автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка и исследование методов и средств оценки качества биотехнической системы на основе психофизического шкалирования на примере тракторов

г: з ОД

^ НОЙ 1998&Фский государственный технический университет

На правах рукописи

Камозин Леонид Михайлович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ПСИХОФИЗИЧЕСКОГО ШКАЛИРОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ТРАКТОРОВ

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических

и медицинских системах

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск - 1995

_I

- г -

Работа выполнена в Курском государственном техническом университете

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Плотников В.В. доктор технических наук, профессор Кореневский H.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Уразбахтин И.Г. кандидат технических наук, Корнев A.B.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский

Курского государственного технического университета по адресу: 305039, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

институт охраны труда МСХ и П РФ

Защита диссертации состоится " " 1995 г.

в 7У часов на заседании специализированного совета К 064.50.03

Автореферат разослан " ^"

1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 064.50.03

Артеменко М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I

Актуальность проблемы. При оценке качества таких сложных биотехнических комплексов как системы типа водитель - транспортное средство необходимо учитывать сотни свойств, которые наполняют конкретным содержанием понятие "качество" и определяют объективные особенности этих систем, проявляющиеся при их создании и эксплуатации. Каждое из этих свойств может изменяться в том или ином диапазоне от наихудших до наилучших значений, вносит свой вес в интегральное качество изделия, определяет возможности и направления его совершенствования, находится в сложной взаимосвязи с другими свойствами.

Важное место среди всей совокупности свойств занимает группа эргономических свойств, в значительной мере определяющих эффективность трудовой деятельности, надежность и экономичность функционирования этих систем, престижность труда и т.д. В настоящее время остро стоят проблемы определения рациональных и эффективных путей эргономического совершенствования мобильной техники (например, тракторов), повышения ее конкурентоспособности на мировом рынке, сертификации, контроля и управления качеством на стадиях разработки, испытания и эксплуатации, защиты потребителя.

При решении этой сложной и многоплановой задачи возникает ряд проблем, связанных с тем, что:

1. Долгие годы эргономическая оценка базировалась на принципе альтернативного решения: соответствует или не соответствует тот или иной эргономический показатель нормативным требованиям, т.е. использовалась, по существу, качественная оценка.

2. Попытки применения количественных методов для оценки эрго-комичности технических изделий сдерживались как монополизацией производства, так и сложностью объектов оценки, какими являются, например, системы водитель - мобильная единица (трактор);

3. Разрабатываемые методики количественной эргономической оценки мобильной техники и других сложных изделий учитывали ограниченное число эргономических показателей (чаще не более 10), реа-лизовывали дискретный принцип их оценки с помощью простых балльных шкал, допускали равновесомость показателей и имели в результате малую практическую ценность. Базировались они на экспертном методе оценки, который имеет ряд существенных недостатков: сложность ор-

ганизации и проведения экспертного опроса, трудоемкость обработки его результатов, низкая их воспроизводимость, отсутствие достаточно обоснованной научной базы при определении весовых коэффициентов и т.д.

Перечисленные трудности делают актуальной проблему разработки новых методов и средств количественной эргономической оценки показателей качества, позволяющих эффективно и оперативно осуществлять управляющие воздействия по эргономическому совершенствованию сложных биотехнических систем.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и средств, повышающих эффективность управления качеством биотехнических систем типа "водитель - транспортная единица (трактор)" на основе психофизического шкалирования.

Для реализации поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- проведены исследования и обоснована применимость законов психофизического шкалирования для ряда основных факторов, определяющих взаимоотношение человека с мобильной транспортной единицей по эргономическим показателям;

- разработана структура эргономических свойств тракторов и определены ее параметры;

- построены психофизические шкалы для оценки ряда факторов производственной среды;

- разработаны критерии дифференциальной и комплексной эргономической оценки уровня качества мобильных транспортных единиц на примере тракторов.

Методы исследования. В работе используются методы прямого психофизического шкалирования, экспертной оценки, прикладной статистики и ситуационного управления.

Научная новизна. 1'. В диссертационной работе обоснована применимость психофизических зависимостей к факторам производственной среды операторов мобильных средств и получена математическая модель, отражающая зависимость между интенсивностью внешних сенсорных сигналов и субъективным откликом на них по ряду факторов.

2. Обоснована возможность экспериментального определения весовых коэффициентов факторов производственной среды на основе психофизического шкалирования.

3. Разработана иерархическая структурная схема эргономических свойств и определены основные ее параметры.

4. Разработан критерий дифференциальной и комплексной оценки эргономичности тракторов.

Практическая ценность. 1. Разработанные методы и средства позволяют определить рациональные и эффективные пути эргономического совершенствования тракторов и их конструктивных элементов, которые могут быть использованы для целей аттестации и сертификации тракторов.

2. Предложена автоматизированная методика комплексной эргономической оценки качества тракторов, позволяющая осуществлять оценку и контроль качества этих сложных биотехнических систем на различных этапах их жизненного цикла.

Реализация. Разработанная методика и технические средства комплексной эргономической оценки качества тракторов использованы во ВНИИ охраны труда г. Орла для оценки мобильной техники по эргономическим показателям и разработки трудоохранных мероприятий, на Харьковском тракторном заводе для оценки единичных, групповых и комплексного эргономических показателей тракторов марки Т-150 и Т-151.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических совещаниях, проведенных на Центральной машиноиспытательной станции (МИС), (г. Солнечногорск, 1990), Западной МИС (г. Минск, 1990), Центрально-Черноземной МИС (г. Курск, 1990), в Кубанском НИИ по испытанию тракторов и сельхозмашин (г. Армавир, 1990), научно-техническом совете секции по механизации и электрификации отраслей АПК Госкомиссии СМ СССР по продовольствию и закупкам (г. Москва, 1991), Ученом совете ВНИИ охраны труда АПК (г. Орел, 1989, 1990), IX симпозиуме по эргономике (г. Воронеж, 1991), конференции в Курском государственном техническом университете (г. Курск, 1994).

Публикации. Самостоятельно или в соавторстве по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 204 наименования. Основная часть работы изложена на страницах машинописного текста, содержит приложения, 16 таблиц, 23 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, определяются цели и задачи исследования, кратко излагается содержание глав диссертации.

В первой главе, посвященной аналитическому обзору литературы, анализируются существующие в различных областях знаний принципы и методы количественной оценки объектов и обосновывается выбор ква-лиметрического подхода для оценки качества изделий, в том числе исследуемых биотехнических систем "человек-мобильная единица (трактор)". Кратко характеризуются имеющиеся в настоящее время квалиметрические методы измерения и оценки качества изделий и указываются возможные сферы их применения.

Дается анализ экспертных методов определения весовых коэффициентов показателей качества изделий, вида функциональной зависимости между значениями свойства и его оценкой, решения вопросов свертки отдельных показателей, имеющих разную размерность, в комплексный показатель, а также степени согласованности оценок различных экспертов. Рассматриваются основные недостатки экспертных методов, которые снижают эффективность их применения. Выделяются и анализируются такие из них, как низкая воспроизводимость результатов, трудоемкость обработки результатов экспертного опроса, ограниченность объема информации, перерабатываемой экспертом, что является одной из трудноразрешимых проблем квалиметрии и существенно ограничивает возможности экспертных методов при количественной оценке сложных технических объектов.

В разделе, посвященном анализу проблем психофизического шкалирования, отмечается, что именно методы прямого (субъективного) шкалирования позволяют повысить точность и надежность количественной оценки качества изделий, снизить временные и трудовые затраты на ее проведение. Однако установленные в рамках психофизики функ-

циональные зависимости между метрикой сенсорных ощущений и метрикой внешних физических сигналов, их вызывающих, имеют низкую практическую значимость. Обосновываются применимость прямого психофизического шкалирования для количественной оценки эргономических показателей биотехнической системы типа "водитель-мобильная единица (трактор)" и выбор наиболее целесообразного метода шкалирования - метода оценки величины. Формулируются основные направления исследования.

Вторая глава посвящена разработке методов и средств психофизического шкалирования для оценки параметров биотехнической системы "человек-мобильная единица (трактор)".

В п. 2.1. обосновано определение перечня основных производственных факторов, характеризующих эргономичность биотехнической системы "человек-мобильная единица (трактор)" и требующих в первую очередь управляющих воздействий по их совершенствованию. Анализ литературы и опрос специалистов показали, что к их числу следует отнести такие производственные факторы как уровень шума в кабине, параметры микроклимата в кабине и прежде всего - температура, уровень физической нагрузки на различных органах управления (рулевое колесо, рычаги, педали), антропометрические параметры сиденья оператора, уровни общей и локальной вибрации, уровень нервно-психической нагрузки.

В п.п. 2.2 - 2.6 рассматриваются методики прямого психофизического шкалирования выделенных эргономических показателей (всего 16) исследуемой биотехнической системы и аппаратурные средства для их реализации. Во всех методиках использовался метод оценки величины, согласно которому испытуемый численно оценивал интенсивность ощущений, вызванных действием внешних сенсорных раздражителей (стимулов) той или иной модальности, с помощью эталонного ощущения, которому приписывалось число 10. В эксперименте по психофизическому шкалированию шума использовался фиксированный эталон (шум интенсивностью 65 дБ), в других процедурах эталонные ощущения определялись самим испытуемым исходя из оптимальных (комфортных) значений стимулов.

Экспериментальные исследования по психофизическому шкалированию интенсивности шума проводились в звукоизолированной камере,

где были установлены кресло, микрофон и две акустические колонки, куда через усилитель подавался сплошной среднечастотный шум, генерируемый аудиометром в диапазоне 65 - 90 дБ с шагом 5 дБ (рис.1). Испытуемый располагался в кресле, получал инструкцию, а затем ему предъявлялся шум, имеющий эталонную громкость, для запоминания. После этого предъявлялся в случайном порядке стимульный ряд и проводилась численная оценка громкости шума. Спектральная плотность шума контролировалась с помощью анализатора частот, в который сигналы поступали из камеры через микрофон по звуковому тракту.

Исследования по психофизическому шкалированию температуры проводились в теплоизолированной камере. С помощью кондиционера обеспечивалось изменение температуры воздуха от 22 °С до 43 °С, значения которой контролировались дистанционно. Интервал между соседними точками стимульного ряда составил 4 °С. В качестве эталона использовались индивидуальные ощущения теплового комфорта, с которым сравнивались все последующие теплоощущения.

Наряду с методом оценки величины для измерения теплоощущений применялся метод, основанный на использовании специальной линейки, имеющей две шкалы и ползунок со стрелками. Одна из шкал, обращенная к испытуемому, имеет две отметки, соответствующие комфорту и теплоощущению "невыносимо жарко"; другая имеет деления от 10 до 100 и обращена к экспериментатору. Этот метод предназначен для исключения из процедуры оценивания каких-либо чисел.

Психофизическое шкалирование уровня физической нагрузки на рулевом колесе проводилось на стенде, рулевая колонка которого имела устройство, позволяющее изменять силу сопротивления вращению колеса от 4 до 25 Н. Шаг между соседними точками стимульного ряда - 5 Н.

Уровень физической нагрузки на ручных и ножных органах управления задавался на специально разработанном стенде, который позволял с помощью регулировочных устройств плавно или дискретно изменять силу сопротивления перемещения рычагов или педалей в том или ином диапазоне. Рычаги и педали классифицировались в зависимости от способа перемещения, направления движения и частоты использования. Всего было прошкалировано 8 различных рычагов и три педали. Для каждого органа управления воспринимаемые усилия различных нагрузок численно оценивались по сравнению с эталоном.

Психофизическое шкалирование антропометрических показателей

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ПСИХОФИЗИЧЕСКОМУ ШКАЛИРОВАНИЮ ИНТЕНСИВНОСТИ ШУМА

РИС. 1

проводилось на примере изменения угла наклона спин сиденья оператора в условиях имитации управления мобильным средством на стенде-тренажере. Конструкция кресла позволяла плавно изменять угол наклона спинки в диапазоне 10 - 30 ° от вертикали. Стимульный ряд состоял из 5 значений угла наклона: 10, 15, 20, 25 и 30 ° от вертикали. Каждый испытуемый индивидуально подбирал наиболее удобное для него положение спинки, которое в дальнейшем служило мерой измерения степени удобства.

Уровень нервно-психической нагрузки операционального типа задавался с помощью аппарата Пиорковского, который позволяет устанавливать шесть темпов предъявления световых сигналов (60, 75, 93, 107, 125 и 150 всп./мин), подаваемых в течение определенного временного интервала (1 мин). При появлении светового сигнала испытуемый должен был нажать соответствующую кнопку. Число правильных реакций фиксировалось счетчиком. Испытуемые численно оценивали ощущаемую напряженность нервно-психической нагрузки по сравнению с ощущениями оптимального режима работы на аппарате.

В общей сложности в экспериментальных исследованиях приняло участие около 320 испытуемых. Первичные данные усреднялись по каждому испытуемому и в целом по группам. В качестве средних брались медианные значения, по которым для каждого эргономического показателя предварительно строились индивидуальные и групповые шкалы, уточняемые затем аналитически методом наименьших квадратов. Для обработки материалов исследования использовались регрессионный и корреляционный анализ, адекватность модели проверялась по критерию Фишера.

В п. 2.7. рассматривается процедура разработки методики комплексной и дифференциальной эргономической оценки качества биотехнической системы на примере тракторов, которая предполагает реализацию следующих этапов:

- построение многоуровневой структуры эргономических свойств тракторов;

- создание банка данных об эталонных, предельно допустимых и браковочных значениях эргономических показателей;

- определение методов и технических средств измерения единичных эргономических показателей;

л.

- получение весовых коэффициентов эргономических показателей по всей их структуре;

'- решение проблемы свертки показателей: проведение группового и уровневого нормирования весовых коэффициентов, получение относительных значений каждого единичного эргономического показателя;

- разработка системы номограмм для получения балльных оценок единичных эргономических показателей по результатам измерений.

Кратко описывается методическое содержание каждого из этих этапов.

В третьей главе анализируются численные оценки ощущений, полученных по результатам психофизического шкалирования моделируемых производственных факторов исследуемой системы, рассматриваются модели психофизических шкал, дается оценка эффективности их применения.

В п.п. 3.1 - 3.5 излагаются материалы экспериментального исследования по моделированию комплекса психофизических шкал, устанавливающих функциональную зависимость между интенсивностью действующих факторов и величинами вызванных ими ощущений.

При анализе полученных результатов прямой численной оденки громкости шума интенсивностью 65, 70, 75, 80, 85 и 90 дБ по сравнению с эталонной громкостью, оцененной числом 10 (модуль) выявлен значительный интериндивидуальный эффект, выражающийся в вариабельности субъективных оценок звуковых стимулов одинаковой интенсивности. Индивидуальные различия в оценке величины своих ощущений наблюдаются неодинаково на всем п . - нии стимульного ряда - более отчетливо они проявляются при ... ^нке громкости шума интенсивностью 90 дБ.

Графическая интерпретация полученных данных в двойных логарифмических координатах (абсцисса - интенсивность шума, ордината -интенсивность ощущений) показала, что функциональная зависимость между исследуемыми величинами достаточно хорошо аппроксимируется степенной функцией. Индивидуальные показатели степени (тангенс угла наклона прямой) варьировали в диапазоне 0,18 - 0,45. Результаты уточнялись аналитически (метод наименьших квадратов) на ЭВМ. Проведенный однофакторный регрессионный анализ позволил получить урав-

нение регрессии, устанавливающее закономерные соотношения между интенсивностью шума и субъективными оценками, которое имеет вид у - 3,285 х0'294, т.е. среднее значение показателя степени равно 0,29. На рис. 2 в логарифмических координатах представлены индивидуальные психофизические шкалы громкости испытуемых NN 4 и 22, 11 и 17, а также полученные уравнения регрессии.

По степени пологости-крутизны индивидуальных психофизических шкал громкости испытуемые разбиты на две группы: с более пологими шкалами (п - 0,18 - 0,29) и более крутыми (п = 0,30 - 0,45). Это предполагает возможность учета индивидуальных особенностей восприятия фактора при его количественной оценке.

Сравнение абсолютных значений субъективных оценок стимульного ряда температуры (23, 27, 31, 35, 39 и 43 °С), полученных двумя различными методами, показало, что для метода оценки величины (эталон - ощущение теплового комфорта) характерны более высокие величины оценок, чем для метода с использованием линейки. Вместе с тем, получено высокое и значимое соответствие субъективных оценок этих методов - коэффициент корреляции равен 0,797 (р < 0,001). Значимыми оказались также коэффициенты корреляции для каждой точки стимульного ряда. Исключение каких-либо чисел из процедуры шкалирования температуры методом с использованием линейки подтверждает существующую гипотезу о том, что причиной возникновения эффекта индивидуальных различий в задачах психофизического шкалирования являются все же индивидуальные особенности нервной системы человека, способов приема и переработки ею внешних сенсорных сигналов, чем индивидуальные различия в способе использования чисел.

Регрессионный анализ полученных эмпирических зависимостей и теоретических рядов полинома Чебышева, степенной и логарифмической функций позволяет сказать, что значения температуры и теплоошуще-ний достаточно хорошо аппроксимируются степенной функцией. Полученные аналитически индивидуальные показатели степени изменялись в пределах 1,96 - 3,67 для метода оценки величины и 1,38 - 3,78 для метода с использованием линейки. Математическая модель субъективной шкалы теплоошущений, полученная по усредненным данным (медиана), имеет вид = 8,93-10_4-Х12'8 для метода оценки величины и Уа' = 2,06'10~3-Х12*7 для метода с использованием линейки. По степени пологости-крутизны полученных шкал теплоощущений испытуемые также были разбиты на две группы.

ПСИХОФИЗИЧЕСКИЕ ШКАЛЫ ГРОМКОСТИ

БАЛЛ

100

65 го 75 80 SS SO X, дБ

Рис. g

Экспериментальные исследования по психофизическому шкалированию уровня физической нагрузки на органах управления выявили те же тенденции, что и при шкалировании двух предыдущих модальностей. Регрессионный анализ показал, что зависимость между силой сопротивления перемещению рулевого колеса и ощущаемыми усилиями для всей группы испытуемых имеет вид у г - 0,62-Х21,28. Индивидуальные показатели степени варьируют в диапазоне 0,66 - 1,83.

Степенная зависимость сохраняется также между объективными параметрами (сила сопротивления перемещению ручных и ножных органов управления) и субъективными откликами на них при шкалировании различных рычагов и педалей. Средние значения показателей степени психофизических зависимостей для уровня физической нагрузки на различных рычагах колебались в пределах 0,80-1,45, а для уровня физической нагрузки на педалях подачи топлива, муфты сцепления и тормоза соответственно 1,73; 1,95 и 2,03. Необходимо отметить, что распределение индивидуальных показателей степени по их величине оказалось достаточно устойчивой характеристикой для всей группы испытуемых, .участвующих в серии экспериментов по психофизическому шкалированию уровня физической нагрузки на органах управления.

В процессе исследований получены оптимальные значения усилий на ручных и ножных органах управления, которые существенно отличаются от некоторых нормативных значений или дополняют их и могут быть использованы при формировании эргономических требований к этим объектам.

Обработка экспериментальных данных и анализ полученных результатов по психофизическому шкалированию изменения угла наклона спинки сиденья оператора показали, что изменение аргумента в сравнительно узком диапазоне (от 10 до 30° через каждые 5°) вызывает значительный рост субъективных оценок, отражающих степень неудобства рабочей позы при работе на стенде-имитаторе. И опять установлено, что функциональная зависимость между изменением угла наклона спинки сиденья и субъективными оценками удобства рабочей позы имеет вид степенного психофизического закона уз = 0,179- хз1-55. При этом интериндивидуальный эффект сохраняется.

Особенность исследований по психофизическому шкалированию уровня нервно-психической нагрузки состояла в том, что стимульный ряд темпов предъявления световых сигналов, задаваемых аппаратом Пиорковского, являлся дискретным и выбор эталонного темпа хотя и

был индивидуальным, но все же локализовывался двумя-тремя фиксированными точками. Это изначально предопределило интенсивность роста субъективной величины и уже по выбору эталона испытуемые дифференцировались на две группы. Характер абсолютных значений субъективных оценок степени мобилизации внимания при работе на аппарате подтвердил эту тенденцию.

Графическая интерпретация и регресионный анализ полученных результатов показала, что связь физической метрики данной модальности и метрики ощущений также хорошо описывается степенной функцией вида у4 - 6,19-10-4-Х42'26, где п=2,2б - среднее значение показателя степени исследуемой зависимости.

Показатели адекватности получаемых моделей определялись с помощью критерия Фишера.

В п. 3.6 рассматривается эффективность предложенного комплекса психофизических шкал, обсуждаются результаты исследований. При межмодальном сравнении обращают на себя внимание различие значений показателей степени по абсолютной величине: средние значения показателей степени для изучаемых факторов находятся в диапазоне 0,29 - 2,80. Анализ литературы и сравнение весомости ряда свойств (шум,, температура и др.), полученных экспертным методом, позволяет сделать вывод о том, что в величине показателя степени психофизической зависимости находят отражение, концентрируются те физиологические изменения' и связанные с ними последующие психические процессы, которые происходят в организме под воздействием физической стимуляции. Его величина характеризует важность этих процессов, указывает на весомость внешних раздражителей при их воздействии на человека.

Таким образом, можно сказать, что для моделируемых и реальных факторов производственной среды биотехнической системы типа "водитель - мобильная единица (трактор)" сохраняется строго закономерная связь между интенсивностью объективных показателей (сенсорных сигналов) и величинами вызванных ими субъективных откликов в виде степенного психофизического закона. Это дает возможность рассматривать конкретные психофизические . шкалы ощущений как эффективный измерительный инструмент; позволяющий по результатам измерений (расчета) параметра оперативно получать его оценку. Иными словами, появляется реальная возможность, целенаправленно изменяя физические параметры, управлять субъективными величинами. На этой же основе легко решается и проблема комплексирования, т.к. отдельные

показатели, имеющие различную размерность, легко свернуть с помощью единых механизмов ощущений, например, функции равных ощущений.

В четвертой главе приводятся этапы разработки критериев комплексной и дифференциальной эргономической оценки качества биотехнических систем на примере тракторов.

В п. 4.1 рассматривается построение многоуровневой структуры эргономических свойств тракторов, в основе которого лежит определение необходимого и достаточного множества эргономических свойств исследуемой биотехнической системы и установление принципов и критериев деления формируемых свойств на группы для их последующего структурирования по горизонтали и вертикали.

Путем анализа нормативно-технической документации (НТД), справочной и специальной литературы осуществлялся поиск свойств и их количественные и качественные характеристики. Были сформулированы основные принципы и правила построения иерархической структуры. В конечном итоге разработана шестиуровневая структура эргономических свойств тракторов..

Первый ее уровень образует эргономичность как целостная характеристика исследуемой системы, которая на втором уровне делится на ряд обобщенных свойств, определяющих соответствие трактора антропометрическим, психо-, психофизиологическим и физиологическим возможностям человека, а также соответствие кабины трактора гигиеническим требованиям. Следующие три уровня образуют 56 групповых свойств, декомпозицией которых формируется последний уровень, состоящий из более 230 единичных свойств. Был построен и второй вариант многоуровневой структуры свойств по принципу эргономичности отдельных технических элементов (органов управления, кабины, средств доступа в нее, сиденья оператора и т.д.), предназначенный для целей проектирования данных систем.

В п. 4.2 на основе анализа НТД и литературы определены методы и технические средства измерения эргономических показателей. Применяется также и расчетный метод, основанный на определении процента соответствия признаков объекта оценки эргономическим требованиям.

В п. 4.3 представлены результаты определения значений коэффициентов весомости единичных, групповых и обобщенных эргономических показателей, при получении которых использовались экспериментальная процедура психофизического шкалирования (см. п.п. 3.1 - 3.5), экспертный метод (метод ранга) и расчетный метод (принцип равнове-сомости). Последний был использован для получения весомости показателей средств отображения информации. Экспертный метод применялся для определения ненормированных коэффициентов весомости всех обобщенных и групповых свойств, а также значительной части единичных эргономических свойств.

В п. 4.4 решение проблемы комплексирования отдельных показателей качества, имеющих разную размерность, в единый, которая требует проведения процедуры нормирования полученных весомостей и определения относительных показателей качества. Групповое нормирование коэффициентов весомости характерно для однородных эргономических свойств (например, параметры микроклимата или размерные характеристики кабины) и проводилось для каждой группы по формуле

где и - соответственно нормированный и ненормированный коэффициент весомости 1-го свойства; г - количество свойств в группе.

Однако важно не только соотнесение каждого свойства к группе однородных, но и установление весомости этого свойства по отношению ко всей их совокупности. Для соотнесения части и целого использовалось уровневое нормирование, которое проводилось по формуле:

01УР - 3 1 (к-1) •• • • -б' 1 (к-5) .

где б!ур - уровневый коэффициент весомости 1-го единичного эргономического свойства; к - индекс уровня структуры эргономических свойств.

Групповые или уровневые нормированные коэффициенты весомости должны удовлетворять следующему требованию: их сумма в группе или на уровне равна 1.

Проблема объединения (свертки) разрозненных эргономических

показателей в единый интегральный решалась путем перевода абсолютных значений показателей качества в относительные с использованием безразмерной шкалы от 0 до 1 по формуле:

ь. = qi - qi

"1 „ эт

бр

Qi " Qi *

где ki - относительный показатель качества 1-го свойства; qi - абсолютное измеренное (рассчитанное) значение i-ro свойства; Qi3T и qi6p - соответственно эталонное и браковочное значения i-ro свойства.

Комплексный показатель качества (К) определяется по формуле

п

К = L kiGiyp , i=l

где п - количество оцениваемых свойств трактора.

Приводится также процедура построения оценочных шкал. Всего было построено 157 оценочных шкал, из них 22 - на рснове прямого психофизического шкалирования.

В п. 4.5 предлагается алгоритм и пакет прикладных программ для реализации комплексной и дифференциальной оценки эргономического уровня качества тракторов на персональной ЭВМ. Рассматриваются принципы и требования, положенные в основу разрабатываемого программного обеспечения количественной оценки эргономического уровня качества. Представлены блоки подпрограмм алгоритма, реализующие разработанную методику комплексной и дифференциальной эргономической оценки качества тракторов.

В п. 4.6 представлены результаты производственной проверки методики на ряде машиноиспытательных станций (Западной, г. Минск, Центрально-Черноземной, г. Курск), в ведущих НИИ по испытанию мобильной сельскохозяйственной техники ( КубНИИТиМ, г. Армавир, ВНИИМОЖ, г. Киев) и на Харьковском тракторном заводе. Приведены результаты экспертной оценки сравнительной эффективности предлагаемой методики комплексной и дифференциальной оценки эргономического уровня качества тракторов и ряда разработанных ранее методик. Описывается функциональная схема управления эргономическими показателями качества тракторов, а также даются результаты оценки эр-гономичности серийного трактора Т-150 К и его модификации Т-150 КМ, полученные с помощью разработанной методики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Предлагаемая работа посвящена решению актуальных научных и технических задач, связанных с разработкой и исследованием методов и средств оценки качества биотехнических систем типа "водитель -транспортная единица (трактор)" на основе прямого психофизического шкалирования с целью определения степени реализации эргономических требований при разработке, изготовлении, испытании и эксплуатации данных технических изделий.

Выполнение работы позволило получить следующие результаты.

1. Проведены исследования й обоснована применимость законов психофизического шкалирования для ряда основных факторов, определяющей взаимоотношения человека с мобильной транспортной единицей по эргономическим показателям. Зависимость между интенсивностью физического параметра и интенсивностью ощущений для всех исследуемых факторов имеет вид степенной функции, показатель степени которой отражает весомость фактора.

2. Разработана структура эргономических свойств тракторов и определены ее параметры. Структура состоит из шести уровней, на последнем из которых находится более 230 единичных эргономических свойств.

3. Построены психофизические шкалы для оценки ряда факторов производственной среды: интенсивность шума, температуры, уровня физической нагрузки на рулевом колесе, рычагах и педалях, уровня нервно-психической нагрузки, угла наклона спинки сиденья (всего 17 шкал). Они позволяют реализовать принцип непрерывной оценки параметров в диапазоне их изменения от оптимальных (комфортных) до браковочных значений.

4. Разработаны критерии дифференцированной и комплексной эргономической оценки уровня качества мобильных транспортных единиц на примере тракторов.

5. Разработана автоматизированная методика комплексной эргономической оценки качества тракторов, позволяющая реализовать управляющие воздействия по эргономическому совершенствованию данных технических объектов на различных этапах их жизненного цикла. Это

подтверждают результаты производственной проверки методики по количественной оценке модернизируемого и базового тракторов Т-150 КМ и Т-150 К.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Камозин Л.М. Использование субъективного шкалирования для комплексной эргономической оценки сельскохозяйственных объектов. //Психофизиологические основы охраны труда в сельском хозяйстве. -Орел, 1985. - С.92-97.

2. Камозин Л.М. Психологическая оценка системы "человек - машина" на основе субъективного шкалирования. //Методы и технические средства психологической диагностики. - Орел, 1988. - С.74-76.

3. Камозин Л.М. Психофизическое шкалирование температурного фактора производственной среды. //Совершенствование охраны труда в народном хозяйстве Средней Азии.- Ташкент, 1988, т.2. - С.307-309.

4. Камозин Л.М. Психофизический подход к квалиметрической оценке единичных показателей сельскохозяйственной техники. //Ква-лиметрия в обеспечении НТП. - Саратов, 1988. - С.84-85.

5. Камозин Л.М., .Никитин В.Н. О новых подходах к квалиметрии инженерно-психологических показателей сельскохозяйственной техники. //Тезисы докладов к VII съезду Общества психологов СССР. - М., 1989. - С.246-247.

6. Камозин Л.М. К разработке компьютеризированной методики комплексной эргономической оценки качества сельскохозяйственных тракторов. //Тезисы докладов IX симпозиума "Эффективность, качество, надежность систем "человек - техника",- Воронеж, 1990.-С.87-88 /совместно с Плотниковым В.В., Лактионовой О.И., Нечаевым A.B./.

7. Камозин Л.М. Оценка эргономического уровня качества тракторов. /"Вестник охраны труда", Вып. 4. - Орел, 1990. - С.23-26.

8. Камозин Л.М. Качество трактора оценивает компьютер. /"Техническая эстетика", N 10, 1991. - С.10-12.

9. Камозин Л.М. Эргономические аспекты повышения безопасности и улучшения условий труда в пищевой.промышленности. //Пути улучшения охраны труда в пищевой промышленности. - Орел, 1990.- С.79-88.

10. Камозин Л.М. Психофизическое шкалирование параметров микроклимата. //Сборник научных трудов.- Орел, 1995, т.7,- С.267-272.