автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Разработка методических принципов построения эргатических наукоемких технологических систем

0030684Э5

На правах рукописи УДК 658.5-621-331.015.12

ТЛРАР1Ш ДЕНИС пплпопчч

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭРГАТИЧЕСКИХ НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

05.02.22 — Организация производства (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Москва, 2007 г.

003068495

Работа выполнена в ГОУВПО «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Фёдоров Вадим Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мартынов Валерий Владимирович

кандидат технических наук, доцент Панов Владимир Иванович

Ведущее предприятие: ОАО «НПО «Лианозовский электромеханический

завод»

Защита состоится 2007 г. на заседании

диссертационного совета Д 212.141.05 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

С диссертацией можно ознакомится в научно-технической библиотеке МГТУ

им. Н.Э. Баумана.

Телефон для справок: 267-09-63

Автореферат разослан « 3 »гч^7/г-еуг<р2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Силаева Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования

Одной из наиболее важных тенденций развития современных наукоемких производств и особенно в радиоэлектронной промышленности, является постоянное повышение сложности применяемых технологических процессов, мощное взаимодействие информационных, программных, вычислительных ресурсов, постоянное повышение сложности изделий и резкое обновление их номенклатуры. Широкое применение роботизированных комплексов, постоянное повышение требований к качеству и эргономическим кондициям персонала.

Очевидно, задача повышения эффективности организации такого, необычайно сложного, современного производства только за счет широкого освоения новой техники и технологии, не может быть решена. Необходима кардинальная переоценка роли человеческого фактора в современном производстве.

Сам характер современного производства, которое характеризуется применением высоких наукоемких технологий, высоким уровнем автоматизации, интенсивным внедрением информационных технологий во все сферы производства и управления, широким внедрением роботизированных комплексов, гибких автоматизированных производств и т.п. резко меняет роль человека, делает его активным участником современного производственного процесса.

Широкое развитие операторского труда, как основного сегодня вида производственной деятельности, заставляет пересмотреть взгляды на организацию современного производства только как на техническое, технологическое, информационное, и предлагает оценивать его как сложную социотехническую систему, в которой человек-оператор играет особо важную, ключевую роль.

Соответственно, повышение эффективности организации современного (социотехнического по своей природе) производства связано с представлением и разработкой его как эргатической системы, то есть сист емы «человек-машина-производственная среда». Разработка таких систем не может быть обеспечена без изучения и непосредственного учета в производстве психологических, психофизиологических, биомеханических и других особенностей человека-оператора, как главного участника этого процесса, в решающей степени определяющего производительность, качество и надежность всей системы.

Разработками социотехнических, а затем и эргатических систем занимались еще с 20х годов прошлого века. Известны в этом направлении труды Бехтерева В. М., Мясищева В.Н., работы Ф. Тейлора и других. Позднее формированием и разработкой основных положений новой науки эргономика, занимались Ломов Б. Ф. и такие известные ученые как Зинченко В. П., Мунипов В. М., Леонтьев А. Н., А. Чапанис, Леонова А. Б., Зигель А. и другие.

Проблемам учета эргономических факторов в решении задач построения систем управления, посвящены работы Венды В. Ф., Забродина Ю. М., Смоляна Г. Л. и других.

Идеям построения, функционирования и моделирования эргатических систем посвящены работы Зараковского Г. М., Губинского А. И., Крылова А. А., Мейстера Д., Галактионова А. И. и других.

Известны работы по специальной эргономике Шлаена П. Я., Малоземова В. В., Федорова В. К., Попова Г. П., Богачева С. А и других.

На современном этапе развития новой техники и технологии человеческий фактор и его роль в современном производстве глубоки и многогранны - они не только охватывают необходимость учета психофизиологических, биомеханических, антропометрических и других данных человека-оператора в проектировании спецтехнологического оборудования и аппаратуры на самых ранних этапах его создания, но и, как мы отметили, учет этих факторов в решении задач технологии и организации производства.

Данные факторы должны учитываться при разработке структуры трудового процесса, организации рабочих мест, при создании безопасных комфортных условий производственной среды, организации всей производственной среды в современном производстве которое осуществляется таким образом, чтобы были обеспечены оптимальные условия для создания условий производительного и качественного труда.

Таким образом, разработка современного производства на основе представления его в виде эргатической системы является сегодня необычайно актуальной и приоритетной целью его технологического и социально-экономического развития. Применение не только высокопроизводительной техники и технологии, но и в целом такой - «эргатической» - его организации, освобождают человека от утомительного, однообразного, физически напряженного труда, делает его труд высокопроизводительным, надежным, безопасным и качественным.

С другой стороны, особенности деятельности человека-оператора в современном сложном наукоемком производстве, резко изменяют психофизиологическую нагрузку на оператора, изменяют содержание и характер его трудовой деятельности. При этом в производстве не просто складываются новые специфические предпосылки повышения производительности, качества и безопасности труда, но и возникает комплекс новых, более жестких требований к психофизиологическим качествам человека-оператора как участника процесса производства - необходимость учета возможности его оперативной, познавательной, эмоционально-волевой сферы, профессиональных способностей, психофизиологических резервов мышления, памяти и т.д.

В решении задач организации современного производства решающей становиться задача выбора некоторых условий оптимизации, комплексного учета влияния эргономических факторов в процессе реальной разработки проблем организации производства и конкретно, структуры трудового процесса, организации и оснащения рабочих мест, организации технологических процессов, в решении вопросов технологической подготовки производства. Разработка оптимальных оперограмм организации и функционирования процесса производства, как эргатической системы.

Решение этих ключевых задач является основным в комплексе всей проблематики построения эргатических систем затронутых в настоящей работе. 1

В условиях активизации влияния человеческого фактора важное значение приобретают также и специальные исследования, которые позволяют разрабатывать методы профотбора и профориентации, адаптации кадров на производстве, учет индивидуально-психологических особенностей работающих, для формирования наиболее эффективных трудовых коллективов или организации групповой деятельности операторов.

Фактически учет человеческого фактора в современном производстве определяет глубокую и многообразную потребность научно-технического прогресса в оптимальном человеческом потенциале, что является наиболее ценным потенциалом, ресурсом современного наукоемкого производства, который по-сути определяет возможности его эффективной организации. Предмет исследования

Предметом исследования диссертации является изучение возможностей повышения эффективности построения, организации производства и функционирования паукоемких технологических систем в радиоэлектронной промышленности, в том числе при разработках структуры трудовых процессов и организации рабочих мест, на основе представления их в виде комплексных систем «человек-машина-производственная среда» - эргатических систем.

Цель работы состоит в разработке структуры и методов оптимальной организации трудового процесса и организации рабочих мест при организации современных эргатических наукоемких технологических систем в радиоэлектронной промышленности, на основе активизации человеческого фактора как основы резкого повышения эффективности их функционирования. Для реализации поставленной цели в работе:

• формулируются идеи построения наукоемких эргатических систем, рассматривается их теоретическая сущность и прикладные возможности в современном производстве;

• исследуются особенности организации эргатических наукоемких технологических систем в радиоэлектронной промышленности и выявляются основные факторы, определяющие ее эффективность;

• проводится анализ специфики операторской деятельности в современных эргатических системах и разрабатываются системы оперограмм функционирования и организации современного производства с учетом человеческого фактора;

• разрабатываются методы эргономической оптимизации организации наукоемких производств на основе многоуровневых прикладных матриц;

• разрабатываются методы моделирования элементов организации производства в эргатических системах.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели нами поставлены и решены следующие основные задачи:

• разработка математических моделей ориентированных на исследование показателей надежности, точности и эффективности функционирования эргатических систем;

• разработка обобщенной структурной модели и методов оптимизации эргатических наукоемких технологических систем на основе разработки проектной прикладной матрицы (ППМ) эргономических параметров рабочих мест;

• разработка многоуровневых матриц отдельных эргономических параметров па основе обобщенной структурной модели эргатической системы;

• разработка общих методов организации наукоемких эргатических производств на основе системы оперограмм операторской деятельности;

• разработка моделирующего алгоритма матричного метода применения многоуровневых матриц и системы оперограмм как основы эргономической оптимизации эргатических систем.

Методы исследования

Полученные в работе результаты основаны на применении основных положений теории эргономики (в т.ч. и инженерной психологии), теории и методов организации производства, методов прогнозирования в области создания наукоемких технологических систем, методов физического, математического и графического (знакового) моделирования, методов матричного анализа.

Научная новизна работы состоит в том, что в ходе ее выполнения:

- впервые разработаны общие принципы построения и методы организации эргатических наукоемких технологических систем, требования к организации процессов функционирования человека-оператора и организации рабочих мест;

- предложены методы моделирования эргатических систем, а также методы организации структурной и функциональной деятельности операторов в подобных системах;

- впервые предложены и разработаны многоуровневые проектные прикладные матрицы эргатической оптимизации в ходе решения задач организации эргатических систем;

- впервые предложена система оперограмм проектирования операторской деятельности в эргатических системах.

Практическая значимость работы заключается в том, что на основе теоретических и методических представлений предложенных и разработанных в диссертации, создана принципиально новая система методов организации наукоемких производств, моделирования и функционального построения наукоемких эргатических технологических систем, которая нашла применение в реальных процессах создания радиоэлектронных средств - базовых типоразмерных рядов РЛК двойного назначения.

На защиту, в соответствии с целью работы, выносятся следующие основные положения:

1. Теоретические и методические основы организации эргатических наукоемких технологических систем;

2. Многоуровневая проектная прикладная матрица эргономической оптимизации организации эргатических наукоемких технологических систем;

3. Система оперограмм проектирования операторской деятельности в ходе организации эргатических систем;

4. Принципы построения математических моделей эргатических наукоемких технологических систем.

Публикации и апробация основных результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной молодежной научной конференции «XXIX Гагаринские чтения» в МАТИ — РГТУ им. К. Э. Циолковского (Москва, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва 2004); Научно-технических семинарах кафедры «Наукоемкие технологии радиоэлектроники» в МАТИ — РГТУ им. К. Э. Циолковского (Москва, 2004), Международной молодежной научной конференции «XXXI Гагаринские чтения» в МАТИ — РГТУ им. К. Э. Циолковского (Москва, 2005), XI ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в Московском энергетическом институте (Москва 2005), Международной молодежной научной конференции «XXXII Гагаринские чтения» в МАТИ — РГТУ им. К. Э. Циолковского (Москва, 2006). По теме диссертации автором опубликовано 17 работ.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации 153 стр., список литературы включает 106 наименований. Текстовая часть работы содержит 4 таблицы и 30 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается общая характеристика актуальности и новизны работы, производится постановка рассматриваемой проблемы, формулируются цели и задачи диссертации.

Первая глава посвящена рассмотрению особенностей организации производственной деятельности операторов в составе сложных наукоемких технологических производств радиоэлектронной промышленности.

Показано, что радиоэлектронная промышленность необычайно сложная и во многом уникальная отрасль производства. Это - единственная отрасль промышленности, где в массовом количестве изготавливаются детали и элементы структур микронных и субмикронных размеров с широким применением операторского труда.

Необходимо отметить характерные особенности современных наукоемких технологических систем. В подавляющем большинстве случаев построение таких наукоемких производств выливается в сложную структурную технологическую задачу, последовательного производства и контроля изделий в условиях острой задачи обеспечения высокого выхода годных изделий.

Важнейшей особенностью организации производства при этом является то, что при высокой степени автоматизации и механизации производства, многие производственные процессы основного производства построены со значительным применением механизированного (или даже ручного) операторского труда.

Современные эргатические технологические системы, как мы уже ранее отмечали, представляют собой сложные системы «человек-машина-производственная среда», в которых человек-оператор рассматривается как важнейшее звено системы, определяющее, в конечном счете, ее функции и качество.

В этих условиях недостаточный учет психофизиологических возможностей и биомеханических особенностей оператора может привести к резкому нарушению нормальной работы сложных технологических комплексов, потери надежности и качества их функционирования и даже к серьезным техногенным последствиям.

В современных эргатических системах применяются сложные функциональные и технологические средства, позволяющие реализовать все этапы отображения и использования информации о производственном процессе - сбор, обработка, преобразование, передача, хранение и т.д. Человек-оператор активно участвует в выработке критических технологических и управленческих решений, оперативном управлении и контроле подчас в условиях острого дефицита времени. В этих условиях характерным для эргатических технологических систем организации производства становится резкое изменение структуры и содержания операторской деятельности, повышение требований к психофизиологическому качеству операторов. При этом принципиально понимать, что важную роль играют не просто процессы восприятия и переработки информации, принятия ответственных решений в условиях дефицита времени, а эргономическая оптимальность в целом всей трудовой деятельности, методов труда, организации рабочих мест.

Рациональная организация взаимодействия человека-оператора с техническими средствами в эргатических системах стала в настоящее время одним из главных факторов повышения их качества и надежности. Причем дальнейшее развитие форм коммуникации между человеком-оператором и техническими средствами систем связано с переходом к взаимодействию между ними в реальном масштабе времени и к работе в режиме прямого диалога.

Человек-оператор, как компонент эргатической наукоемкой технологической системы, выполняет лишь одну из многочисленных ролей, которые ему присущи в жизни. Это обстоятельство накладывает свой отпечаток на деятельность человека-оператора в составе эргатической системы (например, могут возникать внутренние психофизиологические неудобства из-за неполного «вхождения» в производственную деятельность). С другой стороны, ограничения налагаемые на функции человека и условия его работы в конкретной эргатической наукоемкой технологической системе, позволяют ставить и решать задачу эргономического проектирования, невзирая на исключительную сложность проявления человеческого фактора в современных наукоемких производствах. 6

Вторая глава посвящена анализу специфики применяемых методов и средств моделирования эргагических наукоемких технологических систем.

Показано, что практически все наукоемкие технологические производства на предприятиях радиоэлектронного комплекса могут быть отнесены к эргатическим системам. Более того, все сложные радиоэлектронные средства, применяемые в таких производствах, технологические процессы и системы организации производства, разрабатываемые в радиоэлектронном комплексе, также являются эргатическими системами и должны проектироваться с учетом эргономических факторов.

Проектирование эргатических наукоемких технологических систем является сложной, многофакторной задачей, так как в проектировании учитываются не только функциональные и технологические характеристики изделий, но и обширный комплекс психофизиологических, психологических, биомеханических и других параметров определяющих особенности деятельности человека-оператора.

Методы моделирования наиболее эффективно применяются, при изучении сложных процессов на различных этапах проектирования, организации производства и функционирования новых наукоемких технологических систем к каким с полным правом относятся и эргатические системы. Методы моделирования позволяют изучать принципы построения и особенности функционирования систем, апробировать различные варианты управления и поведения реальной системы в условиях производства и эксплуатации, оценить их надежность.

Экспериментировать в ходе проектирования и отработки организации технологических процессов в реальных системах подчас бывает неудобно, а зачастую и просто неэффективно (или вообще невозможно) в силу ряда особенностей процессов проектирования (большой продолжительности эксперимента во времени, риска привести систему в нежелательное или необратимое состояние и т. п.). Некоторые системы вообще не могут быть изучены непосредственным образом: например, эксперименты с процессами принятия решений человеком-оператором (ила группой операторов), являющимся равноценным звеном любой современной эргатической системы.

В основу реализации математического моделирования деятельности, нами была положена идея использования метода Монте-Карло. Данный метод может быть направлен на изучение имитации вероятностно-временных характеристик деятельности операторов. В его основу, положена идея, что деятельность оператора разбивается на отдельные операции и не зависит от заданной цели (и это не имеет для модели существенного значения).

В общем случае время выполнения отдельной операции может быть представлено выражением:

Т,=Т;од+Т|р (1)

где: Т„д- время основной деятельности оператора внутри i-й операции;

Tip - время резерва внутри i-й операции.

Время резерва (Tip) не является показателем каких-либо индивидуальных качеств оператора и характеризует конкретную техническую реализацию системы «человек-машина», производственную обстановку в рабочей зоне или

на рабочем месте и т.п. Поэтому следует считать, что TiP = const для каждой i-й операции. Время основной деятельности (Т,од) наоборот характеризует индивидуальные качества операторов, степень их профессиональной подготовки, психофизиологические кондиции и т.д. Весь набор операций подразделяется на операции существенные и несущественные.

Существенная операция - операция, невыполнение которой приводит к срыву решения всей задачи по управлению системой.

Несущественная операция - операция, невыполнение которой или пропуск которой не приводит к срыву всей задачи, а лишь ухудшает конечный эффект.

Разность между временем, отведенным на выполнение задачи и реально необходимым, является внешним резервом, или дефицитом времени. Суммарное время всех несущественных операций является внутренним резервом системы. При дефиците времени оператор может жертвовать ближайшими, в порядке следования, несущественными операциями. Если упущенное время навёрстывается, оператор приступает к выполнению всех последующих операций без исключения.

В процессе моделирования деятельности, для каждой операции определялся коэффициент временной напряженности, который количественно выражается как: Vr i d

... w

У <Т» _ гр

w ¡ззат

где: Sy — коэффициент временной напряженности i-й операции в j-й реализации;

В - индекс существенности (В = 1 - операция существенная, В = 0 -операция несущественная);

^Тц | в, = 1 - время, необходимое на выполнение оставшихся (после i-й) существенных операций;

Тц - время, отведенное на выполнение всей задачи (время цикла); Тштр - реально затраченное время на выполнение операций до (¡+1)-й в j-й реализации;

п - общее количество операций в данном технологическом процессе; i - переменная номера моделируемой операции; j - номер реализации алгоритма.

До определенного порога (для «среднего» оператора Sy прся=Мо=2,3) время выполнения отдельной операции и его разброс, линейно сокращается - эффект так называемой интенсификации (мобилизации) внутренних резервов оператора. С ростом коэффициентов напряженности вероятность безошибочного выполнения операции падала от значения Р, (задается как входной параметр) до величин

- P,(Su-l)

Ри = р'—м _) "Ри 1 - S|j - М° 111111 (3)

npHl<Sy<Mo (4)

где: р, - вероятность безошибочного выполнения ьй операции в нормальных условиях.

Нами была выдвинута гипотеза о снижении вероятности безошибочного выполнения операции с ростом коэффициента временной напряженности от

р, при Бу<1 до Ру=0 при 8у=М0=2,3. Однако, экспериментальные исследования операторской деятельности показали, что если оператор жестко не лимитирован, то к выполнению несущественной операции он приступает в зависимости от оставшегося у него времени регулирования.

Вероятность того, что оператор приступит к выполнению несущественной операции в зависимости от израсходованного времени имеет вид:

Р„ =ехр(-Л,7В| 15,- =0) (5)

Логически оправданно Рн=1 при = , РнТ2 0 при Т2. Для нахождения А, предположим, что = Т2 РнТ2 ~ 10~3. Перейдя к общим обозначениям РнП \ В, = 0 = ехр(-Я,/, | Bi = 0) = 10"3, получим

л _ 6.9

' Т., I в, = о <6)

Таким образом, риск оператора - приступить или не приступить к выполнению несущественной операции в зависимости от того, сколько времени от ее длительности уже израсходовано - учитывается следующим образом: выбирается случайное число, равномерно распределенное в интервале 0-1. Это число имитирует вероятность приступить к выполнению ьй несущественной операции РнТ, | В1 = 0 . Полученная вероятность пересчитывалась на время, определяющее предельную точку выполнении данной операции регулирования

Г„ пред =-— (?)

6.9

Затем предельное время (^пред) сравнивалось с текущим временем, израсходованным оператором (Тира«). Таким образом, если: Тщрасх < Трттред - операция выполняется Тюрасх > Тноред - операция не выполняется.

Высокую эффективность дают получившие широкое распространите последние время методы компьютерного моделирования. Среди методов, которые могут быть использованы для моделирования эргатических наукоемких технологических систем с помощью ЭВМ нами рассматривались и оценивались методы:

- аналитического имитационного моделирования;

- статистического имитационного моделирования;

- аналитико-статистического имитационного моделирования.

Независимо от применяемых методов, методика компьютерного

моделирования в общем случае представляет:

- описание модели на формальном языке;

- описание задания на моделирование, включающего: описание процедур исследования модели, процедур обработки результатов моделирования, процедур представления результатов моделирования (в форме удобной для их интерпретации), получение результатов моделирования и их интерпретацию в удобном для исследования виде.

Выбор средств моделирования и исследования моделей эргатических наукоемких технологических систем из перечисленных выше, определяется в конечном итоге сложностью системы, системой показателей качества и надежности, теоретическими представлениями, лежащими в основе построения модели. Таким образом, в настоящее время, применение ЭВМ является естественным арсеналом средств для современного моделирования и исследования эргатических наукоемких технологических систем. Опыт показывает, что решение отдельных проектных задач в эргономике, является наиболее эффективным при использовании ЭВМ в различных аспектах: для хранения, приема, обработки и предъявления информации оператору.

В третьей главе проведена разработка алгоритмов построения проектно-прикладных матриц и системы оперограмм, находящихся в определенных пропорциональных отношениях друг с другом и позволяющих наиболее гармонично оптимизировать эргатические наукоемкие технологические системы.

Показано построение эргатических систем является исключительно сложной задачей связанной как с многофакторным характером построения и функционирования систем, так и многофакторными критериями оптимизации операторской деятельности.

Можно предложить модели, описывающие психические и психофизиологические процессы восприятия, оценки, преобразования информации и механизмы запоминания и принятия решений человеком-оператором. Но для проектирования эргатической системы и этого оказывается недостаточно, поскольку проектирование представляет собой сложный процесс поиска наилучших системотехнических решений с учетом широкого спектра всех эргономических и организационно-технологических требований и ограничений. Такой процесс может быть успешен только при глубоком понимании принципов функционирования эргатических систем на всех уровнях взаимодействия различных элементов системы. Лишь на этой основе могут быть найдены принципиально новые и эффективные решения.

Такая эффективная система должна представлять собой: во-первых: гармонично организованную систему, во-вторых: систему целеустремленную. Организованная, и тем более гармонично организованная система - такая совокупность элементов или подсистем, в которой свойства элементов проявляются и направлены не просто на сохранение данной совокупности и выполнении основной функции более высокого порядка, но и обеспечивает это уравновешенно, гармонично независимо от внешних факторов воздействующих на систему.

Всякая система, как известно, определяется структурой и функцией. Это особенно ярко проявляется при построении эргатических наукоемких технологических систем - они состоят из множества подсистем, которые имеют

функциональные, точно согласованные и уравновешенные связи между различными иерархическими уровнями эргатической системы, в зависимости от особенностей проявления человеческого фактора.

Сложную эргатическую наукоемкую технологическую систему нельзя оптимизировать только путем расчленения ее на различные уровни, выясняя закономерности и особенности проявления эргономических функций на каждом из уровней и последующего их суммирования. Системность подхода здесь обеспечивается учетом особенностей взаимодействия человека-оператора со сложными техническими устройствами системы. Основными при этом являются две группы этих особенностей:

- функциональное (и прежде всего физиологическое) состояние организма человека-оператора, в условиях воздействия на него параметров производственной среды (уровень освещенности, климатические факторы, наличие шумов, вибраций, электромагнитных излучений и т.п.);

- психофизиологические (инженерно-психологические) возможности восприятия и оценки информации, механизмы принятия решений и т.п., определяющие качество и надежность его работы в условиях сложного проявления технических и технологических особенностей функционирования систем.

В целях успешного решения задачи построения эргатических наукоемких технологических систем с учетом этих особенностей нами предложена идея разработки систем с применением многоуровневых проектно-прикладных матриц (ППМ) и систем оперограим как процесса функционального проектирования эргатических наукоемких технологических систем, так и функционирования человека-оператора в структуре эргатической системы.

Под многоуровневой проектной прикладной матрицей понимается пространственная структура взаимосвязей эргономических требований и эргономических параметров, в каждой точке которой могут быть обеспечены оптимальные значения параметров операторской деятельности. В структуре матрицы представлены следующие эргономические параметры человека-оператора:

- физиологические параметры человека-оператора;

- биомеханические параметры человека-оператора;

- антропометрические параметры человека-оператора;

- психофизиологические параметры человека-оператора;

- психологические факторы;

- факторы производственной среды (комплексные факторы, температура, вибрационные и шумовые воздействия и т.п.);

Будучи сведенными, в единую матрицу совокупности тот или иной набор этих эргономических параметров определяет в каждой конкретной точке матрицы оптимальное эргономическое состояние эргатической наукоемкой технологической системы. Естественно, в процессе проектирования эргатических наукоемких технологических систем могут рассматриваться различные виды деятельности операторов в ходе функционирования. Это может быть деятельность связанная с технологической подготовкой производства,

производственные функции в структуре основного производства (выполнение рабочих операций по изготовлению изделий, операционный контроль, управление и т.п.), деятельность связанная с профилактикой и психофизиологической релаксацией операторов (профилактика, медицинский контроль, релаксация, восстановление) и т.д. Соответственно, для каждого из представленных видов деятельности в каждой точке матрицы могут быть указаны оптимальные параметры эффективности, качества, надежности и безопасности операторской деятельности.

Каждое решение, по определению эргономических параметров рабочих мест, процесса труда или эргономических требований к операторской деятельности, применяемые при проектировании эргатических наукоемких технологических систем, может описываться (определяться) набором тех или иных эргономических параметров, как по виду эргономических факторов, так и по характеру функционирования оператора в эргатической системе.

Простые действия отличаются тем, что они не могут быть разложены на элементы.

Сложные (комплексные) действия - это совокупность простых действий. Разные виды деятельности могут складываться из одних и тех же типовых действий, что определяется стремлением к применению типовых технологических процессов. Типовые действия человека-оператора в трудовом процессе могут быть классифицированы по разным критериям:

- операции;

- комплекс приемов;

- трудовой прием;

- трудовое действие;

- рабочее движение.

Таким образом, эргономические требования должны быть определены для каждого типового действия оператора в производственном процессе.

Отметим при этом, что приведенная классификация должна рассматриваться нами не просто как иерархическая система, но и как топологическая структура в которой, для каждого вида топологической структуры может быть определен оптимальный набор эргономических параметров с учетом которых может быть реализован каждый уровень и каждый элемент данной топологии. Например, рабочее движение может быть оптимально реализовано с учетом биомеханических характеристик оператора. Если рассматривать задачу эргономической оптимизации функций рабочего движения, то в этом случае можно конкретно установить:

- границы оперативных рабочих зон;

- границы зон досягаемости;

- траектории рабочего движения;

- точность рабочего движения;

- темп рабочего движения

- усилия рабочего движения и т.д.

Соответственно и другие рабочие или (более глубоко) функциональные действия оператора могут быть описаны набором конкретных эргономических параметров, оптимизируя которые мы можем оптимизировать выбор операций,

выбор трудовых приемов, выбор трудовых действий и т.д.:

Таким образом, определяются следующие группы эргономических параметров:

- антропометрические параметры;

- биомеханические параметры;

- психофизиологические параметры;

- физиологические параметры.

Работе по проведению эргономической оптимизации эргатических наукоемких технологических систем методом ППМ предшествует сбор и анализ данных по оценке эргономических параметров системы и установление эргономических критериев для каждого уровня матрицы и в целом для ППМ. В результате анализа эргономических параметров эргатических наукоемких технологических систем подготавливаются общие перечни параметров для экспертных таблиц. На основе полученных данных методами матричного моделирования составляется матрица на эргатическую систему в целом или, для более тщательной оценки и оптимизации, на отдельные ее структурные элементы.

Схема эргономического проектирования эргатических наукоемких технологических систем может быть также реализована как система оперограмм, в которой в графическом виде представлен граф эргономического проектирования и оптимизации эргатической системы. Граф полученный путем объединения отдельных этапов эргономического проектирования будет представлять собой графический алгоритм проектирования и оптимизации эргатических наукоемких технологических систем на различных танах производства.

Таким образом, выбор оптимальной совокупности эргономических параметров эргатических систем является сложной многофакторной задачей и может быть в подавляющем большинстве практических ситуаций решен только на основании комбинаторных методов путем полного перебора различных вариантов многоуровневых матриц эргатических систем с последующим их сравнением и выбором оптимального решения.

Следуя по пути формализации понятий при описании процессов эргономической оптимизации эргатических систем, можно вплотную подойти к решению задач оптимизации машинными методами.

Очевидно, что моделирование и эргономическая оптимизация эргатических наукоемких технологических систем представляет собой серьезные проблемы. Одной из основных сложностей эргономической оптимизации эргатических систем является длительность отработки всех вариантов решений даже с применением современных вычислительных комплексов. Создание информационных моделей отдельных элементов эргатической наукоемкой технологической системы требует длительной и кропотливой работы большого числа специалистов различного профиля: алгоритмистов, программистов, технологов, конструкторов, эргономистов и т.д.

Применение проктно-прикладных матриц как инструмента эргономической оптимизации эргатических систем позволяет значительно

сократить время проектирования и значительно повысить надежность и качество эргатических наукоемких технологических систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Задача повышения эффективности организации современных наукоемких производств и особенно в радиоэлектронной промышленности не может быть решена только за счет широкого внедрения новой техники и технологии. Характер современного производства базируется на применении высоких наукоемких технологий, высокого уровня автоматизации, интенсивным внедрением информационных технологий во все сферы производства и управления. Все эти факторы резко меняют роль человека-оператора, делая его активным участником современного производственного процесса. Широкое развитие операторского труда заставляет пересмотреть взгляды на организацию современного наукоемкого производства, только как на техническое, технологическое и предполагает оценивать его как сложную социотехническую систему, в которой человек-оператор играет особо важную, ключевую роль.

Основные научные и методические результаты работы заключаются в следующем:

1. В целях обеспечения качества и надежности функционирования сложных наукоемких производств в радиоэлектронном комплексе предложена идея рассмотрения производств в виде эргатических систем (систем «человек-машина-производственная среда») в которых оператор играет важнейшую, ответственную роль в повышении эффективности производства;

2. В диссертации исследована и решена в научно-методическом плане задача построения, организационно-технологического функционирования, эргономического проектирования и оптимизации эргатических наукоемких технологических систем. Предложены типы и структура эргатических систем, методика их разработки и внедрения;

3. Определено, что задача создания единой системы эргономического проектирования эргатических систем имеет специфические условия реализации из-за структурной и функциональной сложности организации взаимосвязей между элементами эргатической системы, специфики психофизиологических, антропометрических и биомеханических требований к человеку-оператору из-за уникальности и сложности задач, выполняемых различными типами эргатических систем;

4. Предложена идея применения методики многоуровневых проектных прикладных матриц на всех этапах эргономической разработки эргатических систем, определена структура и функциональное содержание многоуровневых проектных прикладных матриц. Разработан эффективный способ построения проектных прикладных матриц путем обобщения базовых эргономических критериев (и их модификаций по значениям);

5. Разработана система оперограмм процесса проектирования и эргономической оптимизации эргатических наукоемких технологических систем. Показано, что только с применением системного подхода к проектированию эргатических систем, возможно решение

многофакторных задач по созданию наиболее совершенных форм технологии и организации наукоемкого производства;

6. Внедрение системы многоуровневых проектных прикладных матриц в организацию разработки и оптимизации эргатических наукоемких технологических систем, имеет большое значение, так как обеспечивает комплексное формирование оптимальных эргономических параметров и тем самым обеспечивает повышение качества, надежности, эффективности функционирования эргатических наукоемких технологических систем.

Теоретические и научно-методические результаты, полученные в настоящей диссертации, легли в основу построения эргатических наукоемких технологических систем разработки и производства радиолокационных комплексов двойного назначения.

Методика эргономического проектирования эргатических наукоемких технологических систем, разработанная в настоящей диссертации может найти широкое применение при создании современных наукоемких производств.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Федоров В.К., Тарарин Д.И. Оценка оптимизации эргономических параметров при проектировании эргатических систем в производстве РЭС // Вопросы радиоэлектроники. - 2007. _ Вып. 1. - С. 32.

2. Тарарин Д.И. Методические принципы проектирования эргатических систем//Вопросы радиоэлектроники. - 2007. - Вып. I.-C. 19.

3. Федоров В.К., Тарарин Д.И. Принципы моделирования эргатических систем в производстве радиоэлектронных средств //Вопросы радиоэлектроники. - 2007. - Вып. 1. - С. 24.

4. Тарарин Д.И. Проблемы оптимизации условий труда операторов в чистых производственных помещениях // XXIX Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конференции. - М., 2003. - Т.6. - С. 103.

5. Тарарин Д.И. Цифровые комплексы предъявления визуальной информации // XXIX Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конференции. - М., 2003. - Т.6. - С. 117.

6. Федоров В.К., Тарарин Д. И. Принципы распределения функций между техникой и оператором в современных автоматизированных системах управления // Новые материалы и технологии. НМТ-2004. - М. - 2004. -Т.2.-С. 115- 119.

7. Демкин A.C., Тарарин Д.И. Мониторинг операторский деятельности как основы повышения надежности эргатических систем // Новые материалы и технологии. НМТ-2004. -М. - 2004. - Т.2. - С. 120-125.

8. Тарарин Д.И. Актуальные вопросы проектирования эргатических систем в современном наукоемком производстве // Новые материалы и технологии — НМТ-2004.-М.-2004. - С. 125-130.

9. Суханов Е.Ю., Тарарин Д.И. Классификация факторов надежности работы человека-оператора // Сборник. Новые материалы и технологии — НМТ-2004: Материалы Всероссийской научно-технической конф. -М., 2004. - С. 136-141.

10. Тарарин Д.И. Моделирование деятельности человека-оператора в эргатических системах // 11-я научно-техническая конференция МЭИ: Материалы научно-технической конф. -М., 2005. -С. 111.

11. Демкин А.Б., Тарарин Д.И. Применение методов психологической саморегуляции для улучшения производительности операторов // 11-я научно-техническая конференция МЭИ: Материалы научно-технической конф.-М., 2005. -С. 109.

12. Тихонов А.Б., Тарарин Д.И. Принципы оптимизации использования возможностей оперативной памяти человека-оператора // 11-я научно-техническая конференция МЭИ: Материалы научно-технической конф. -М., 2005. -С. 108.

13. Тарарин Д.И. Особенности психофизиологических стрессовых реакций у операторов сложных систем РЭС // XXXI Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конф. - М., 2005. -Т.З. -С. 117.

14. Тарарин Д.И. Композиционные и эргономические принципы компоновки средств отображения информации // XXXI Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конф. - М, 2005. - Т.З. - С. 118.

15. Тихонов А.Б., Тарарин Д.И. Разделение интегральной и детальной информации на СОИ во времени, как метод снижения сложности оперативных задач в эргатических системах с высокой интенсивностью информационных потоков // XXXI Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конф. - М., 2005. - Т.З. - С. 115.

16. Тарарин Д.И. Проектирование и оптимизация эргатических систем с точки зрения эргономических принципов // XXXII Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конф. - М., 2006. -Т.4.-С. 116.

17. Тарарин Д.И. Возможности использования компенсации снижения перцептивного качества стимула повышением его ожидания для операторов эргатических систем с высокой интенсивностью информационных потоков // XXXII Гагаринские чтения: Материалы Международной молодежной научной конф. - М., 2006. - Т.4. - С. 117.

Подписано к печати 27.03.2007 г. Заказ № 936

Объем 1,0 пл. Тираж 100 экз. Типография «Алла Принт» Тел. (495) 621-86-07