 с.


    Ключові слова: ІНЖЕНЕРНА ПСИХОЛОГІЯ /ПСИХО-ФИЗИОЛОГИЯ /ЛЮДИНА-ОПЕРАТОР /НАДІЙНІСТЬ /ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА /ЕКСПЕРИМЕНТ /HUMAN ENGINEERING /PSYCHOPHYSIOLOGY /HUMAN-OPERATOR /RELIABILITY /INFORMATION SYSTEM /EXPERIMENT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити