автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка методов и средств оперативного контроля функционального состояния операторов сложных человеко-машинных систем

- I

> '/ ь- V и

п

На правах рукописи Для служебного пользовании

Экз!Ч5

Мелешко Александр Вячеславович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРОВ СЛОЖНЫХ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Щукин Сергей Игоревич Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Нарайкнн Олег Степанович кандидат технических наук, доцент Христофоров Владислав Николаевич Ведущее предприятие Межотраслевой центр эргономических исследований л

разработок (г. Тверь)

Защита диссертации состоится "__2000 г. в ___ часов на заседании

диссертационного совета Д 053.15.13 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана, в зале Ученого Совета по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская улица, д. № 5

С диссертацией можно ознакомиться в в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана

Автореферат разослан "_"__2000 г.

Ученый секретарь гшггрптянилии^го совета Д.053.15.13 Vi ^

Спиридонов И.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Информатизация и компьютеризация современного общества резко изменяет характер и условия трудовой деятельности. Человек прекратился в элемент сложных человеко-машинных систем (ЧМС), оставаясь их наиболее «слабым», в системе поддержания эффективности, звеном [Ломов, 1986]. Средние значения потерь вызванных ошибками человека составляют до 30% от потенциальной эффективности ЧМС [Шлаен и др., 1992]. Возрастание масштабности труда резко увеличило дену таких ошибок., а рост его сложности и динамичности повысил их вероятность [Андаркин, 1999]. Поддержание требуемой эффективности деятельности обеспечивается за счет активации психофизиологических ресурсов человека, что проявляется в высоком уровне его психоэмоциональной напряжешгости. Длительная активация приводит к истощению адаптационных резервов человеческого организма, возникновению экстремальных состояний, снижению уровня здоровья и, как следствие, к сокращению профессионального долголетия [Навакатикян и др., 1987, Шлаен и др. 1992,1999].

Центральной интегральной характеристикой человеческого звена в ЧМС является работоспособность, поддержание которой на необходимом уровне - цель эргономического обеспечения. Проблемы обитаемости и создания эргономического облика в основном касаются внешних факторов обеспеченна работоспособности, являющимися константами конкретной ЧМС. Внутренние факторы (подготовка профессионала и управление его функциональным состоянием) обеспечения работоспособности являются более лабильными и подвержены негативным влияниям иапр-тжеотгости и сложности современной профессиональной деятельности. Критическим параметром эффективности деятельности ЧМС являемся функциональное состояние (ФС) оператора, для контроля которого применяются различные формы и методы.

При этом одной из основных задач в общей системе оценки, прогноза и коррекции ФС является оперативный контроль ФС, по результатам которого осуществляется допуск оператора к дежурств у и периодическая оценка его ФС в течение рабочей смены.

Цель работы и задачи исследований. Анализ работ по теме диссертации показывает повышенное внимание к проблемам, связанным с разработкой новых методов и средств контроля ФС, а также существенный прогресс в решении различных ее аспектов [Блок, 1970; Наенко, 1976; Ильин, 1978; Леонова, Медведев, 1981; Леонова, 1984; Фролов, 1987; Навакатикян н др., 19878; Колганов, 1989; Забродин, 1991; Кирой, 1991; Данилова, 1985, 1992; Пахомов, 1999 и др. ]. Особенно актуальны задачи оперативного контроля ФС [Забродин, 1991; Шлаен и др, 1992, 1999; Айдаркин, 1999; Львов и др., 1999 и др.] Анализ

0СБИБЛИ0ТЕКА 2000

показал, что имеется ряд существенных недостатков в решении задачи оперативного контроля ФС, которые связаны с использованием частных, связанных с конкретными профессиями методов, отсутствием универсального подхода, теоретически обоснованных, закрепленных нормативными документами, эффективных методов оперативного контроля ФС. В связи с этим целью работы является разработка рациональных методов оперативного контроля ФС операторов сложных человеко-машинных систем в ходе их профессиональной деятельности и создание аппаратно-программной среды для их реализации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследований:

1. Анализ современного состояния проблемы обеспечения необходимой работоспособности операторов СЧМ.

2. Обоснование роли и места оперативного контроля ФС в целях поддержания необходимого уровня работоспособности, анализ и выбор методов и средств его реализации.

3. Разработка аппаратно-программной среды для реализации метода оперативного контроля ФС на базе оценки микродвижений конечностей оператора.

4. Экспериментальное исследование динамики параметров треморограммы при изменении ФС, аппаратно-программной среды и разработанных методов оперативного контроля ФС на примере деятельности операторов ЧМС и оценка их эффективности.

5. Выработка предложений и рекомендаций по построению и применению автоматизированных систем оперативного контроля ФС операторов современных и перспективных ЧМС.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертации научных задач использовались биофизические методы исследования параметров микродвижений конечностей, теория биотехнических систем, методы психо-физиологического тестирования, методы программно-имитационного моделирования среды операторской деятельности и численною анализа измеренных параметров двигательной системы организма оператора.

Научная новизна. В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана концепция оперативного контроля ФС оператора в процессе профессиональной деятельности, отличающаяся от существующих подходов тем, что предметом оперативного контроля является уровень общей работоспособности, на основании которого принимается решения о допуске оператора к дежурству и периодическая оценка ег о ФС в течение рабочей смены.

2. На основе проведенных исследований обоснован и разработан новый метод оперативного контроля ФС оператора, основанный на изменении амплитудно-частотных показателей тремора верхшгх конечностей человека.

3. Создана аппаратно-программная среда, реализующая метод оперативного контроля ФС на базе оценки параметров микродвижений конечностей.

4. На основе результатов выполненных исследований разработаны рекомендации и предложения по внедрению разработанного метода оперативного контроля, сформулированы предложения по внесению изменений в нормативно-техническую документацию по созданию и использованию методов оперативного контроля ФС оператора в СЧМ

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оперативного контроля ФС, основанный на оценке спектральных характеристик микродвижений верхних конечностей оператора.

2. Алгоритмы оперативного контроля ФС оператора, на основе регистрации и анализа характеристик микродвижений верхних конечностей человека.

3. Результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие особенности тремора конечностей человека в норме, при физический и умственной нагрузке, сдвигах ФС (утомление, опьянение).

4. Предложения I! требования по созданию средств оперативного контроля ФС операторов ЧМС,

5. Рекомендации по уточнению ГОСТов, в части касающейся оперативного контроля ФС в процессе профессиональной деятельности операторов СЧМ. Практическая ценность работы заключается в том, что разработан информационный

подход и универсальный метод оперативного контроля ФС на базе треморографии, который может быть использован для решения задач допуска операторов к дежурству и периодическому контролю ФС в процессе профессиональной деятельности, а также при мониторинге состояния здоровья и клинической диагностики ряда патологий.

Апробация и публикация работы. Проведена на базе факультета «Бномедицинской техники» Научно-Учебного Комплекса «Радиоэлектроники, Лазерной и Медицинской Техники» МГТУ им.Н.Э. Баумана .

Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

- Российской научно-технической конференции "Медико-технические технологии на страже здоровья" (г.Гсленджик, 1999 г.);

- Научном семинаре кафедры «Медико-технические информационные технологии» МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Работа выполнена в соответствии с техническим заданием проекта межвузовской

научно-технической программы «Конверсия и высокие технологии»

Минобразования РФ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Полученные результаты реализованы:

- в Ростовском госуниверситете в научно-исследовательском и учебном процессе и при разработке методов контроля функционального состояния студентов и преподавателей;

- в практике научно-учебного процесса факультета «Биомедицииская техника» МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 164 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 9 таблиц и 41 приложение. В библиографию включено 61 наименование отечественной и зарубежной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, новизна и практическая значимость диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе производится анализ современных подходов обеспечения требуемой работоспособности, анализ проблемы функционального состояния и влиянии его на работоспособность, обсуждается место и роль оперативного контроля в единой системе поддержания требуемой работоспособности.

Отмечается, что работоспособность, является центральной интегральной характеристикой человека в профессиональной деятельности, и выступает в качестве прогностической характеристики пнератсрсксгс ¡руда и оценивается либо как его надежность с целью прогноза эффективности деятельности, либо как уровень здоровья с целью прогноза профессионального долголетия. Развиваемый в настоящее время подход рассматривает работоспособность как способность оператора надежно выполнять свои функции за определенный интервал времени при таком уровне максимального напряжения, которое не приводит к истощению резервов организма и снижению уровня здоровья, и одновременно решает обе указанные выше задачи.

В главе показано, что традиционно различают физическую и умственную работоспособности, сочетание которых с учетом эмоциональной устойчивости человека составляют общую работоспособность, характеризующую состояние здоровья человека.

Сочетание различных по своим содержательным характеристикам и интенсивности их проявления компонентов физической и умственной работоспособности составляет профессиональную работоспособность. Эффективность деятельности обеспечивается компонентами профессиональной работоспособности и, зависит от факторов производственной среды, обученности человека, его профессиональной мотивации и пригодности к данному виду труда.

Анализ литературы показал, что если профессиональная работоспособность характеризует и прогнозирует эффективность профессиональной деятельности, то для общей работоспособности характерно оценка и прогноз общих потенциальных возможностей человека для широкого класса профессиональных и непрофессиональных задач. В каждом виде работоспособности можно выделить текущую и долговременную компоненты (рис. 1.).

Рис. 1. Структура факторов, определяющих работоспособность человека в сложных человеко-машинных системах.

Долговременная профессиональная работоспособность определяется эффективностью подготовки специалиста-профессионала, которая представляет собой последовательность стадий непрерывного обучения (профотбора, подготовки, тренажа, переподготовки и т.д.) в рамках процесса профессионализации. Текущая профессиональная работоспособность в отличие от долговременной, уровень которой изменяется относительно медленно, определяется текущим ФС оператора.

В главе показано, что интегральная оценка уровня профессиональной работоспособности представляет собой комбинацию характеристик долговременной и текущей работоспособности. Медленно меняющиеся в процессе профессионализации профессионально-важные качества (ПВК) определяют диапазон вариации быстро изменяющихся параметров текущего ФС. В количественных оценках уровня взаимосвязи параметров ФС роль ПВК проявляется в виде индивидуальных коэффициентов, нормирующих диапазон изменения параметров ФС для каждого конкретного оператора.

Для характеристики общей работоспособности, связанной с общим (не профессиональным) развитием оператора также можно использовать понятия долговременной и текущей работоспособности, понимая под ними уровень и состояние здоровья.

Анализ показывает, что интегральная оценка взаимоотношений общей и профессиональной работоспособности может строиться на основе тех же принципов за счет расширения матрицы параметров ПВК и ФС характеристиками состояния и уровня здоровья. Однако, более эффективным является подход, связанный с тем, что общая работоспособность является предметом оперативного контроля, который определяет допуск оператора к дежурству, с одной стороны, и является калибровочной процедурой для подготовки к работе системы текущего контроля ФС в реальном масштабе времени.

Для решения задачи управления ФС требуется создание и использование сложной автоматизированной системы, эффективность функционирования которой определяется начальными характеристиками оператора, которые оптимальны при адекватном ФС. Отклонение исходных параметров оператора от нормы при допуске его к дежурству требует существенных коррекционных воздействий в начале смены, которые являются малоэффективными, т.к. не опираются на анализ динамики развития угрожающих ФС как в случае постепенного перехода от нормального ФС к критическому в процессе одной смены при текуще:.: контроль ФС. Б связи с этим необходимо применение оперативного контроля ФС, который предназначен для решения двух основных задач:

- принятие решения о допуске оператора к дежурству;

- настройка (калибровка) системы контроля текущего ФС оператора в соответствии с исходным состоянием оператора.

Оперативный контроль должен осуществляться за ограниченный промежуток времени (не более 5-10 мин) и нести интегральную информацию о ФС оператора, регистрация и аналнз которой должен производиться унифицированными методами для различных специальностей.

Во второй главе проанализированы и выбраны методы, параметры и критерии оперативного контроля ФС, разработана концепция оперативного контроля ФС на основе использования параметров треморографим, разработаны требования к средствам и алгоритмам оперативного контроля ФС оператора.

Показано, что разнообразие подходов и методов контроля ФС связано с тем, что до сих пор не существует однозначного определения понятия ФС. Отмечено несколько подходов в понимании ФС: (1) поведенческий, (2) физиологический, (3) психологический и (4) по параметрам качества деятельности. В рамках каждого подхода разработано множество методов, позволяющих контролировать и оценивать уровень ФС. Для решения основной задачи настоящей работы, оперативного контроля ФС, основное внимание уделяется методам, обладающим высокой информативностью, эргономичностыо, объективностью и помехоустойчивостью.

Объективность и чувствительность физиологических и поведенческих параметров, возможность контроля и анализа во время профессиональной деятельности связаны со сложностью их регистрации и интерпретации. Более адекватные в плане интерпретации психологические методы требуют прерывания профессиональной деятельности, менее чувствительны, субъективны. Оценка параметров качества деятельности выявляет изменение ФС на том этапе, когда уже началось его негативное влияние на профессиональную деятельность.

По принципу «неспецифичности» методов оперативного контроля минимальные возможности (и силу их специфичности для конкретного вида деятельности) имеют методы оценки ФС по качеству деятельности. По принципу объективности наименее эффективными являются психологические методы. Принцип «адекватной интерпретации» больше согласуется с поведенческими методами, но сравнению с физиологическими. Следовательно, наиболее оптимальными для решения задач оперативною контроля являются поведенческие методы, которые представляют собой наиболее интегральный уровень (заключительный этан деятельности) ФС человека. С другой стороны, поведенческие показатели представляют собой объективные характеристики ФС человека, которые могут быть зарегистрированы «бесконтактным» и высоко эргономичным способом.

Среди поведенческих методов особой привлекательностью обладает треморография, которая наряду с указанными выше достоинствами отражает «тонус» (активацию, напряжение) центральной нервной системы, который и составляет основу понятия ФС как неспецифической энергетической характеристики. С другой стороны, тремор отражает уровень активации систем головного мозга, центральной из которых является ретикулярная формация. По мнению нейрофизиологов ретикулярные и нсспецифические системы мозга

определяют энергетический баланс центральной нервной системы и их система представляет собой функциональный «орган», регулирующий ФС моз1а. Таким образом, разработка методов оперативного контроля ФС человека может базироваться в первую очередь на поведенческих методах, наиболее адекватным из которых для решения поставленной задачи является метод треморографии.

Существует несколько концепций описания механизмов тремора.

1. Одной из концепций, призванных объяснить происхождение тремора является концепция фазового сдвига команд управления относительно объекта управления, возникающих вследствие задержек на путях их передачи.

2. В другой концепции постулируется наличие периодического сигнала с рецепторов, который провоцирует периодическое возбуждение двух групп мотонейронов: агониста и антагониста относительно одного сустава. При этом сеть работает как мультивибратор за счет погашения активности агониста собственной тормозной подсистемой (клетки Реншоу) и одновременного возбуждения антагониста.

3. Нейродинамически модель работает за счет активации окружающего мотонейроны интернейронного пула командными посыпками в форме "пачек" или "цугов". Интсрнейрояам отводится лишь роль модуляторов этих команд и их распределителей по мотонейронам. При этом авторы данного подхода придерживаются гипотезы центрального генератора, структурно относя его за пределы спинного мозга в головной, что противоречит экспериментальным и клиническим данным.

4. Интерес может также представить концепция спинального генератора физиологического тремора напряжения по аналогии с генерацией таких колебательных процессов как локомоция и чесание. С соответствии с этой концепцией интернейроны 7-8 слоя (по Рекседу) обладают способностью работать в автоколебательном г*-*™«» реверберации волн возбуждения в нейронной сети под тоническими активирующими влияниями из как вышележащих рефлексогенных зон спинного мозга, так и стволовых образований.

В главе проанализированы технические средства оперативного контроля ФС и сформулированы требования к ним. Синусоидальный характер тремора напряжения, обусловленный биофизическими особенностями его генерации, позволяет использовать методы частотного анализа - разложение в ряд Фурье.

Анализ показывает, что параметры тремора могут служить объективным интегральным индикатором состояния периферических и центральных двигательных структур и центральной нервной системы, отражающих уровень ее активации (тонус). Показано, что регистрация параметров тремора, неспецифичность его параметров

относительно различных видов деятельности позволяют использовать их для решения задач оперативного контроля ФС операторов сложных человеко-машинных систем.

В третьей главе разработана блок-схема биотехнической системы оперативного контроля ФС оператора, разработаны и исследованы основные алгоритмы оперативной оценки ФС оператора, представлены результаты экспериментальной проверки разработанного подхода и рекомендации по использованию метода треморографии для задач оперативного контроля ФС оператора.

Для регистрации и математической обработки измерений микродвнжений (тремора) конечностей была разработана аппаратно-программная среда (рис. 2) на основе трсморографа, в качестве чувствительных элементов которого использовались инерциальные датчики на базе микро-гироскопических систем. Диапазон измерения угловых скоростей от О до ±150 град/с, погрешность 0.1%, диапазон частот измеряемых скоростей от 0 до 25 Гц, масса датчика, прикрепляемого к кисти испытуемого не более 0.075 кг.

Пользователь

Программа измерения тремора:

База данных V измеренного /тремора.

Экспертная -I система

Оператор

Образцовая - Саза'данных (знаний)

Пользователь

Программа психологически: тестов

"Г

А.

Программа нагрузочных тестов

Рис. 2. Блок-схема биотехнической системы оперативного контроля функционального

состояния

Для проверки эффективности треморографического метола оперативного контроля были проведены экспериментальные исследования в следующих направлениях: (1) оценка фоновых параметров треморограммы; (2) оценка влияния физической нагрузки на характер треморограммы; (3) оценка влияния психо-эмоциопального напряжения на характер микродвижений руки; (4) оценка параметров треморофаммы у людей с симптомами невротизацнн различных уровней; (5) влияние приема этанола на ФС человека по параметрам треморофаммы.

Исследования проведены на 35 практически здоровых операторах ЧМС с опытом работы по специальное™ со стажем не менее 5 лет.

В результате исследований установлено, что в норме у человека в состоянии расслабления в покое тремора не наблюдается. При переводе кисти в состояние свободного горизонтального удерживания па весу регистрируется треморограмма с достаточно малой амплитудой колебаний но вертикальной составляющей (максимум спектра мощности от 0.05 до 0.7 усл.единиц). По горизонтальной составляющей тремор не регистрируется. Между вертикальной и горизонтальной составляющими тремора отсутствует значимая связь (коэффициент корреляции не выше 0.03-0.07), что обусловлено правильной координацией усилий формирующих движения по осям мышечных тяг - на ортогональные степени свободы не наложены связи.

При усилении активации генератора тремора произвольным дозированным напряжением мышц предплечья происходит увеличение амплитуды колебаний в обеих плоскостях (вертикальной и горизонтальной) с возрастанием спектра мощности в 1.9-3.8 раза с усилением корреляции между процессами до 0.5-0.7 при слабых нагрузках и падением ее до 0.2 при усилении нагрузки, что обусловлено дссинхронизацией управления и фиксацией ортогональных степеней свободы кисти напряженными мышечными группами. Частота тремора нарастает смещая максимум спектра в область 11-12 Гц.

При развитии рефлекторного напряжения мышц предплечья при нагружении кисти массами свободно навешенных грузов формируется отягощенный маятник, инерционные свойства которого изменяются с уменьшением частоты колебаний до 3-6 Гц. Мощность спектра возрастает до 0.3-07 усл.единиц, а корреляция до 0.5 (что как правило не значимо).

При внезапном сбросе груза (рефлекс разгрузки) происходит увеличение амплитуды колебаний тремора в вертикальной плоскости в 1.5-2 раза и смещением частоты его в зону норматива (7-8 Гц).

Предъявление интеллектуально-эмоциональной нагрузки типа "корректурный тест" или комльлиерные игры приводит к уменьшению амплитуды тремора в 1.5-2.0 раза от фона, его гармонизации в полосе нормативных (7-8 Гц ) частот.

При формировании эмоционального напряжения амплитуда тремора снова возрастает в 3-5 раз с появлением на паттерне "веретен" и "всплесков" активации. Частота тремора сдвигается в зону 9-10 Гц и намечается тенденция к повышению корреляции процессов. После прохождения корректурного теста на вычеркивания двух различных знаков в течении двух минут, в паттерне тремора наблюдается слабый (1,5 - 1,8 раза) прирост амгынтуды, гармонизация основных колебаний, уменьшение периода десинхронизации и исчезновение "всплесков" на вертикальной составляющей. На горизонтальной оси тремор не отличается от фона. В спектре тремора имеется сдвиг максимума в сторону высоких частот на I - 1,5 Гц с гармонизацией в этой области. Наблюдается рост мощности колебаний в 1,3

раза. На фазовой плоскости регистрируется компактный рисунок изображающий точки с коэффициентом корреляции процессов 0,18-0,28.

Моделирование быстрых сдвигов ФС было связано с воздействием алкоголя и развитием утомления. В связи с этим была разработана методика анализа треморограммы, и основе которой лежит метод уровневых пересечений. Суть метода заключается в закреплении некоторого уровня и подсчета количества пересечений треморо^аммой этого уровня. Решение задачи контроля ФС сводилось к определению уровня или нескольких уровней, а также порогового значения, по данным пересечения которых можно было бы с достаточно значимой вероятностью судить об изменении состояния испытуемого (норма, алкогольное опьянеше, усталость).

В результате анализа результатов экспериментальных исследований было обнаружено, что основные характеристики треморограммы (математическое ожидание и дисперсия) были индивидуальны и выделить общий уровень для всех испытуемых не представлялось возможным. В связи с этим все треморограммы были приведены к виду стационарного процесса, у которого математическое ожидание равнялось нулю, а дисперсия - единице. После нормализации треморограмм последовательно был применен метод уровневых пересечений с шагом 0.1 в интервале от -5 до 5. Полученные по всем испытуемым результаты представлены в таблице:

Состояние испытуемого Количество пересечений

Испытуемые Предельные значения

1 2 3 Мт Мах

Воздействие алкоголя 2! 13 28 13 28

Оптимальное состояние 87 72 103 72 103

Утомление 215 193 210 193 215

Из таблицы видно, что для указанных выше трех ФС человека существовали соответствующие диапазоны количества пересечений. Проанализировав полученные результаты и сделав необходимые допуски, были найдены параметры периодограмм, определяющих границы различных состояний, которые можно представить в виде следующих зон. Зоне от 0 до 30 пересечений соответствует состояние алкогольного

0 30 60

120

300

опьянения. От 60 до 120 пересечений - зона нормы. Зона, ограниченная в пределах от 30 до 60 пересечений представляет собой зону неопределенности, коюрая связана с индивидуальными особенностями испытуемых и попадание в нее оценивается небольшой вероятностью. Состоянию усталости соответствует зона от 120 до 300 пересечений.

Для исследования влияния невротических симптомов на характер тремора было обследовано 58 операторов в возрасте от 23 до 45 лет со стажем работы по специальности от 1.5 до 18 лет. Контингент представлял собой случайную выборку операторов с различной степенью проявлений невротизации, а также лиц без клинических проявлений неврозов. Анализ различных видов тремора в соответствии с классификационной группировкой типов неврозов, разбиением на подгруппы по шкале типов и уровней невротизации и внутри каждой группировки, а также по типам тестирующих нагрузок (свободное списание, легкая активация генератора тремора горизонтальной установкой кисти, усиление активации произвольным напряжением мышц предплечья и кисти типа "веер", сжатием динамометра с различной силой с активацией также всех групп мышц предплечья и нагружение свободного кинематического звена кисти различными грузами от 0,1 до 2 Кг) показал высокий уровень связи параметров состояния оператора и параметров треморограммы. Анализ, проведенный по группам типологии темпераментов, личностных свойств нсйротизма, активности и ригидности, силы возбуждения, торможения и их соотношений, подвижности процессов с наслоением невротических симптомов, показал, что личностные, типологические и невротические характеристики являются основными факторами, влияющими на параметры тремора.

Таким образом, представленные результаты демонстрируют значимую зависимость параметров тремора от функционального состояния, тестовых физических и психоэмоциональных нагрузок и уровня невротизации оператора и представляют собой адекватный и информятинтл;; параметр С'С оцс^ашра.

Проведенный в главе анализ проблемы оперативного контроля ФС оператора выявил информативность, значимость и независимость от вида операторской деятельности полученных результатов, что позволяет распространить их на все виды операторской деятельности и выработать рекомендации по их использованию.

Показано, что для внедрения данного метода в практику требуется создание специализированных ГОСТов для контроля и управления ФС. В настоящее время существует 3 ГОСТа, которые в той или иной степени регламентируют процесс контроля и управления ФС (ГОСТ В 23534-79 Человек-оператор. Критерии тяжести физической и умственной работы, ГОСТ В 29.04.001-83 Аппаратура контроля функционального состояния. ГОСТ В 29.08.002-84 Показатели качества деятельности операторов.).

П

Проведенный анализ ГОСТов показал, что они не выделяют как самостоятельное направление оперативный контроль ФС и не всегда адекватны для решения этой проблемы. В связи с результатами работы предлагается: (а) внести дополнение и существующие ГОСТы, регламентирующие »опросы, связанные с оперативным контролем ФС, или, сформировать новый ГОСТ, формулирующие основные понятия, пели и задачи оперативного контроля ФС в процессе профессиональной деятельности, рассматривающий ФС как один из регламентных параметров оценки эффективности работы конкретного оператора и ЧМС в целом в процессе текущей эксплуатации; (G) разработать норматнвио-тсхпичсскую базу для создания биотехнических систем оперативного контроля ФС, выделяя две основные qiynnu систем: стационарные (г.стросцпую в АРМ) п автономные (переносные). Отмеченные проблемы реализации автоматизированных систем контроля текущего ФС и полученные результаты исследований позволили сформулнроиать требования к средствам и методам оперативного контроля ФС оператора СЧМ.

При оценке ожидаемого от внедрения результатов работы эффекта был использован ряд частных показателей эффективности. Оперативный контроль ФС позволяет оценить интервалы времени Тр„ в которых оператор находится в неоптимальиом (негативном) для конкретной деятельности ФС. Учет этих интервалов с позиции коррекции получаемых профессиональных результатов позволит снизить суммарное время Тр рискованных (связанных с возможной ошибкой) состоянии при выполнении конкретной деятельности. Установлено, что исключение данных периодов нежелательного использования операторов повышает надежность системы за счет повышения доли времени, связанной с продуктивной деятельностью, и как следствие, снижает вероятность ошибки. Оптимальный выбор данных интервалов позволит также адекватно оценить периодичность оперативного контроля для конкретного вида операторской деятельности.

13 работе показано, что внедрение полученных результатов позволит повысить качество нормативно-технической документации, регламентирующей учет человеческого фактора и образцах ЧМС, посредством проведения процедуры оперативного контроля ФС операторов. Использование резудьтатои контроля способствует: повышению эффективности деятельности человека-оператора, сохранению здоровья при одновременном снижении затрат па медицинское обслуживание п продлению его профессионального долголетия. I! главе рассмотрены оеновпые перспективные направления исследований и разработок и данной области.

1.1

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа состоянии проблемы обеспечения необходимой работоспособности оператора СЧМ разработана концепция оперативного контроля ФС оператора в процессе профессиональной деятельности, отличающаяся от существующих подходов тем, что предметом оперативного контроля является уровень общей работоспособности, на основании которого принимается решения о допуске оператора к дежурству и периодическая оценка его ФС в течение рабочей смены.

2. На основе проведенных исследований обоснован и разработан новый метод оперативного контроля ФС оператора, основанный на изменении амплитудно-частотных показателей параметров тремора верхних конечностей человека.

3. Создана аппаратно-программная среда на основе трсморографа, реализующая метод оперативного контроля ФС на базе оценки параметров мнкродвнжсний конечностей.

4. Разработаны рекомендации и предложения по практическому внедрению разработанного метода оперативного контроля функционального состояния оператора СЧМ.

5. Разработаны требования к биотехнической системе оперативного контроля ФС оператора на базе трсморографического метода.

6. Разработаны предложения по внесению изменений в нормативно-тсхинчсскую документацию по созданию и использованшо методов оперативного контроля ФС оператора в СЧМ.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМ К ДИССЕРТАЦИИ

1 Мелсшко A.B., Щукин С.И. Методы оперативного контроля функционального состояния оператора сложных человеко-машинных систем.// Ьиомедпшшская радиоэлектроника. - 1999. -№ 6.- С. 3-7

L К вопросу о природе и механизмах возникновения тремора п возможностях использования его для оперативной диагностики функционального состояния человека/ А.В.Мслсшко., С.И. Щукин.// Мсднко-тсхпичсскпс технологии на страже здоровья: Российская научно-техническая конференция, г.Гслснджпк (Россия), 24-29 сентября 1999 г. -М., 1999. -С.17-19.

3 Оценка функционального состояния человека на основе трсморографии/ А.В.Мслсшко, С.И.Щукин, Ю.И.Кухарь.// Мсднко-тсхннческне технологии на страже здоровья: Российская научно-техническая конференция. г.Гслснджпк (Россия), 24-29 сентября 1999 г. -М., 1999.-C.27-2S.

4 Выбор и обоснование методов оперативною контроля функционального состояния оператора сложных человеко-машинных систем/ С.А.Колядин, А.В.Мслсшко , ]>.В.С'трслков и др.// Мсдико-тсхничсские технологии на страже здоровья: Российская научно-техническая