автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Информационная обратная связь как средство обеспечения надежности и эффективности деятельности оператора биотехнических систем

рг Б ОД

На правах рукописи

Ахлаков Махмудгаджи Камилович

ИНФОРМАЦИОННАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ КАК СРЕДСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРА БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических и медицинских системах (включая применение вычислительной техники)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете им. В. И.Ульянова (Ленина).

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор Попечителев E.H.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Евграфов В.Г. кандидат технических наук, доцент Сидоров A.C.

Ведущее предприятие -

Санкт-Петербургский Государственный научно-исследовательский институт систем управления "ЦЕНТР - СУ".

Защита состоится "¿2." 1996 г. в " часов

на заседании диссертационного совета Д 063.36,09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета им. В.Й.Ульянова (Ленина), по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. проф. Попова 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан (996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета i ЮЛДАЩЕВ З.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Проблема обеспечения надежности и эффективности работ.,, технических систем (ТС) возникла с момента начала их разработки и практического использования в различных областях науки и техники. Особое значение эта проблема приобрела для систем управления сложными ГС, работоспособность которых во многом зависит от функционального состояния (ФС) человека, обслуживающего систему. Важность роли человека-оператора, ответственного за принятие управляющих решений, в решении отмеченной проблемы отражается в многоплановости изучения так называемого "человеческого фактора".

Проблема оценки и управления ФС стала особенно актуальной, когда увеличились требования к профессиональной подготовке человека-оператора, возросла ответственность за принятые решения, возникли условия его работы при избытке или дефиците информации, необходимой для принятия решений, и т.п. Эти факторы способствуют появлению специфических, экстремальных условий работы, которые являются дестабилизирующими для состояния организма оператора, приводящими к возрастанию ошибочных решений и реакций. Необходимость оценки текущего ФС человека (в связи с чго влиянием на надежность и эффективность деятельности оператора) заставляет искать наиболее адекватные способы диагностики и учета этого.состояния на результаты его работы в составе технической системы.

Поиск путей оптимизации взаимодействия техники и человека дал толчок к формированию нового научного направления - теории биотехнических сисгем (БТС) 'В.М. Ахутин, 1975 г.), в которой особо выделяется роль ФС человека-оператора в обеспечении высокого качества работы БТС в целом. В основе оценки надежности и эффективности деятельности оператора БТС лежат вероягность принятия ошибочных решений и увеличение времени для их принятия, искажающие алгоритм его деятельности. Последствия от этих ошибок и нарушений алгоритма, могут существенно влиять на работоспособность биотехнической системы.

С позиций системного подхода, ФС работающего оператора следует рассматривать как качественный ответ (реакция) функциональных систем организма разных уровней на внешние и внутренние воздействие связанные с выполнением работы. При этом выделяются различные аспекты этих реакций, исходя из цели и задач исследования, уровня профессиональной подготовки, сложности выполняемых операций и т.д. с целью поиска путей повышения надежности и эффективности функционирования БТС. Особую важность приобретает изучение динамики изменения психофизиопогических параметров операторов и ич дифференциация в зависимости от рабочей ситуации. Создаются пред-

'посылки для коррекции ошибочных действий оператора, своевременного вывода его из рабочей ситуации и замены другим оператором. Однако на сегодня отсутствуют подходы к оперативному управлению ФС оператора непосредственно в процессе деятельности. На наш взгляд, именно в этом направлении можно ожидать новых результатов, связанных с повышением надежности и эффективности работы человека-оператора и биотехнических систем в целом.

Цель работы. Целью работы является разработка и исследование метода повышения надежности и эффективности функционирования операторов БТС за счет контроля и управления их функциональным состоянием, а также слежения за своевременным выполнением обязательных рабочих операций, при использовании в качестве источника оперативной информации устройств отображения (УОИ) растрового типа, включенных в контур информационной обратной связи (ИОС) управляющего звена БТС.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих основных

задач:

1. Анализ причин снижения надежности и эффективности функционирования БТС и известных методов ее повышения.

2. Разработка информационной, операционной, биологической и общей модели работоспособности оператора БТС и модели управления функциональным состоянием организма оператора; обоснование основных условий регулирования ФС оператора в. БТС с контуром ИОС (модели наблюдаемости, устойчивости, идентификации и управления).

3. Выбор психофизиологических параметров для контроля за ФС оператора и исследования алгоритма управления ФС оператора во время выполнения рабочих операций; разработка оперативного метода расчета эффективности деятельности и его наглядное отображение в виде графического образа.

4. Модернизация способов предъявления оператору информации о его ФС, результатах выполнения им рабочего задания, разработка тестов для исследования восприятия этой информации человеком.

5. Экспериментальная оценка степени влияния нервно-психического напряжения оператора на результаты его деятельности.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, которые базируются на теории БТС, инженерной психологии, теории надежности, эргономике, математической статистики, методах имитационного моделирования, системного анализа и анализа физиологических систем.

Научная новизна. Научная новизна диссертации состой г в следующ» с

1. Обоснованы с позиций системного анализа пути повышения надежности и эффективности функционирования операторов БТС как во время выполнения рабочих операций по заданному алгоритму, так и во время обучения за счет использования 1ЮС о ФС оператора и качестве выполнения рабочих действий при заданных алгоритмах дея ■ гелыюсти.

2. Разработаны модели информационной, операционной, биологической и общей работоспособности оператора в БТС, а также модели управления ФС организма оператора, необходимые для изучения возможностей управления ФС оператора при использовании иос.

3. Предложен и исследован алгоритм управления ФС оператора непосредственно во время выполнения рабочего задания на основе ИОС с регистрацией психофизиологических параметров: электрокожного сопротивления (ЭКС), веко двигательной реакции (ВДР), частоты сердечных сокращении (ЧСС) и уровня допустимых ошибок деятельности (ДОД); разработан метод расчета эффективности деятельности оператора и ею наг лядного отображения в виде 1 рафнческото образа, позволяющего изучать последоца-телыюсть действий оператора, динамику изменения времени восприятия и обработки информации, динамику изменения времени реакции, а так:>е влияние ИОС на его деятельность.

4. Определены структуры технических средств для реализации контура ИОС аппаратным и аппаратно-программными средствами для БТС различного назначения.

5. Усовершенствованы методы коррекции и саморегуляции организма оператора, на основе использования контура ИОС с предъявлением оператору информации об изменениях его психофизиологических параметров на устройстве отображения информации (УОИ) растрового типа (путем кодирования информации о ФС по форме и по и нету).

Практическая значимость. Ценность полученных в работе результатов для прак тики синтеза БТС заключается; в использовании предложенных в работе мегодов контроля и управления ФС оператора за счет применения контура ИОС. При этом предложены критерии эффективности и надежности деятельности оператора, рассчшывагмые по объективным показателям. Контур ИОС стабилизирует регистрируемые психофизиологические параметры, своевременно обнаруживает начальную фазу утмлении, обеспечивает получение» наглядное отображение информации о динамике изменения ФС оператора в зависимости от нагрузки и условий труда. Практическое шачение нмдат структуры технических средств организации ИОС, обоснование выбора психофизиил^шче-

ских показателей, модели управления и критерии эффективности работы оператора.

Использование в качестве информационных данных психофизиологических параметров и результатов деятельности оператора позволяет оперативно определить степень напряженности оператора и своевременно проводить коррекцию функционального состояния и уменьшать вероятность ошибочных действий.

Результаты работы целесообразно использовать при разработке методов и систем контроля за ФС оператора с целью повышения надежности и эффективности его работы в экстремальных ситуациях, при работе, связанной с монотонней, при решении эргономических задач, а также на этапах проектирования и эксплуатации сложных БТС.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы: при выполнении НИР по темам: ТСО-5 N 2976, ТСО-6 N 3126, ТСО-7 N 3875, АСУ-9/ТСО-8 N 4167, ЛАСИП-1 N 4563, ЛАСИП-2 N 4797,

Научные результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательском институте им. Сухого, Московской железнодорожной больнице, центре технологий обучения СПб ГЭТУ, Октябрьской железной дороге и других организациях. Факты внедрения результатов подтверждены соответствующими справками и актами, представленными в приложении к диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы демонстрировались, докладывались и обсуждались на Всесоюзной выставке ВДНХ посвященной 100-летию Ленинградского электротехнического института им В.И. Ульянова (Ленина), на выставке "ИНТЕНСИФИКАЦИЯ-90" в Ленинграде, на международной выставке в Венгрии, Российском научно-техническом конференции "Системный анализ и принятие решений в задачах автоматизированного обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники", Российской научно-технической конференции "Медицинские информационные системы", Международной конференции по аэрокосмонавтике, школах-семинарах БИМК, Научно-педагогических конференциях ЛЭТИ, Международной конференции "Современные технологии образования".

Публикации. Основные работы изложены в 12 опубликованных работах, из них 8 статей, 4 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего147 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 148 страницах машинописного текста. Работа содержит 19 рисунков и 7 таблиц.

Положения, выносимые па защиту:

1. Постановка и решение задачц повышеннл надежности и эффективности функ-

ционировання операторов Б ГС за счет использования контура информационной обратной связи, выполненного на устройствах отображения информации растрового типа.

2. Применение контура ИОС для контроля и управления функциональным состоянием оператора с целью его коррекции и саморегуляции, а также контроля выполнения операций по заданному алгоритму в процессе деятельности.

СОДЕРЖАЛ И Е РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель н задачи исследования, перечислены результаты, определяющие научную новизну и практическую полезность работы, приведены структура и краткое содержание работы по главам.

Первая глава содержит аналитический обзор известных методов и средств повышения надежности и эффективности функционирования операторов БТС. Рассмотрены особенности исследования оператора как с точки зрения функционально-системного анализа их деятельности при использовании в качестве источника информации УОИ растрового типа, так и с позиции анализа самих систем. С методологических позиций системного анализа сформулирована необходимость выполнения исследований, базирующихся на регистрации психофизиологических показателей с целью их использования для контроля и управления ФС оператора в процессе его деятельности. Анализ известных исследований показывает, что определенные достижения в этом направлении получены в работах Ю.М. Забродина, Ломова, В.М. Ахутина, В.Г. Захаревича, Е.П. По-печителева, М.К.Фролова и других авторов. Для исследования ФС оператора используются комплексы вегетативных и физиологических показателей организма; описаны взаимосвязи этих показателей с параметрами деятельности. Предложены пути совершенствования технических средств и методов измерения психофизиологических параме-фов для оценки ФС оператора, определены критерии оценки функционального состояния, информационные показатели деятельности оператора и их значимость. В работах показано, что совокупности информативных параметров в большинстве случаев не позволяют установить однозначность между выбранными показателями функционирования организма и его реальным ФС. Кроме того, необходимость получения оперативной информации о ФС оператора ограничивает применение наиболее информативных психофизиологических параметров из-за сложности их регистрации или из-за несоответствия постоянной времени изменения показателей ритму работы, что является неприемлемым условием при оценке ФС оператора. Поэтому выбор оптимальных параметров н мею-дик их регистрации для оценки текущего ФС оператора и условиях реальной операторской деятельности является актуальной задачей.

При использовании в качестве источника информации УОИ растрового тина а

■ БТС необходимо также учитывать факторы, влияющие на деятельность оператора. Это качество изображения УОИ и основные психофизические характеристики оператора при восприятии и переработке информации.

Как следует из проведенного анализа, управление ФС оператора в реальном масштабе времени требует разработки специальных моделей управляемости, что представляет собой сложную и трудоемкую задачу.. Однако использование ПЭВМ и программных средств в комплексе БТС дает возможность преодолевать трудности, проводить анализ ФС оператора по всему комплексу выбранных показателей, и обеспечивать необходимое качество управления, повысить достоверность и качество проводимых экспериментов.

Во второй гладе рассмотрены принципы управления ФС оператора на основе использования контура информационной обратной связи. Обоснованием использования контура НОС в ЕТС с целью повышения надежности и эффективности деятельности оператора является исследование информационных взаимодействий оператора с технической системой и способов их реализации методом саморегуляции ФС оператора. При этом реализуются либо методики активной биологической обратной связи (АБОС), ког-

Г< Объмст

П' {<•!,

I.

î '

i

i )

ш,-----------

Рис.1

да регистрируются только физиологические параметры, либо используется многоканальная информационная обратная связь (МИОС), передающая информацию о техническом состоянии системы, результатах деятельности оператора, его психофизиологическом состоянии н оптимально закодированном виде. Одна из моделей БТС с ксниуром И ОС приведена на рис.1. В ней для описания структуры информационных преобразова ими используется операционно-символьная форма записи.

Зде.'-Ь 0$ - обшл; - сигналы и (мерительных преобразователей; ИМ"'' - информа-

ционная модель объекта; - сигналы управления устройствами отображения информации; 31 - информационная модель ИМув всех сведений, которыми пользуется в своей работе оператор Оп\ 0„ - совокупность суждений об объекте у оператора ; 0>: -совокупность информации о функциональном состоянии оператора; [II- сигналы управления; {Ц}к - сигналы обратной связи о результатах деятельности оператора; { - сигналы обратной связи о функциональном состоянии оператора; {ик) - сигналы предупреждающей положительной обратной связи; {Щии - сигналы обратной связи от исполнительных механизмов; {Ц]р - результирующая сигнала; 5 - знак эквивалентности; О - операция предъявления информации оператору; {и}™' - сигналы работы ЭВМ;

- сигналы управляющих воздействий; <2ММ - алгоритм работы ЭВМ; (У^ - алгоритм моделирования имитационной модели; ИМТт - эталонная модель объекта.

Рассматривается несколько вариантов предъявления оператору информации через канал ИОС. В первом варианте предъявляется предупреждающая информация о начале изменения параметров как ТС, так и ФС оператора (положительная обратная связь (ПОС)). Второй вариант предусматривает информирование оператора об отклонениях параметров от допустимой нормы; в этом случае осуществляется отрицательная обратная связь (ООС). В третьем варианте рассматривается способ поочередной подачи информации разного типа по заданной программе.

Для оценки ФС человека на основании физиологических данных были выбраны следующие показатели: веко двигательная реакция (ВДР), злектрокожное сопрошв. .ение (ЭКС), частота сердечных сокращений (ЧСС), уровень допустимых ошибок деятельности (ЦОД).

Для нормировки значений показателей предложены специальные коэффициенты, на основе которых выводится выражение для расчета коэффициента нервно-психического напряжения оператора, который и определяет соответствие его ФС рабочим функциям.

Значения показателей с учетом нормированных коэффициентов К, рассчитываются в соответствии со следующим выражением:

КСдр + I-

где /т- частота мигания веки в минуту;/}, - нормированные значения частоты мигания веки в минуту, 1Г - текущее время мигания веки, 1И - нормированные знамения времени мигания пеки;

А'экс "«г)]):

где Ян -нормированное значение здсктрскожного сопротивления; Лг -текущее ?качение

. электрокожного сопротивления (RH -R 7) являются абсолютным значением;

Кчсс~1иг^/пн>

где fnT -текущее значение ЧСС\fim -нормированное значение ЧСС;

Лдод = ("з- +я«)/["«{»+я«а)]; где лг - текущее значение ошибки; пи - нормированное значение ошибки; пы - ошибки бездействия оператора.

Количество ошибок допускаемых оператором в процессе деятельности и реакция на предъявляемый стимул является важным параметром определения условий нервна пснхн-ческого напряжения. Бездействие оператора считается также ошибкой; учет этого типа ошибок в Кд0д ведется отдельно.

Учитывая все эти коэффициенты, введен коэффициент, позволяющий оценивать (i условной форме) нервно-психическое напряжение оператора: ■

Х-тн = + КАГ{1) + КЭ1(ср + K,mr(t)\ l[N+p + ^r(t)l ;

. где г ft J - частота отклоне:»ий параметров от допустимых величин в интервале времени; р • величина перепада ЭКС Ri/Rm; N - количество вычисляемых коэффициентов.

Для определения условий регулирования ФС оператора в БТС с использованием контура ИОС были рассмотрены принципиальные возможности осуществления процессов регулирования для заданного объекта с у четом свойств БТС, которые принято называть наблюдаемостью, идентифицируемостью, управляемостью и адаптируемостью. Математические модели выше перечисленных свойств БТС и необходимых условий для регулирования ФС оператора показаны как элементы автоматического регулирования и управления. Например, свойство устойчивости выглядит следующим образом: Лг

V(x)-D+ £ &j S f<*%<*'> для систем с К нелинейными элементами с нели-

У=10

ценностями /^(а,), где Dквадратичная форма вектора состояния, в - число , а -

одна из составляющих вектора состояния.

Третья глава посвящена разработке моделей работоспособности БТС. Обычно БТС включает в себя аппаратно-программные средства и человека, который выполняет функции оператора. Рассмотрены модели информационной, операционной. биологической работоспособности БТС, предложены показатели общей надежности и концепции учета работоспособности оператора. Так как в работе не рассматривается модель аппаратурной работоспособности, вероятность работы аппаратных средств принимается равной единице.

При создании условий для оценки информационной работоспособности (ПРО

должны быть учтены требования функционирования технических средств по оговоренной в нормативно-технической документации совокупности решаемых задач и параметров информационных массивов. Среди причин возникновения информационных отказов выделены только те, которые возникают за счет действий оператора. При изучении ИРС предусматривается выполнение оператором некоторой стандартной программы работы. Надежность этой программы прогнозируется на основе данных полученных при машинном тестировании. Интенсивность потока информационных отказов оператора определяется как: Х„ =к„ (/V - |), где Я„ - интенсивность информационных отказов для интервала функционирования программного обеспечения г, от момента обнаружения 1-й ошибки до момента проявления (/+1) - ошибки; ки- коэффициент пропорциональности; N - общее количество ошибок имеющихся в программном обеспечении, определяется независимым "тестированием; (' - количество выявленных ошибок, т.е. возникающих информационных отказов.

При обнаружении новых ошибок в процессе тестирования, которые поддаются корректировке, интенсивность исправления ошибок определялось как: сйи/сЛ = Л(<),

где Л(1) - интенсивность исправления ошибок.

Вероятность отсутствия информационных отказов за время Ь использования программного обеспечения: "

/ = = е-я»'<, где «1=1/ [Г^ЛГ - п)].

Вероятность отсутствия ошибок из-за действия оператора определялась как: ' Дт=1-(1-Ам)кио,

где Аи - вероятность безотказного и своевременного выполнения алгоритмов оператором; - коэффициент (вероятность) повреждения информации^лри возникновении ошибки действиями оператора, а процесс восстановление информационных отказов по формуле:

где /3 „ - интенсивность устранения информационных отказов; - общее количество ошибок оператора; пи - количество исправленных ошибок по информации, полученной по каналам ИОС; /V,- - общее число выполненных операций; 1, - среднее время выполнения операций (-то вида.

Таким образом, вероятность сохранения ИРС:

/ = 1[\-(\-АиКио)}+{[1 -/(1 -А)Кио]\Уи-

Операционная работоспособность (ОРС) состоит в своевременном и безошибочном выполнении биологически работоспособным оператором требуемых операций по заданному алгоритму. Расчет ОР производится как:

где t0 t0 - tmi„ - начало действий оператором обычно принимается равным: t0 = та -0,7 4, где та - математическое ожидание; 8а - среднеквадратичное отклонение времени безошибочного выполнения алгоритма. AJi) = 1, при работе оператора по заданному

Однако, на практике достаточно часто могут возникнуть нестандартные ситуации при которых оператору приходится действовать по своему усмотрению. Тогда оператор сам должен выбрать алгоритм действия и при этом возможны ошибки выбора алгоритма, при ограничении времени действия или возникновении информационных сбоев. В таком случае полная вероятность своевременного и безошибочного действия будет зависеть и от вероятности правильности выбора: A(t) = Аа (t) Рпв где Рт - вероятность правильного выбора алгоритма; Рв - зависит от количества вариантов выбора Рв - lfn. При решении однотипных задач Аа(1) можно вычислить по формуле: А^ (?) = (Nj - «,) / Ni, интенсивность ошибок; Д, = tij I (iV,7J), при использовании ИОС

: [)а = (и, - ily) / (NjTi) где л, - количество допущенных ошибок при выполнении N, операций; Т/ - среднее время выполненных операций /'-ого вида.

При выполнении различных типов операций и алгоритма вероятность безошибочного и своевременного выполнения операций, т.е. ОРС, определяется по формуле:

где А,- число выполненных операций /-ого вида; г- число различных типов операций

Качественно повысить иероятность своевременного и безошибочного выполнения сложных и различных типов операций позволяет использование ИОС в БТС. Однако, при этом существуют ряд условий, которые необходимо учитывать. Одним из таких условий является лимитирование времени на выполнение операций, который связан напрямую с показателем своевременности выполнения операций, то есть г < где т - допустимая "быстротечность" процесса, при которой возможно осуществить управление;

алгоритму и операционные сбои отсутствуют.

(1=1.2.....г).

/,.,- лимитированное время на выполнение операций t=tT+tf < I,, гл- не-

обходимое для осуществления изменения функционирования RTC 5 ссоткповии с управляющим воздействием; tp- время реакции оператор;,-; Z„„- pper.« |'-обходн'.?ете ал я исправления ошибки или обработки информации при соответстьуюшем воздействие сигнала HOC (ООС или ПОС); I- оперативное время изменен«? гараадетрор RTC. Если t ¿tf Нм, то управление процессом невозможно.

Вероятность своевременного выполнения операций; А„ ~ A (? <i„)~ j j (Y У т.

о

Управляемость БТС оператором с учетом ОРС можно записать в следуюиегм аиле:

í f Л 'Ог + 'п

Модель отсутствия ошибок операторов из-за операционных или 6ломтt ичеонн ошибок можно записать: A(l) = Ají) Pm C0(t); C„(t) - вероятность окуспнга c'w* оператора. При ситуационном управлении: U(l') — U, C„(t.I. Появление г;>: г'кнюнных сбоев и отказов существенно зависит и от ФС оператора и может увеличиваться при его утомлении или плохом самочувствии.

Биологическая работоспособность (БРС) связана с ФС операторч и определяи"! утомлением организма, условиями работы и большими психическими яягрумзмн. KFC определяется как : В = (N¡ — n¡) / N¡ + кфс / к„ фс~\, где kf, - коэффициент изменен»" функционального состояния оператора; к„фС - нормированные значения коэффициента изменения ФС. Интенсивность изменения ФС:./ = кфс /кн (p¡T.

При выполнении сложных операций и алгоритмов, вероятность биологической -íl^rf

рсГч>госпособпости: B(t) ~ е , а вероятность отсутствия дополнительных опера-

-Alii

«ионных отказов из-за биологических сбоев и у томления оператора; Д, - в

При общем показателе работоспособности рассмотрены показатели аппаратурной, информационной, операционной и биочогической безотказности как при использо в/шии ПОС так и без нее.

Показатель нормального функционирования организма л выполнение всех пес.Г)-. уодимых операции но заданному алгоритму опрсдслю-со? как: Ц/с (¡~JAB\ показа re 41. по-нкно восстановления ФС оператора и его действия под воздействием ПОС -Wя„■- ./ I В I ' : ко-эффиниспт гпияння оператор« на понежь- <ть p;iûoi ы ¡V! С -

Обеспечение работоспособности БТС

Работоспособность тех. средств Работоспособность оператора

Аппаратная Информационная Операционная Биологическая

Неработоспособное состояние аппаратуры

Невозможность функционирования БТС

Неработоспособное состояние оператора

Ко = V,-1 Уст ■

Модель обеспечения работоспособности БТС иокязана на рис.2 в виде структуры взаимосвязи рассмотренных моделей работоспособности.

В этой же главе приведены методики расчета »ффективности деятельности оператора о БТС. Основная идея рассматриваем«* методик заключается п том, что управление ФС оператора осуществляется с учетом качественного функционирования технических средств, Введение такой оценки удобно, так как она позволяет оценивать качество выполняемых оператором операций и сравнивать индивидуальные показатели выполнения одной и той же операции разными операторами. Это позволяет изыскивать пути к методике определения профессиональной подготовленности операторов и производить их отбор.

Количественно деятельность оператора можно оценить показателем эффективности функционирования оператора в заданном интервале времени с учетом степени приспособленности к правильному приему поступающей информации оператором при определенных условиях эксплуатации: ; где £/ - количество посту-

пающей информации в единицу времени; Р,. вероятность поступления информации на УОИ; ЛуО^-вероятность правильного считывания информации за время I; Е(()-условный показатель эффективности функционирования ( УПЭФ ). Считается, что Р,- =соп8(= 1 тогда:£,<,(/) =

Если считать, что оператор в интервале времени от 0 до I в случайный момент времени Тп действовал ошибочно (пропустил информацию или затратил время на действие больше нормы), то УПЭФ определяется соотношением: Ет(тп,{) = 1][Рт1 + (Рщ - Р(п)тп\\ где Рш-вероятность правильного считывания / информации в случае ошибки оператора п в момент Тп. Расчетное выражение для оценки показателя эффективности функционирования оператора с учетом количества элементов информации и возможных кодовых комбинаций можно оценить значение показателя эффективности функционирования оператора в течении времени . I I К .V

Ес(0,1) = £ 2 где К - число возможных кодовых комбинаций; N -

/=1 ЛГ= I

количество элементов в предъявляемой информации; ¿^-составляющая показателя эффективности оператора при /'-ой кодовой комбинации в интервале времени от 0 до I. Относительный показатель эффективности в интервале времени от 0 до г можно определить

Как: KE(0,t) - Ec(Q,t) / Ut ; с монет времени i : KK{0,l) - £..(() / V

ilpii известной интенсивности предъявления информации эффективное ru деяте.п1 носги оператора можно вычислить по формуле: fl — lHNT); N - количество предъявляемой информации в течении времени Т; ¡Jn =(Л' — пп) I(NT)\ рк -интенсивность ошибок возникших адг.йдствие пропуска информации оператором. Рк ~ (N - fy) I (Ni*) , тдг р^ - интенсивность ошибок вследствие запаздывания опера-юра (несвоевременное выполнение действий).

Диалогично можно рассчитать интенсивность ошибок при использовании IЮС (управляющее воздействие на оператора) :

P„yHN-n„y)INT и flky =(N - »/¿у) I NT,

тогда эффективность деятельности определяется без использования НОС как: £'-{/>'„ + fik) IР\ с воздействием ИОС как: Еу = (finy +/iAy)/p.

После преобразований формул получим:

£ = 2N - Й„ - пк. Еу -2N - Ли, - пку.

Относительный показатель эффективности:

Kh: = E/U-, KEy=EyÎU.

Третий способ расчета эффективности деятельности - графический. Такой способ расчета является более наглядным. В этом случае видны все действия оператора, динамика изменения его деятельности, при однотипном решении задачи и при ее усложнении.

стрирует эффективность работы оператора с учетом параметров его действий.

Площадь нормированного значения определяется по формуле: Si = Trr'i

Площадь действительного значения эффективности деятельности оператора определяется площадью многоугольника: Sj = Ц dxdy. Относительное значение эффективности деятельности определяется по формуле: КЕ — S2I St

В четвертой главе рассматривается значимость регистрируемых параметров, анализ существующих методов и обоснование выбранных способов регистрации, преимущества их перед другими методами регистрации. Обоснованы формы представления графического образа ФС оператора и его ошибочных действий, а также обоснован принцип формирования тестового изображения для загрузки внимания оператора и ме-" тод его реализации.

Приведены способы реализации ИОС с использованием аппаратно-программных Средств. В качестве аппаратных средств при проведении эксперимента использовались ПЭВМ типа БК-0010, Львов, ДВК и IBM. Для них разработаны программные средства, которые решают поставленные задачи. Программы написаны иа языках: Бейсик, Паскаль и СИ++. С помощью перечисленных программных средств разработана программа, позволяющая реализовывать тест типа "корректурная проба" с параллельной регистрацией исследуемых параметров оператора. Программа позволяет регистрировать минимальное время предъявления и среднее время восприятия информации оператором в за висимости от количества элементов в тестовом изображении путем сравнения с эталонной, а также время восприятия информации и время реакции оператора на предъявляемое тестовое изображение, регистрируются ошибки допущенные оператором, количество предъявляемых фрагментов, общее время затрачиваемые на заданное количество фрагментов и общее время затраченное на проведение эксперимента. В зависимости от специфичности отображаемой информации на УОИ разработаны, лва варианта тестов корректурной пробы, КОРТЕСТ-1 и КОРТЕСТ-2 и их разновидности. Кроме того разработаны программы для определения готовности оператора к экстренному действию ГЭД-1 и для регистрации уровня бдительности оператора ГЭД-2. В работе привечен алгоритм реализации эксперимента и листинги программ.

В ходе проведения эксперимента определены оптимальные условия работы оператора с использованием программных средств корректурного типа. При этом, регистрировались светотехнические характеристики УОИ и условий труда с использованием-ИОС и без нее.

Приведены результаты проведенных экспериментов, расчетные значения показателей нервно-психического напряжения, надежности и эффективности деятельности one-

ротора с учетом контура ИОС и без нее, а также результаты влияния светотехнических характеристик и условии труда на работоспособность оператора, показывающие что наличие ПОС стабилизирует ФС оператора в начальный период работы. С увеличением частоты предъявления информации по ПОС, возрастает утомляемость оператора. ООС стабилизирует ФС оператора достаточно длительное время, а совместное использование ПОС и ООС дает возможность оптимального управления состоянием оператора. Полученные результирующие данные основных показателей деятельности оператора предъявлены на рис. 4. Обозначения на графиках: POS, OOS, WOPO, P0S_00 - ПОС, ООС, без ОС, ГЮС+ООС соответственно; петт_8, петг_62, петт_27 - число ошибок при яркостях 8.2, 62 и 27 Кд/м2, a nerr_os8, neri_os62, nerr_os27 - число ошибок при яркостях 8.2, 62 и 27 Кд/м! при использовании ИОС.

ЧТ«^ 11 10

ПЯ7

петт <w2^j

— / /

' /

/

>'

А' / У

/,>У /у-

Г

.......

1.0.93 POS(x) ' OOS(x) WOpOS(x) o.u ГОЗ_<ХВД '

u0.73

s] -ч, р.

Л V ч

\

\

\

0 I<3 го 10 4í> 50 W 70 10 9O100

JQ, X ■ . Л

¿¿i:

z:

POS (x)

-*-

OOS (x) ' i

WOPOS (x) ,

-

POS OOS (x) '

V

Jí SI ^

/

/ /

: /

(J /1

/ ■/

'i'"

1-1

0 Kl W 3(1 40 .*ü W ?0 SO k) 100

J0j X ¿30.,

1JM

UZO

Г05(х) 12ÍG

* 1240

1200

WOPOS(J)

llbü

POS OOSÍ* 1120

1080

1040

/

(

'7

p

ч / K / 1

/ /

¡ ¡ í'

0 12 3 J.

? 10 A

Рис. 4

а - зависимость количества ошибок п„ш оператора от количества элементов N в фрагменте изображения и от яркости УОИ; б - зависимость работоспособности оператора V от длительности работы оператора I; в - зависимость коэффициента нервно-

психического напряжения КШш от длительности работы оператора 1; г - зависимость времени считывания информации ^ от количества элементов N в фрагменте.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы заключающиеся в следующем: ' _

1.Разработан и исследован метод повышения надежности и эффективности деятельности оператора БТС, за счет контроля и управления ФС и правильности выполнения алгоритмов деятельности оператором.

2.Рассмотрены информационная, операционная, биологическая и общая модели работоспособности влияющие на деятельность и ФС оператора, возможности нормализации работоспособности БТС и методы расчета надежности оператора с учетом информации поступающие по каналам НОС.

3.Разработаны математические модели наблюдаемости, идентификации, управляемости и устойчивости оператора с учетом психофизиологических параметров.

4.Решена задача по управлению уровнем ФС оператора непосредственно во время выполнения алгоритма деятельности с использованием ИОС, путем регистрации психофизиологических параметров. Разработанные аппаратно-программные средства и алгоритм позволяют поддерживать ФС оператора на необходимом уровне обеспечения надежной и эффективной работы БТС.

5.Приведены методы расчета эффективности деятельности оператора с учетом управляющих действий сигналов ИОС и метод расчета эффективности деятельности оператора графическим способом, который позволяет исследовать деятельность оператора и динамику изменения действий.

6.Приведены формулы расчета коэффициентов нормализации регистрируемых психофизиологических параметров и коэффициента нервно-психического напряжения. Проведены эксперименты по исследованию влияния ИОС ка степень нервно-психического напряжения оператора.

7.Разработаны программные средства с использованием ИОС для тестирования операторов, позволяющие оценивать ФС, исследовать влияние светотехническ УОИ растрового типа и внешних условий на деятельность оператора.

Основные результяп.1 диссертации опубликованы в следующих оаботах:

1. Ахлаков М.К., Лысенко Н.В. Автоматизированное рабочее место студента с информационной обратной связью.//ВДНХ СССР N 11, 1986

2. Лысенко Н.В., Касаткин Е.А., Ахлаков М.К. Учебный комплекс на основе тел ев ими-онко-вычислителышх технических средств обучения. (/Тезисы докл. Нсесоюч. конф. ТВ в высшей школе МГ''. Москва, 1987 г., с.46-48.

3. Лысенко Н.В., Ахлаков М.К., Касаткин Е.А. Телевизионная система отображения данных экспресс оценки функционального состояния оператора //Изв. ЛЭТИ: Сб. на-уч.тр.Л.-1988. вып.390. с. 45-47

4. Касаткин Е.А., Лысенко Н.В., Ахлаков М.К. Многоканальное устройство оценки функционального состояния оператора //Изв. ЛЭТИ: Сб. науч. тр. Л.-1989.вып. 413.C.13-16

5. Ахлаков М.К., Касаткин Е.А., Лысенко Н.В. и др. Оценка разрешающей способности телевизионного анализатора направленности взгляда оператора.//Изв ЛЭТИ: Сб. науч. тр. Л.- 1990.-вып. 429. с.76-78 ■

6. Ахлаков М.К., Алешина A.B., Попечителева Е.П. Аппаратно-программные средства определения готовности к экстренному действию человека в условиях монотонно дей' * ствующих факторов //Российская научно-техническая конференция "Системный анализ и принятие решений автоматизированного обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники". Тезисы докладов: Махачкала,-199!.-с.76

7. Ахлаков М.К. Контроль функционального состояния оператора при работе с индикаторами телевизионного типа.( там же) с.79

8. Ахлаков М.К., Лысенко Н.В., Марков В.И. Устройство ввода изображений. И Сб. науч. тр. Фрунзе 1991. -

9. Ахлаков М.К., Лысенко Н.В., Попечителей Е.П. Пути повышения эффективности работы оператора с телевизионными дисплеями. // Материалы Всеросс, науч.-техн. конф., 18-20 мая 1994 г., г. Владимир, с. 183-186.

10. Артамонова В.Г., Гаджнев A.C., Ахлаков М.К. Медико-гигиенические проблемы адаптации и компенсации в современной структуре профессиональных заболеваний. // Сб. науч. тр. СПб 1994 с. 22-24

11. Ахлаков М.К., Лысенко Н.В. Информационная обратная связь при работе обучающихся с персональными компьютерами. //Международная конференция "Современные технологии обучения". Тезисы докладов: СПб -1995 - сД09-110.

12. Ахлаков М.К. Алиев Э.А., Магомедов Д.А. Комплекс адекватной электромагнитоте-рапии //Изв. ГЭТУ: Сб. науч. тр. СПб - 1996 вып. 491

Подписано к печати 2<».04.96. Формат 60 84 1/16 Офсетная печать. Печ.л. 1.0 уч.-изд.л. 1.0 Тираж 100 экз. 3 а к.86

Ротапринт МГП "Полнком" 197376, Санкт-Петербург, ул. Прем}). Попова, 5