автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Теоретические основы автоматизированного контроля человеческого фактора в человеко-машиннных системах на железнодорожном транспорте

I с^ £

I ^ ^

^^ Министерство транспорта Украины

Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта

САМСОНКИН Валерий Николаевич

УДК 681.51:658.382:625 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА В ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМАХ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Харьков - 1997

Диссертация в рукописи.

Работа выполнена в Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Соболев Юрий Владимирович, ректор Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шафит Евгений Миронович, зав.кафедрой Днепропетровского государственного технического университета железнодорожного транспорта; доктор технических наук, профессор Загарий Геннадий Иванович, зав.кафедрой Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта;

доктор технических наук, профессор Шабанов-Кушнаренко Юрий Петрович, профессор Харьковского государственного технического университета радиоэлектроники. Ведущая организация: Украинский транспортный университет. Защита состоится "27" ноября 1997г. в 14 часов на заседании специализированного ученого совета Д 02.15.01 в Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта по адресу: 310050, Харьков, пл.Фейербаха, 7. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковской государстветюй академии железнодорожного транспорта. Автореферат разослан 1997г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета П.Л.Яновский

?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Анализ железнодорожных (ж.д.) аварий, катастроф, нарушений безопасности за последние десятилетия показывает, что главной их причиной стали ошибки человека. Во взаимосвязи "человек-техника-среда" человек оказался самым ненадежным и непредсказуемым звеном. Такая тенденция объективна и является результатом стремительного развития научно-технического прогресса в результате которого:

- изменяется среда обитания человека;

- практически не осталось принципиально неразрешимых проблем в области создания технических средств;

- необходима адаптация человека к новым высокопроизводительным средствам труда и транспортным средствам;

- неизмеримо возросла цена ошибки человека, управляющего сложными автоматизированными системами.

Известно, что надежность системы определяет самое ненадежное звено.

Длительное время человек в автоматизированных системах не включался в контур контроля вследствие его двойственной природы (как объекта и субъекта контроля) и невозможности технической реализации этого контроля.

Существующие методы контроля функционального состояния человека анализируют деятельность отдельных физиологических систем организма. Они условны, основаны на усредненных нормативах, требуют для своей реализации использование датчиков на теле человека. Для увеличения точности оценки данные методы требуют увеличения контролируемых параметров. Такие особенности ограничивают использование традиционных методов в производственных условиях, не уменьшают противоречие тенденций индивидуального и группового в оценке состояния человека.

Все вышесказанное, а также осознание цивилизованным человечеством того факта, что человек - есть главная ценность общества и государства, делает чрезвычайно актуальной разработку новых подходов эффективного автоматизированного контроля действий человека в человеко-машинных системах па железнодорожном транспорте.

Связь работы с научными программами, планами, темами.

Данная работа выполнялась в рамках Государственной программы повышения безопасности движения на железных дорогах Украины на период 1995-2000 годы, отраслевой программы улучшения состояния безопасности, гигиены труда и производственной среды,

планов НИР Харьковской академии железнодорожного транспорта в 1986-1997 годах.

Цель работы. Теоретическое обоснование и формализация контроля функционального состояния ж.д. оператора как самоорганизующейся системы во взаимосвязи со средой на основе его индивидуальных особенностей..

Основные задачи исследования: - анализ существующих методов и видов контроля функционального состояния человека-оператора на ж.д. транспорте;

- формализация системного подхода оценки состояния человека, его индивидуальной нормы и зоны функционального оптимума;

-.исследования поведения человека как самоорганизующейся системы в толерантных пространствах;

- моделирование интеллектуальной деятельности ж.д. оператора в поле системообразующих факторов;

- разработка теоретических основ контроля и оценки функционального состояния человека во взаимосвязи "человек-хехника-среда" на ж.д. транспорте; .

- реализация теоретических основ автоматизированного контроля состояния человека-оператора для конкретных профессий ж.д. транспорта; ..

- разработка основных направлений контроля и влияния человека на безопасность функционирования ж.д. транспорта.

Научная новизна полученных результатов. Решена проблема контроля функционального состояния человека на основе его индивидуальной нормы в реальных (толерантных) условиях, что является новым.научным направлением. При этом:

- формализовано понятие индивидуальной нормы и функционального оптимума состояния человека на ж.д. транспорте;

- деятельность ж.д. оператора описана моделью репродуцирующего проточного процесса в толерантных пространствах;

- сформулированы две основополагающие теоремы поведения человека как самоорганизующейся системы в толерантных, пространствах;

- установлена связь между нормальным распределением плотности вероятности, распределением Ципфа-Парето и. рэецределе-ниями, описывающимися кривыми 2-го порядка; .

- найдено эффективное соотношение между понятиями "сложность-устойчивость-жизнеспособность" самоорганизующихся систем; ....

- разработан функционально полный комплекс моделей взаимообусловленных отношений системы "человек-объект управления-среда" как самоорганизующейся.

Практическое значение полученных результатов. Показано, как разработанный теоретический аппарат применяется для построения индивидуальной нормы и поверхности функционального оптимума в системах контроля человеческого фактора: различного назначения (профессиональный отбор, текущий контроль, тренажер); различных контролируемых параметров (восприятие с короста движения, переключение внимания, деятельность сердечно-сосудистой системы); в различных профессиях ж.д. транспорта, связанных с безопасностью движения поездов.

Полученные в работе результаты были использованы при разработке и внедрении:

- автоматизированной системы психофизиологического профотбора машинистов "Профотбор" и отдельных ее подсистем на Московском, Харьковском, Тбилисском метрополитенах, Приднепровской ж.д., Среднеазиатской ж.д.;

- компьютерной системы профотбора водителей транспортных средств и диспетчерского аппарата "Допуск" на Харьковском метрополитене;

- тренажера для машинистов метрополитена (1-я очередь) на Харьковском метрополитене.

Кроме того научные положения, выводы и рекомендации, представленные в диссертации, были использованы при подготовке и чтении учебных дисциплин "Основы микропроцессорной техники", "Охрана жизнедеятельности" на кафедрах Вычислительной техники и систем управления, а также Охрана труда и жизнедеятельности в Харьковской государственной академии ж.д. транспорта, "Количественные методы в социологии" на кафедре Социальное партнерство в Харьковском социально-экономическом институте, "Поведение человека в экстремальной ситуации" на кафедре психологии Университета внутренних дел МВД Украины.

Личный вклад автора. Все научные результаты, выносящиеся на защиту, получены лично автором. Внедренные разработки выполнялись под руководством автора. В публикациях, написанных в соавторстве, диссертанту принадлежат (согласно списку публикаций в конце автореферата): 1 - разделы 3 и 4, п.7.1; 2 - раздел 3; 3 - представление системы самонастраивающихся узкополосных фильтров в виде цифровой системы; 4 - описание системы самонастраивающихся цифровых фильтров в виде совокупности конечных автоматов; 5 -моделирование на ЭВМ нейроподобной структуры; 6 - разработка функциональной схемы и алгоритмов реализации психофизиологических тестов; 9,10 - разработка принципов построения тренажера, математической модели синтеза зоны и поверхности функционального оптимума; 13 - методология оценки состояния функциональной

системы; 15 - формализация контроля состояния ж.д. оператора по деятельности сердечно-сосудистой системы; 17,18 - обоснование профессионального отбора на основе индивидуальной нормы; 19,24 -методика контроля текущего состояния машиниста; 23 - классификация направлений влияния человеческого фактора на ж.д. транспорте.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Информатика и вычислительная техника" (апрель 1986г., г.Москва); школе-симпозиуме "Систематика, системотехника и междисциплинарные исследования (СМИ-86 и СМИ-88)" (апрель, 1986г., апрель 1989г. г.Львов); XI Всесоюзный научно-техническое совещание "Создание й внедрение систем автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами" (9-11 сентября 1986г., г.Новгород); Всесоюзном совещании "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов" (14-16 апреля 1987г. г.Новосибирск); школе-семинаре " Микропроцессорные системы связи и управления на ж.д. транспорте" (1991-1994 гг., г.Алушта); 2-м Международном семинаре по объектно-ориентированному программированию (18-21 мая 1992г., г.Минск); Международной конференции "Проблемы построения систем управления на ж.д. транспорте", (сентябрь 1995г. г.Алушта); конференции " Автоматизащя фгзичних метод1в контролю в техшчнш диагностищ та медицин (октябрь 1995г., г.Славско); международной конференции "Перспективные системы управления на ж.д. и городском транспорте" (сентябрь 1996г., г.Алушта); международной научно-практической конференции "Информационные технологии на ж.д. транспорте" (11-14 ноября 1996г., г.С.-Петербург); 1-й и 2-й международной конференциях " Человеческий фактор в вопросах безопасности: проблемы ж.д. медицины" (1994, 1996гг. г.Харьков); 2-й международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации" (17-19 сентября 1996г., г.Туапсе); Международной научной конференции "Математическое моделирование в психологических и педагогических исследованиях" (25-26 ноября 1996г., г. Днепропетровск); общесетевых совещаниях Укрзал1знищ; 13-м конгрессе International Ergonomics Association (29 июня-3 июля 1997г., Финляндия); 3-м симпозиуме ИФАК "Computer Aided Control System Design" (28-30 апреля 1997г., Бельгия); 6-м симпозиуме ИФАК "Automatic Control Based on Human Skill" (16-18 сентября 1997г., Словения); ежегодных научно-технических конференциях ХИИТ - ХарГАЖТ в 1981-1997 годах.

Характеристика методологии и метода исследования. Системный подход к исследованию самоорганизующейся системы

"человек-ж.д. объект управления-среда" предопределил интегральный характер научных методов. В области физиологии это теория функциональной системы П.К.Анохина, элементы психологии и психофизиологии, основы гигиены труда на ж.д. транспорте. В области биологии - системы проточного хемостата, взаимодействие сообществ в экологии, идеи биокибернетики, нормология. В области кибернетики и самоорганизующихся систем - системный анализ, теория автоматического управления, теория флуктуаций, элементы теории бифуркации, частотные и временные методы анализа систем, моделирование и модели. Разделы математики - дифференциальные уравнения, теория графов, "замечательные" кривые, геометрия, теория вероятностей и математическая статистика. Техника представлена компьютерными науками, электроникой, механикой.

Основная методология исследования такова: постановка задачи - обоснование способа решения - формализация - разработка обобщенной методики синтеза системы контроля - практическая реализация.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 учебных пособия и 22 статьи, из которых 9 - без соавторства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и содержит 295 страниц печатного текста, 86 иллюстраций на 87 страницах, 7 таблиц на семи страницах, списка использованных источников из 178 наименований, двух приложений на 15 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована необходимость, актуальность диссертации и дана ее общая характеристика.

В разделе 1 рассматривается проблема безопасности движения поездов на ж.д. транспорте. Безопасность движения - есть центральный системообразующий фактор, объединяющий различные составляющие ж.д. транспорта. Последнее время безопасности жизнедеятельности уделяется много внимания во всем мире. Существуют специальные службы (отраслевые и государственные), занимающиеся предупреждением и расследованием нарушений, охраной и гигиеной труда железнодорожников, внедрением технических, технологических и методических новшеств, способствующих повышению безопасности.

Считается общепринятым, что абсолютной безопасности на транспорте не существует. Поэтому можно говорить лишь об относительной безопасности или уровне безопасности. Рассматривая ж.д. транспорт как систему "человек-техника-среда", молено выделить четыре группы факторов, влияющих на эксплуатационную безопас-

иость: техника (неисправность пути и подвижного состава, отказы средств С ЦБ и связи, приборов безопасности, электроснабжения и др.); технология (нарушение и несоответствие законов, правил, предписаний, приказов, инструкций, плохие условия работы, противоречия между данной и инфраструктурой, недостатки эргономики, ошибки разработчиков технических средств, неправильные алгоритмы управления и др.); среда (неблагоприятные рельеф и метеорологические условия, природные катаклизмы, повышенная радиация, электромагнитные помехи и др.); человек, непосредственно управляющий техническими средствами и выполняющий обеспечивающие функции в условиях эксплуатации. Дан анализ функционирования службы безопасности движения на железных дорогах Украины, других стран.

Уровень безопасности любой сложной системы определяется уровнем безопасности ее наименее надежного звена, каковым в ЧМС является человек-оператор (машинист локомотива, дежурный по станции, поездной диспетчер и др.). Такая тенденция существует и имеет объективный характер. В диссертации приведены соответствующие статистические данные. Так в РФ за 1991-1994гг.- по вине человека произошло около 90% всех аварий и крушений, на Украине по официальной статистике этот процент в 1995-1996гг. составил -около 40%.

Поэтому следующий исторический этап решения проблем безопасности должен быть посвящен человеку. Гуманизация ж.д. транспорта - это вопрос и времени, и повышения культуры. Человек совершает ошибки, и это необходимо принять как должное. Человек имеет право на ошибку (конечно, речь идет не об умышленных нарушениях). Необходимо таким образом построить систему безопасности, чтобы минимизировать последствия от этих ошибок. Существующую на железнодорожном транспорте формулу "ошибка = вина = наказание" необходимо трансформировать в "ошибка = объективная реальность = необходимость автоматизации и дублирования".

Последние годы специалисты во многих странах приходят к выводу о необходимости более глубокого учета действий человека. При этом в литературе "человеческий фактор" понимается достаточно широко. В связи с этим разработана классификация понятия "человеческий фактор", показанная на рис.1. Выделенная пунктиром часть является предметом диссертационной работы.

Кардинальное решение проблемы обеспечения надежности человеческого звена возможно в двух направлениях: а)создание автоматических систем искусственного интеллекта; б) создание автоматизированных самообучающихся систем. Оба этих направление предусматривает глубокое исследование в области самоорганизующихся

систем. Поэтому раздел 2 диссертации посвящен анализу системы "человек-объект управления-среда" как самоорганизующейся.

На каждом уровне организации адаптивная система должна обеспечить адекватную форму отношений со средой для обеспечения равновесного состояния. В самоорганизующуюся систему поступает поток информации о состоянии окружающей среды, через который устанавливаются формы ее равновесного поведения. Все это позволяет представить систему " человек-объект управления-среда" в виде проточной системы. Существенными показателями процесса являются такие характеристики, как эффективность использования полученной информации (а) для обеспечения результативности (\у) адаптивного процесса, удельная скорость использования входной информации (М ), скорости потока событий (О).

Самоорганизующаяся система, которую можно определить как функциональную систему (Ф.С.), из потока информации v вырабатывает полезный продукт своей деятельности и в форме адекватных реакций для обеспечения равновесного состояния в среде пребывания. С одной стороны v представляет собой стационарный случайный процесс, и, естественно, несет в себе неточное отображение, а с другой - процесс ее переработки и усвоения требует определенного подкрепления (повторения) и практически из всего потока поступающей информации используется только часть. Уравнение изменения v имеет вид

Под V,, подразумевается объективно существующая концентрация информации в потоке среды.

Скорость образования адекватных форм стереотипного поведения можно записать так

— = -а?

(1)

(2)

где О и - количество незавершенных и практически не участвующих в обеспечении конечного результата (" вымываемых") образований адекватных реакций. Результативность поведения представлена формулой

В уравнениях (1) - (3) величина ¡л определяется так: .

и ■ V

" - T7W • <">

где /л т = max(//) \ К v - константа насыщения. Уравнения (1)-(4) описывают деятельность проточной системы. Для исследования особенности их решения произведен переход к безразмерному ВИД}'

¿И' 1 в ,

и v - р и ,

d t' к + v ' dv' . . 1

7+ /?0 -

i/r' к + v

dt' V а ) к + V '

а - и , v , , w п D ,

где и =-;V = —;w' = —;/? =-;Аг = —= t-^m.

V0 v0 v0 • v0

Исследована производительность системы

flzJ^iL, (5)

где и - стационарное значение и, определяемое из усло-

- dv r,-du n вии —- = 0;—- = 0.

dt dt

Определены оптимальное ß ,„ = 1 - ^ ^ ^ и

критическое

¡3 ь = -—-- значения приведенного входного потока, а также

к + 1

соответствующие значения производительности. Произввдитель-ность системы выступает как критерий подобия эквицотенциально-сти состояния. Имея определенные границы вариации, каждый из параметров может изменять вариацию производительности системы вцелом.

Получено условие физической реализуемости репродуцирующей системы: , к>0. Определены границы производительности Ф.С., при которых поддерживаются оптимальные адаптивные

возможности. Они находятся в точке К' = — К „, , где Я ,„ - максимальная производительность системы, которая определяется из (5) при подстановке Р = /?„ . К т соответствует норме поведения данной системы.

Было осуществлено моделирование проточной системы на ПЭВМ. Модель проточной системы позволяет определить возможности человека в зависимости от состояния среды, оценить его производительность, оптимальные условия работы..

Развитие адаптивной Ф.С. человека происходило в соответствии с той средой, в которой осуществлялся процесс эволюции. Поэтому возникшие в результате приспособления реакции, адекватные по силе, скорости и сложности их организации, соответствуют характеристикам того стационарного случайного процесса, в котором они формировались. Создание технических систем, направленных на расширение возможностей человека, привели к тому, что характеристики поступающего потока информации стали выходить за доступные границы возможностей человека. С повышенной интенсивностью могут справляться только отдельные индивиды, да и то в течении ограниченной продолжительности работы. Это существенно усложняет производственный процесс и создает проблему организации профессионального отбора. Таким образом, прежде чем контролировать действия человека следует определить, а осуществима ли вообще его задача , исходя из особенностей среды и самого человека. Это привело к необходимости рассмотрения вопроса неразличимости его оценочной деятельности.

При оценке действия окружающей среды происходит непрерывное сравнение поступающих по каналам информации сигналов. Рассмотрено отношение величин Р1 и Р2 (К=Р1/Р2) в некотором квазипространстве. Здесь К - критерий подобия в отношении сравниваемых величин. Введем обозначения координат квазипространства: у - сила проявления параметров сигналов и ¥2, х - качественная структура. В таком случае существует некоторое поле системообразующих взаимоотношений с диапазоном значений по х и у , в котором допустимы равновозможные значения результата деятельности (производительности) некоторой Ф.С.

Получено геометрическое место точек обладающее такими

2 ( « V Г « V ^

свойствами - у + * + -——j = ^ -——J . Это окружность Аполлония. Данные геометрические построения показывают, что одинаковый результат может быть получен при различных значениях параметров (вариация параметра в пределах состояния). Если теперь

добавить третье измерение - сложность системы (или состояние), то будет получен конус различимости сравниваемых характеристик, который доказывает, что в различных состояниях может присутствовать одно и тоже значение параметра Б1 (вариация параметра относительно состояния). Эти построения со всей очевидностью доказывают неопределенность оценки с помощью традиционных методов.

Таким образом возникает толерантность (размытость, неопределенность) параметра контроля. Реальные процессы всегда толс-рантны. Под толерантностью будем понимать нарушение закона транзитивности. Толерантность является показателем разброса относительно некоторой характеристики различных компонентов или показателем долевого участия в обеспечении конечного результата. В таком представлении связь между толерантностью и сложностью задачи была сформулирована в виде теоремы.

Теорема 1. В толерантном пространстве с заданным уровнем толерантности А 0 функциональная система имеет конечномерную сложность организации. Верно и обратное утверждение: для определенной сложности организации Ф.С. пространство системообразующих отношений должно обладать толерантностью, не превосходящей определенное значение А 0.

Данная теорема доказана с использованием теоретико - множественного метода размерных цепей.

Мультипараметрический характер формирования конечного результата позволяет представить этот результат в следующем виде

£ = ' Хг1 ' — ' Хс^6 > где %-,- параметры Ф. С., влияющие на результат; ~00 < Я, < 00 - степень влияния X, \ ' = 1, С.

Каждый Х\ может изменяться в определенном диапазоне (варьировать). Однако его вариация не может быть произвольной при обеспечении постоянства конечного результата. Это положение накладывает требование кратности частотных характеристик варьирующих значений, которое может служить показателем равновесия в системе. Нарушение кратности приводит к эффекту биения. Если удастся выделить и идентифицировать эти колебания, то удастся идентифицировать и выход системы за пределы равновесия. Для этой цели в работе предлагается использовать разработанную автором систему самонастраивающихся цифровых фильтров.

Раздел 3 диссертации посвящен разработке комплекса моделирования функциональной деятельности человека как самоорганизующейся системы. Для обеспечения непрерывной ответной адекватной реакции на изменение окружающей среды такая система должна обладать определенной структурной избыточностью. Если

деятельность системы стационарна, то происходит последовательная смена работы элементов системы. Если интенсивность процесса меняется - изменяется и последовательность включения элементов.

При наличии нескольких каналов обработки информации происходит "конкуренция" за доминирующее положение. Координация этого процесса является важнейшим условием функционирования. Снижение потенциальных возможностей системы проявляется в отклонении от некоторого стационарного равновесного состояния. Восстановление их работоспособности означает возврат к исходным нормам.

Эти два взаимопротивоположных процесса можно условно разделить на запрос и удовлетворение этого запроса. Их протекание связано с определенными "связанными" системами. Такого рода представления дают возможность построения математической модели взаимоотношения двух процессов: а) конкурентные взаимоотношения, б) запрос-удовлетворение.

Рассмотрим взаимоотношение двух "связанных" функциональных систем. Пусть активная деятельность первой функциональной системы проявляется в приеме информации и ее упорядоченной систематизации. Восстановление исходного состояния зависит от деятельности второй функциональной системы, которая функционирует за счет активности первой системы.

Тогда степень отклонения от равновесного состояния первой функциональной системы за время At можно представить как A/V, - ¿г1,Аг[(/)-Д/ — R , где сх > 0- коэффициент эффективности преобразования состояния при работе элементов первой системы; R - степень восстановления состояния первой системы благодаря второй.

Величина R является функцией интервала Л i и количества элементов второй системы N 2 (t). Так как степень активности второй системы определяется активностью функционирования первой системы, то величина R зависит и от N, (t). Тогда R = ó, ■ N t(t) ■ N 2(t) • At, где S, - коэффициент эффективности преобразований взаимообусловленных отношений N , и N 2 . Под-

В

ставив значение К^формулу для ANt , получим

A7V, = г.х ■ Nt(t) ■ At - St ■ N¡(t) ■ N2(t) ■ At. (6)

Восстановление равновесного состояния связано с N 2 (t), работающих в рассматриваемом интервале времени At . Вследствие конечного значения потенциального запаса вторая система снижает активность работы. Это соответствует уменьшению количества

N 2 (I) в активном состоянии на величину е 2 ■ N 2(1) ■ А1 . Что касается числа элементов, вступающих в активное состояние, то оно с точностью до коэффициента равно 3 2 ■ N ■ N 2(1) . Следовательно общее число включенных в работу элементов второй системы равно

^N2 = -£ 2 • ЛГ2(0 • Л / + 32 ■ N,0) ■ К2(1) ■ АЛ (7)

где $2 - коэффициент эффективности преобразования

взаимообусловленных связей в системе Л' 2 ; £2 - коэффициент выхода из активного состояния элементов N 2 . Перейдя в (6) и (7) к пределу, получим систему дифференциальных уравнений относительно N, и N 2

сИ

аи 2

= 5 2М , # 2 - е2Ы ,

(8)

Система (8) не имеет общего метода решения. Поэтому для нахождения стационарного решения воспользуемся методом фазовых координат. В результате получим уравнение Т/,"'2 -е"1*1 = С • Лг2" • с 1 , где С - константа, зависящая от начальных условий. Геометрическая интерпретация решения этого уравнения представляет собой семейство замкнутых кривых, стягивающихся в точку, которая соответствует стационарному равновесному состоянию и имеет координаты N 1ср - N 2ср - . В

О 2 О ,

непосредственной близости от ( ЛГ1<7, , N 2ср ) траектории близки к эллипсам.

Проанализируем устойчивость стационарного решения, используя для этого теорию флуктуаций. Полученное при этом решение относительно N¡и N 2

N , = ~ + -4=2= • Е ■ соэСу/Т^Тг + а);

3 2 ^е,

N 2 = + • Е ■ % т ( + а).

описывает эллипс с центром в О и с полуосями (Е8 х / д/а^, Е 5 2 / -у/с2 ) посредством периодического движения

2 я

(в положительном направлении) с периодом Т = , —. При

больших отклонениях от точки равновесия кривые, деформируясь, теряют форму эллипсов.

Такая система обеспечивает адекватную связь с окружающей средой, имеет определенный диапазон вариации частоты прохождения по циклу. Для соблюдения постоянства режима "запрос - удовлетворение" необходимо иметь определенный диапазон вариации частоты прохождения цикла. Это может быть обеспечено вариацией

произведения коэффициентов ■

Последние два десятилетия стала широко известна обобщенная модель Ципфа-Парето. Эта закономерность сводится к дробно-линейной зависимости и в частном случае к равнобочной гиперболе

А В

вида у ( х ) = —| ( а или х г = —— . В ряде работ был сделан

вывод об отсутствии связи и даже противоречии данного закона и гауссова представления. Оно состоит в резкой асимметрии параметров и эффекте концентрации соответствующих параметров на слишком малой по сравнении с нормальным законом числе элементов статистического массива.

Была найдена взаимосвязь между законом Ципфа-Парето и нормальным законом. Рассмотрим рис.2. Проведем в точках перегиба кривых У=Г( N, ) и Х=Г( N, ) прямые, параллельные соответствующим осям абсцисс. Получим точки пересечения А, В, С, Б соответственно. Если продолжить эти прямые в первый квадрант до пересечения с вершинами гауссовых кривых, то получим те самые особые точки гиперболы (Е и Р), в пределах которых закон Ципфа-

Парето верен. При изменении С1 получаем семейство гипербол и соответственно "желоб" из частей гипербол, где верен закон Ципфа-Парето.

Таким образом при моделировании процессов в самоорганизующихся и гуманистических системах законы Гаусса и Ципфа - Па-рето адекватно описывают их закономерности на промежутке между точками перегиба нормальной кривой. Эти точки, а также максимум нормальной кривой, определяют "особые" точки гиперболы, в пределах которых поддерживается оптимум взаимоотношений элементов системы.

Многокомпонентная структура взаимообусловленных отношений порождает статистический характер участия в организации ко-

печного результата. В основе этого процесса лежат конкурентные отношения, проявляющиеся в долевом присутствии двух характеристик: активизация своей деятельности и подавление конкурентов. Рассмотрим возможные варианты количественного соответствия элементов, отличающихся на некоторую величину и находящихся в одной среде. Предположим, что, начиная с некоторого момента времени V , качественная характеристика вновь появившихся элементов стала достаточно отличной от существующих. Обозначим их количество через Лг 2 , а количество элементов с предыдущими свойствами - через N , . Тогда в новых условиях для N 2 будет иная средняя скорость роста. Обозначим ее через > препятствующую способность по отношению к себе подобным - через ¡л 2 (2 >0), а на предшествующие элементы - у 2. В свою очередь элементы N, будут оказывать замедляющее действие на себя с коэффициентом /1, >0, на элементы N г - с коэффициентом у , , скорость роста характеризуется коэффициентом Л, . С учетом условия Л | , /II ,у,,Л 2 , // 2 , V 2 >0 их взаимодействие можно описать системой дифференциальных уравнений относительно их численности

= (Я, - - víN2)N¡■,

а 7

с1Н ^

—(Л 2 - ~

Проведем поиск равновесных стационарных решений с анализом устойчивости этих решений с использованием метода фазового пространства на плоскости в координатах _(Л^",, /V 2). Равновесное стационарное состояние реализуется в том случае, когда ЫЫ2

^ = — = 0. Возможны четыре варианта такого состояния, из

которых лишь одно характеризуется устойчивым равновесием - при Л | Л 2 Л . Л 2

-> -.-< -. Эти условия означают, что взаимоограничи-

^ М2 Их

вающее действие элементов группы N 2 на N , слабее, чем самих на себя и тормозящее действие N, на N 2 слабее, чем N, на самих себя в процессе увеличения их численности. '

Конкурирующие отношения были рассмотрены для двух групп элементов. Однако не нарушая общности эти рассуждения можно распространить на случай п групп.

Все возможные формы взаимоотношений между множествами элементов /V, и -¿V, были описаны девятью уравнениями, которые отражают последовательность перехода самоорганизующейся системы из одного состояния в другое, порождая определенный цикл в фазовом пространстве. Это представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Типы моделей взаимодействия

№ ГШ Тип взаимоотношений (модели) Влия ние Математическая модель

вида 2 на 1-й вида 1 на 2-й

1. Взаимоподавляющая конкурен-1Шя(отрицательная конкуренция) - - V,' = (Л,-V,

2. Запрос-удовлетаореиие - + =(Л, М2 =(-Л, +

3. Односторонне подавляющая конкуренция 0 - • ^,'=01,

4. Односторонне положительная конкуренция 0 + X' =(¿1 +

5. Совместно положительная активность + + ЛГ,' =(Я1-М1М1+У,М2)К1

6. Ракновссис 0 0 Л',' = (Л,

7. Запрос-удовлетворение - 2 + - N1 =(-Д,+1'1^2)Л',

8. Односторонне подавляющая конкуренция -2 - 0 ЛГ,' = (Л,-//,ЛГ,ЛГ, М2 = (Я2 - fJ2N2)N2

9. Односторонне положительная конкуренция - 2 + 0 N¡ N. N2 ={Х2-/и2И2)М2

В процессе взаимоотношения объекта со средой и его адаптации осуществляется систематизация (упорядоченность) компонентов окружающей среды. Существует два вида систематизации: интеграция (объединение компонентов) и дифференциация (расчленение компонента на составляющие). Осуществляется систематизация в соответствии с двумя принципами: конкурентных отношений; принципа

минимума. И интеграция, и дифференциация определяется различимостью операций по пространственным, временным и силовым характеристикам. Их степень зависит от существующей различимости среды.

Предположим, что во взаимоотношениях "запрос-удовлетворение" находятся некоторые сложные образования. Представляет интерес рассмотреть как при их количественном накоплении может произойти разделение сложной функции на две самостоятельные. Иными словами - как происходит внешнее отображение внутренних свойств в форме дифференцирования функций.

Не нарушая общности рассуждений предположим наличие компонентного запроса во взаимоотношении " запрос - удовлетворение ". Но степень различимости компонентного запроса (с) очень низка: Используя барицентрический подход, было получено уравнение, описывающее данный процесс -

(.г 2 + у 2 У - (х 2 - у 2 ) = с1 1 - -. Геометрические 2 16

построения представлены на рис. 3. Анализируя эту интерпретацию, можно увидеть хорошо выраженную закономерность в качественном изменении кривых. Когда различимость запросов мала, то они принадлежат одному множеству образов (случаи а),б),в)). Случай г) описывается двухфокусной лемнискатой. В данном случае можно говорить о бифуркации цикла. При дальнейшем увеличении различимости появляются два самостоятельных цикла, что соответствует дифференциации образов (или признаков) и образованию нового уровня.

Аналогично происходит объединение (интеграция).

Обобщим сказанное в виде теоремы.

Теорема 2. При определенном количественном накоплении однотипных элементом сложной природы происходит систематизация (дифференциация или интеграция) элементов в самостоятельные образования. Процесс внешнего отображения протекает в виде качественного перехода со строгим учетом уровня толерантности пространства событий.

Из приведенных основополагающих теоремы 1 (раздел 2) и теоремы 2 можно сделать следующие выводы. Между сложностью организации системы и ее устойчивостью существует обратная зависимость. Чем проще система, тем выше ее устойчивость, ё наоборот. При этом существует определенный диапазон оптимального ( рационального) сочетания сложности и устойчивости. Он определяется уровнем толерантности среды.

Решение проблемы контроля состояния человека непременно приводит к проблеме нормы. Поэтому в разделе 4 диссертации дан анализ понятия нормы, формализовано понятие индивидуальной

нормы н функционального оптимума поведения человека. Стремление дать определение понятия "нормы" привело к самой разнообразной его трактовке.

В настоящее время в медицине используется среднестатистические нормы. Их использование основано на измерении параметров определенных физиологических систем организма и сравнении с существующей среднестатистической нормой.

Оценка текущего функционального состояния традиционными методами с использованием среднестатистических норм носит условный характер. Причины этого в том, что не учитываются: а) вариация математического ожидания статистики в зависимости от количества популяции, времени года, местности, возраста и др.; б) вариация границ изменения статистики для групп лиц с различной степенью патологии, утомления, темперамента; в) вариация текущего состояния человека за время контроля.

Таким образом одни и те же значения контролируемых параметров могут быть в разных состояниях, а с другой стороны - в одном и том же состоянии имеется диапазон изменения контролируемого параметра. Выйти из данного противоречия традиционные методы не могут.

Кроме того данные методы предусматривают наличие медицинских приборов и датчиков на теле человека (это усложняет задачу управления) и не учитывают противоречивый характер изменения нормы поведения конкретного организма.

В отличии от традиционного подхода в данной диссертационной работе норма понимается не как набор стандартных критериев, а как процесс, определяющий оптимальный режим функциональной деятельности. Проведенный анализ общих принципов функциональной деятельности показывает, что при оценке состояния системы по результатам поведения конкретного параметра будет наблюдаться изменение его характеристики соответственно каждому состоянию, а в пределах состояния должны наблюдаться вариации, которые отражают степень его эквипотенциальных взаимоотношений в существующем мультипараметрическом комплексе. В таком случае норма состояния будет характеризоваться наиболее широкими границами вариации (рис.4а) и более равномерным распределением значения контролируемого параметра в пределах этих границ, так как в этом случае наблюдается максимальная взаимозаменяемость в мультипа-раметрических отношениях и возникают условия оптимального сохранения режима работы.

Если состояние оценивать по конечному результату деятельности системы, выделяя для контроля один из параметров результата, то задача определения нормы и степени напряженности текущего

состояния становится разрешимой. Принцип конечного результата и принцип статистического поведения позволяют иметь характеристику текущего состояния. Согласно принципу изоморфизма характер мультипараметрических отношений не меняется при изменении состояния.

Относительно нормы состояния есть зона максимальной различимости, которая может быть расценена как зона оптимума функциональной активности. Огибающая диапазонов различимости для параметра конечного результата Р — Р\ описывается гауссовым законом

VLzEilL

1 2S,'

<»>

(рис.4б) до точек перегиба. Диапазон FOpt = [-£,,+ !,] - назовем зоной функционального оптимума (ФО). Принадлежность величины различимости для Н = Н' зоне ФО, то есть (Я ', v а г {р}) s FOpt указывает на то, что потенциальная энергия системы адекватна изменениям среды и компенсаторные механизмы системы обеспечивают достижения результата деятельности на приемлемом для данной системы уровне. А диапазон вариации параметра указывает на степень напряженности организма, то есть на его состояние.

Эмпирические данные показывают также, что в (11) М , ф const., а в свою очередь является функцией напряженности - М , = М, (I I). Этот же факт теоретически обосновывает теорема Фоккера - Планка. Изменение М, описывается логистической кривой (рис.4г).

Приведенные выше рассуждения касались лишь одного значения параметра результата (р= рх). Однако существует диапазон проявления параметра р е [ р m]I1 , р П1И J = Р . Поэтому, если построить зону ФО для каждого значения р е Р , то получится поверхность (р, FOpt (р)) имеющая форму седла, в общем случае несимметричного. Полученная поверхность функционального оптимума есть функция &°pt = fep, ( р, F Op t).

Таким образом, относительно нормального любое состояние может быть оценено степенью его напряженности. Причем количественные характеристики состояний с одинаковой степенью напряженности у различных индивидуумов могут совершенно не совпа-

дать и, наоборот, различная напряженность состояния может иметь одинаковые количественные характеристики, выраженные через численные значения контролируемых параметров.

Итак стремление определить норму привело к двоякой ее трактовке: а) как количественный критерий; б) как процесс. Одним из наиболее глубоких представлений нормы для живых систем является характеристика ее как функционального оптимума. В выдвинутой концепции оптимального состояния норма трактуется как интервал оптимального функционирования системы с подвижными границами. В рамках этого интервала сохраняется оптимальная связь со средой и согласование всех функций системы.

Поскольку природа "беспрестанно экспериментирует", а человек "постоянно приспосабливается", то естественно эволюционирует и норма. Ведь она же по принятому в работе определению есть процесс. А следовательно изменяется ( эволюционирует) как форма так и местоположение в пространстве зависимости

<?°р' =fopt (р, FOpt) . В работе проанализирова и описана динамика изменения нормы.

Раздел 5 диссертации посвящен разработке обобщенной структуры автоматизированной системы контроля деятельности человека на ж.д. транспорте по его индивидуальной норме. Выделены два вида контроля: постоянный (непрерывно в течении всей смены) и периодический (конечное число раз в течении смены).

Формализован алгоритм текущего контроля функционального состояния человека оператора. Рассмотрен случай вырожденного диапазона проявления параметра контроля, когда Р=[р]. За период контроля [ |, ? ] осуществляется

7 = INT[ ^ disk замеров значении параметра конеч-

ного результата (p],p2,---,pi )и его вариации var р, = р - pi с определенной частотой дискретизации по времени У",/,.,* . Далее вычисляется среднее арифметическое вариации и среднеквадратичное отклонение. Эти две характеристики полностью описывают нормальное распределение N (< var р >,<т varj,) величины var р,.

N{< var р >,<rvar/,), взятое между точками перегиба, сравнивается с FO pt(M , 2 ) . Если

°"var (12)

то человек находится в зоне функционального оптимума и он работоспособен; если

(И)

то имеется тенденция к ухудшению состояния, необходимо дать отдых человеку для восстановления потенциала и передать управление в определенных пределах системе-дублер, если это возможно. Продолжать контроль за значением var р1 ,если выполняется (12) -система-дублер может быть отключена, а сам человек готов управлять объектом или процессом. Если же

22 < О"var р , (14)

то человек неработоспособен. Следует отстранить его от управления транспортным средством и с помощью системы-дублер совершить плавный или экстренный останов технологического процесса. Это означает, что поведение человека неадекватно и неотстранение его может повлечь за собой непредсказуемые последствия.

Теперь рассмотрим случай, когда диапазон проявления параметра невырожден, то есть Р — [.Ргшя > Ртах ] и значения параметра р распределены равномерно по диапазону. Осуществлена дискретизация диапазона с шагом 8 g . То есть диапазон Р представлен состоящим из L+1 значений /><1} = рпт ,ра) = ртт + Sg, Р<3) = Рш i„+2<^,... , pa + l) = pmiB + LS g . Величина 8 g „е должна превышать диапазон толерантности. При этом значение р также равномерно распределены по дискретам р0), р(1>, ... ,

Как и в случае вырожденного Р за интервал контроля [ t'k 1' ' "2 ] будет осуществлено I измерений pi,p2,...,pl. Затем вычисляется вариация р, var р, = р, (/) - Р, ,которая соотносится

тому или иному р(1>, где 1=1, 2, ... , (L+1). Здесь p(t) представляет собой оптимальную траекторию управления.

Обозначим через М'= {//1,// ^,...} множество, элементы

которого являются var pi , близкие к р<1}; через М2 = {/л\,/л\,..} - множество, элементы которого являются var р. , близкие к р(2); . . . ; через М/ + 1 = ^f4"1,//^',--.} -

множество, элементы которого являются var р1 , близкие к р'1'" . Тогда процесс сортировки уаг р1 , уаг рг ,..., уаг р! по множествам М 1 ,М 1 , ... ,М осуществим по правилу: уаг р( е М ' ,

если |р, - р<0 (0| < ■ После того, как сортировка закончится,

определяем среднее арифметическое и среднеквадратичное отклонение по формулам

= (15)

(7

¡ту^-^р),}

~ 1Г |м'|-1 ' (16)

где | М ' | - мощность "заполненного" множества М'. Формулы (15) и (16) задают для всех идентифицированных 1 поверхность проявления реакции человека или пространство его состояния. Далее сравнивается полученная поверхность,

уаг р > I, а уаг р! ), I - 1, (ь + 1) с поверхностью функционального оптимума РОр1 {/?} по всем р^или выборочно по некоторым.По формулам (12) - (14) производится оценка функционального состояния человека.

Но возможна не только оценка в результате контроля, а и прогноз ухудшения состояния. Время работы человека зависит от напряженности его состояния. В норме время работы практически бесконечно. В других состояниях компенсаторные свойства организма не могут поддерживать равновесное взаимоотношение со средой пребывания длительное время. Разработан алгоритм прогнозирования работоспособности человека- оператора с применением аппарата теории репродуцирующих систем, который позволяет прогнозировать ухудшение функционального состояния на отрезок времени до 1,5 часов.

Сформулированы требования и синтезирована автоматизированная система контроля функционального состояния.

Определены основные направления внедрения результатов диссертации на ж.д. транспорте. Это:

1. Профессиональный отбор в двух разновидностях:

а) на основе индивидуальной нормы; б) психофизиологический.

2. Обучение. Выделены два аспекта обучения:

а) введение специальных дисциплин в учебных заведениях ж.д. транспорта; б) автоматизированные обучающие системы и тренажеры. Сформулированы основные требования к тренажерам.

3. Автоматизированный контроль текущего состояния. Предлагается такая реализация данного вида контроля:

а) бортовая система внутрирейсового контроля состояния машиниста; б) встроенная система контроля текущего состояния по голосу; в) автоматизированная система прсдсмепиого и внутрисменного контроля ж.д. операторов.

В разделе 6 диссертации представлены конкретные реализации технических систем контроля состояния железнодорожников на основе индивидуальной нормы. Здесь нашли отражения работы, выполненные под руководством автора и внедренные или внедряемые в производство:

- компьютерный тренажер машиниста метропоезда;

- автоматизированная система психофизиологического профессионального отбора машинистов локомотива "Профотбор";

- автоматизированная система контроля состояния ж.д. оператора по деятельности сердечно - сосудистой системы;

- автоматизированная система контроля текущего состояния оператора "Таблицы".

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Решена задача формализации контроля функционального состояния ж.д. оператора как самоорганизующейся системы во взаимосвязи со средой на основе его индивидуальной нормы. При этом:

]. Установлено, что воздействие технических средств в сочетании со средой на организм человека способствуют выходу его за границы оптимального функционирования, что приводит к неадекватной оценке человеком результатов управления техническими средствами. Это и является основным источником ошибок человека. Существующая на ж.д. транспорте формула "ошибка = вина = наказание " должна уступить место формуле " ошибка = объективная реальность = автоматизация деятельности".

2. Доказано, что существующие средства контроля звена "человек" в человеко-машинных системах малоэффективны и условны, так как основаны на среднестатистических нормах оценки состояния организма и не учитывают его индивидуальных особенностей. Обеспечение безаварийной работы человеко-машинных систем на

железнодорожном транспорте требует контроля за деятельностью человека, основанного на индивидуальной норме и допустимой степени напряженности текущего состояния относительно этой нормы.

3. Кардинальное решение проблемы надежности человека на железнодорожном транспорте возможно путем создания автоматических "интеллектуальных" систем, полностью заменяющих человека либо путем непрерывного контроля состояния человека с частичной автоматизацией его функций в случае выхода его состояния за пределы нормы. Оба эти направления требуют более глубокого анализа поведения человека как самоорганизующейся системы.

4. Исследование операторской деятельности железнодорожников позволяет установить ряд важных положений, достаточных для создания автоматизированных систем контроля в человеко-машинных системах. Принципиальной особенностью таких систем является представление их в виде проточных репродуцирующих процессов в толерантных пространствах.

5. Сформулирована теорема о конечномерности задачи управления в толерантном пространстве. Доказана обратно пропорциональная связь между уровнем толерантности самоорганизующейся системы "человек-объект управлення-среда" и сложностью задачи, стоящей перед человеком-оператором. Это дало возможность доказать объективность человеческой ошибки.

6. Сформулирована теорема о принципе накапливания стереотипных форм поведения в самоорганизующейся системе. Он осуществляется путем сжатия отображения окружающей среды, а сами действия являются внешним отображением стереотипных форм поведения. Степень совпадения этих отображений и определяет эффективность поведения " интеллектуальных" систем.

7. На основании приведенных теорем установлено, что на базе стереотипных форм поведения в конкретном толерантном пространстве формируется новый "вертикальный" уровень поведения или порядок, который основан на аналогичных принципах толерантности.

8. Множество различных вариантов взаимообусловленных отношений в поле системообразующих факторов описано девятью моделями. Последовательность их инициализации представлена вероятностным графом и определяется шагом изменения коэффициентов моделей. Скорость и диапазон изменений характеризуется толерантностью среды.

9. Количественное распределение возможных стереотипных форм поведения "интеллектуальной" системы имеет статистический характер , что определяет понятие нормы поведения и зоны функционального оптимума, соответствующих устойчивым формам отношений.

10. Установлена связь между нормальным распределением, распределениями Ципфа-Парето и кривыми второго порядка. Это дало возможность установить зону оптимальных взаимоотношений сложности и толерантности в самоорганизующихся системах.

11. Получен функционально полный набор модельных построений. С его помощью могут быть адекватно описаны процессы в самоорганизующихся системах. Наиболее жизнеспособные из них находятся в определенном интервале пространства событий, характеризующимся оптимальным соотношением сложности и устойчивости.

12. Разработанные модели позволили синтезировать метод оценки индивидуальной нормы, которая определяется по проявлению конечного результата профессиональной деятельности человека-оператора.

13. Разработан прогностический алгоритм оценки состояния человека в человеко-машинной системе и степени риска в его функциональной деятельности. Это позволит за 1,5 часа предсказать ухудшение состояния человека ниже предельного.

14. На базе методики оценки индивидуальной нормы и функционального оптимума поведения предложена обобщенная структурная схема автоматизированной системы контроля деятельности человека-оператора с частичной автоматизацией его функций, которая является основой для применения в различных профессиях железнодорожного транспорта.

15. Определены основные направления снижения уровня нарушения безопасности движения поездов по вине человека: внедрение объективного профессионального отбора, автоматизированные обучающие комплексы, обучение в вузах, автоматические системы непрерывного контроля состояния человека на основе индивидуальной нормы с частичной заменой его в случае необходимости.

16. Разработанные теоретические положения реализованы в виде тренажера для машиниста метро, системы контроля за состоянием человека по показаниям сердечно-сосудистой системы й психофизиологическому тесту, в компьютерном комплексе профессионального отбора для профессий, связанных с безопасностью движения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ТРУДОВ

1. Разработка и отладка программы решения транспортных за-дач:Учебное пособие/ И.Г.Филипненко, В.Н. Самсонкин, В.В.Карасюк, В.С.Меркулов.- Харьков: ХИИТ, 1988,- 112с.

2. Программирование на языке БЕЙСИК: Учебное пособие/ И.Г.Филиппенко, В.Н.Самсонкин, В.В.Карасюк, B.C. Меркулов. -Харьков: ХИИТ, 1988,- 91с.

3. Филиппенко И.Г., Самсопкин В.Н. Об одном подходе к построению самонастраивающейся цифровой системы // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. Вып. 51.-Харьков: BILL- 1977.- С.85-88.

4. Самсонкин В.Н., Филиппенко И.Г. К вопросу применения теории конечных автоматов для моделирования работы адаптивной системы // Автоматика. - 1983,- №12.- С.43-46.

5. Филиппенко И.Г., Самсонкин В.Н., Карасгок В.В., Меркулов

B.C. Методика исследования нейроподобных однородных вычислительных структур //УСИМ.-1986,- №6,- С.29-33.

6. Самсонкин В.II., Панарин C.B., Фисько И.М. О проведении психофизиологического профессионального отбора с помощью автоматизированной системы на базе ПЭВМ // Элементы и устройства современных систем железнодорожной автоматики и телемеханики. -Харьков: ХИИТ.- 1993.- С.31-34.

7. Самсонкин В.Н. Контроль текущего состояния человека-оператора на железнодорожном транспорте // Микропроцессорные информационные управляющие системы на ж.д. транспорте. - Харьков: ХИИТ,- 1994.-С. 31-38.

8. Самсонкин В.Н. Основные направления деятельности научно-исследовательского и учебного центра по проблемам транспортной медицины // Проблемы железнодорожной медицины: человеческий фактор в вопросах безопасности на железнодорожном транспорте. - Харьков: ХИИТ.- 1995,- С. 11-16.

9. Самсонкин B.IL, Демченко О.Ф., Мережко В.А. Психологический компьютерный тренажер для машинистов метро // Проблемы железнодорожной медицины: человеческий фактор в вопросах безопасности на железнодорожном транспорте. - Харьков: ХИИ'Г.- 1995,-

C. 25-28.

10. Самсонкин В.Н., Мережко В.А. Имитационная динамическая модель восприятия движения// Системы информационного взаимодействия. - Харьков: Основа. - 1995.- С.53-59.

11. Самсонкин В.Н. Компьютер обучает экономить// Железнодорожный транспорт. - 1995.- №19,- С. 54-56.

12. Самсонкин В.Н. Влияние человеческого фактора на безопасность в автоматизированных системах //Новые технологии в ма-шипостроепии.Часть2. -Харьков: Основа. -1995. -С.40-43.

13. Соболев Ю.В., Самсонкин В.Н. Функциональный подход к оценке состояния системы// Информатизация и новые технологии. -1995.-№3-4.-С. 29-33.

14. Самсопкин В.Н. Диагностика работоспособности железнодорожных операторов: проблемы и решения// Информационно-управляющие системы на ж.д. транспорте. - 1996.- №1-2.- С. 28-35.

15. Друзь В.Л., Самсонкин В.Н., Панарин С.В. Об одном способе контроля текущего состояния человека на железнодорожном транспорте//Информационно-управляющие системы на ж.д. транспорте. - 1996,- №3-4,- С.56.

16. Самсонкин В.Н. Индивидуальная норма в железнодорожной медицине//Информационно-управлягощие системы на ж.д. транспорте. - 1996,- №5. - С.10-13.

17. Самсонкин В.Н., Фисько И.М. Прогнозирование надежности железнодорожных опсраторов//Информационно-унравляющие системы на ж.д. транспорте. - 1996. - №5; - С.54-55.

18. Самсонкин В.П., Фисько И.М. Человеческий фактор в условиях эксплуатации современных информационных ресур-сов//Информационные технологии на ж.д. транспорте. - С.Петербург: ВШ. -1996.- С. 34-38.

19. Merezko V.A., Nemchenko V.P.-, Samsonkin V.N., Sobolev Iu.V. Computer for Lokomotive Driver//Automática.- 1997.20. Самсонкин В.Н. Определяющий фактор надежности систе-

мы//Управление и связь. - Харьков: НАНУ, ПАНИ, ХВУ.-1997.-С.21-26.

21. Самсонкин В.Н. Прогнозирование работоспособности человека-оператора в автоматизированных системах// Информатизация и новые технологии. - 1997 - №1.- С. 17-19.

22. Самсонкин В.Н. Самообучающаяся система - дублер чело-века-оператора//Информационные системы. - Харьков: НАНУ, ПАНИ,ХГУ,- 1997,- С.30-33.

23. Самсонкин В.Н., Соколов А.И. Безопасность движения - на повестку дня//3алпничний транспорт Украши. -1997.-N4.-С.19-23.

24. Druz V.A., Sobolev Y.V., Samsonkin V.N., Nemchenko V.P. A human operator statc control based on a individual norm of functional behavour// The 6th IFAC-Symposium on automated systems based on human skill.- Kranjska gora (Slovenia).- 1997.- P.79-81.

АННОТАЦИИ

Самсонкш B.M. Теоретичш основи автоматизованого контролю людського фактора в гаодино-машинних системах на 3aJi¡3HH4HOMy транспорт!. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття паукового ступеня доктора техшчпих наук за спещальшстю 05.22.08 - експлуаташя зшпзничного транспорту. - Харк1вська державна академ1я зшизиичного транспорту, Харюв, 1997.

Розроблеш георетичш основи контролю та ощнки стану люди-пи-оператора на залвничному транспорт! на ochobí шдишдуалыю!

норми. /{¡яльшсть людини розгляиуто во взасмозв'язку з середови-щсм в толерантному простор! прийняття pin 1С пня. Людина описана самоорганизуючою системою. Зформульоваш та доведет дв! теоре-ми, як! визначають взасмов1Дносини м:ж поняттями толерантшеть, складшсть та стншсть системи. Формал1зоваш поняття ¡иди Biдуально! норми i функциональному оптимуму. Упровадження цього напрямку дозволить знизити р1вень порушень безпеки.

Клгочов! слова: людський фактор, норма, толерантшеть, кнщепий результат, самооргашзуюча система, контроль.

Samsonkin V.N. Theoretical bases of human factor automatic control in a man-mashine systems on the rail-way transport.-Manuscript.

The thesis is presented for a doctor's degree of technical science. The speciality code is 05.22.08 - exploitation of the railway transport-Kharkov state academy of railway transport, Kharkov, 1997.

Theoretical bases of control and estimation of a railway human operator state on the base of individual norme was developed. Man activity with environment correlation are devoted in the tolerant space of making decision. A man are devoted as a selforganising system. A two theorems determining the correlation between the notions - tolerance, complexity and stability of system has been formulated. The notions - individual norme and functional optimum were formalized. Instil of this technique allows to fall a level of safety violate.

Key words: human factor, norm, tolerance, final result, selforganising system, control.

Самсонхин B.H. Теоретические основы автоматизированного контроля человеческого фактора в человеко-машинных системах на железнодорожном транспорте. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.08 - эксплуатация железнодорожного транспорта. - Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 1997.

Разработаны теоретические основы контроля и оценки состояния человека-оператора на же л ез по до р о ж ном транспорте на основе индивидуальной нормы. Деятельность человека рассмотрена во взаимосвязи со средой в толерантном пространстве принятия решения. Человек описан самоорганизующейся системой. Сформулированы и доказаны две теоремы, определяющие взаимоотношение между понятиями толерантность, сложность и устойчивость системы. Формализованы понятия индивидуальной нормы и функционального оптимума. Внедрение этого направления позволит снизить уровень нарушений безопасности.

Ключевые слова: человеческий фактор, норма, толерантность, конечный результат, самоорганизующаяся система, контроль.

Рис. 1 - Основные составляющие человеческого фактора в безопасности движения

•ис. 2 - Интерпретация взаимодействия законов Гаусса и Ципфа - Парето

- эквипотенциальный уровень, отражающий соотношение удовлетворителя и возникающего запроса;

- вероятность проявления или численное взаимоотношение ( элементов запроса и удовлетворения в определенном

диапазоне;

- предельный цикл "запрос - удовлетворение".

Рис.з - Формы дифференциации одного множества в два

Рис, 4

- Зависимость диапазона вариации ошибки различимости конечного результата от напряженности

г)

к M

О

H