Введение

Актуальность исследования. Развитие интеллектуальных систем управления является очень важной задачей настоящего времени, времени компьютеризации и интеллектуализации обширных областей нашей жизни времени, когда классическая теория автоматического управления уже не в состоянии решить современные проблемы управления. На стыке современной теории управления и искусственного интеллекта активно формируется и совершенствуется область исследований и разработок, называемая интеллектуальным управлением.

Одна из актуальнейших областей безопасности человека и природы современности – проблема «человек-машина» представляет собой комплекс вопросов изучающих взаимодействие человека с машиной или сложной техникой в единой системе. Основные из них: исследование возможностей «человека-оператора» в системе «человек – машина» (СЧМ), оптимизация распределения функций между человеком и машиной, инженерно–экологические, – эргономические, – психологические исследования СЧМ, анализ энергозатрат «человека–оператора» в СЧМ, исследование управляемости СЧМ и теоретических основ безопасности управляемости сложных технических систем и др. Изучение возможностей человека в СЧМ предполагает определение рабочих характеристик человека-оператора, представляющих собой математическое описание (модель) его поведения, энергозатрат, границ применяемости модели и т.д. В этом случае должны быть исследованы все каналы приема и передачи информации (зрение, слух, речь, осязание, обоняние).

Функции человека заключаются в приеме и обработке получаемой информации и передачи команды машине (техническому средству). Рабочие характеристики СЧМ получают экспериментально. Они включают в себя такие характеристики как обучение оператора, повышение не только его знаний, но и навыков управления СЧМ, адаптация к изменениям рабочих ситуаций. Распределение функций между человеком и машиной рассматривается с позиции участия человека в производственном процессе: либо это системы без его непосредственного участия в выполнении рабочих операций (например, осуществление контроля и профилактики неисправностей), либо с непосредственным участием (например, управление транспортным средством). Оценка качества и системы безопасности управления СЧМ – это проблема непосредственно связанная с человеком и решать ее надо с учетом специфики человеческих факторов.

Наличие критериев качества СЧМ позволяет оптимизировать распределение функций между человеком и системой управления.

Проблема состоит в выявлении того, как организованы в концептуальных моделях у оператора сведения о технических и технологических характеристиках, а также взаимодействиях команды операторов ЧМК. Эта проблема остаётся к настоящему времени недостаточно изученной и является актуальной. На важность изучения организации сведений и знаний, содержащихся в памяти человека, указывалось в когнитивной психологии. Отмечалось, что эффективность применения имеющихся у человека сведений и знаний зависит от их организации в памяти.

Человек-оператор, обладая уникальной способностью принимать правильные решения в обстановке неполной и нечеткой информации, является обязательным звеном интеллектуальной системы управления. Эффективность функционирования таких систем зависит от успешной деятельности человека. Следовательно, возникает задача математического моделирования работы человека-оператора, которая может быть успешно решена с привлечением методов нечеткой логики.

Цель работы – показать возможность использования современной модели принятия решения человеком-оператором.

1 Механизмы управления организационным поведением

При включении человека в контур управления возникает необходимость управлять объектом (будем далее называть такие объекты управления экономическими агентами или сокращенно агентами), который:

субъективизирован и действует в соответствии с собственными интересами и предпочтениями – принцип рациональности;

не полностью известен субъекту управления (будем далее называть его Центром) – принцип асимметричной информированности;

может обманывать и не делать того, что от него хотят.

Терминология «Центр – агент» удобна и традиционно применяется при рассмотрении механизмов управления [5,].

Механизм управления – это совокупность правил и процедур принятия Центром решений, влияющих на поведение активных экономических агентов – в частности, сообщаемую ими информацию и выбираемые ими действия. В дополнение к рассмотренным ранее задачам управления существует еще одна задача Центра – разработка механизма управления и выбор действий в соответствии с этим механизмом [5] (см. рис. 1).

Рисунок 1 - Функции управления, механизмы управления и организационное поведение

При заданном механизме управления можно выделить три основных этапа в подготовке и реализации управленческих решений:

1) формирование данных для принятия решений;

2) принятие решений;

3) реализация принятых решений.

Охарактеризуем эти этапы более подробно.

1. Формирование данных для принятия решений. Как правило, информацию, необходимую для принятия плановых решений на будущее, Центр получает от агентов. Здесь его подстерегает опасность получить недостоверную информацию (агенты могут либо «приукрасить картину», либо «сгустить краски»). Безусловно, Центру хотелось бы иметь механизм управления, при котором экономическим агентам, как рациональным «экономическим людям», имеющим свои предпочтения (стремящимся максимизировать собственную функцию полезности), выгодно быть честными. Такие механизмы называются механизмами «честной игры» (неманипулируемыми механизмами). Выгодно быть честными агентами только в одном случае – когда сообщаемая ими информация не используется им же во вред. Это и есть основное свойство механизмов честной игры.

2. Этап принятия решения. На втором этапе Центр должен принять эффективное решение. Это уже зависит только от самого Центра: не можешь – учись, не научился – будешь сменен более умелым. Здесь ключевой компонент – управленческие компетенции Центра.

3. Этап реализации решения. Наконец, на третьем этапе принятое Центром решение агенты должны выполнить. Опасность, которая подстерегает Центр здесь, это нереализация (или неполная реализация) принятого решения. Механизмы, при которых агентам выгодно (опять же с точки зрения их собственных предпочтений) выполнять принятые Центром решения, называются согласованными механизмами. Согласованные неманипулируемые механизмы называются правильными механизмами. Конечно, идеалом является ситуация, когда оптимален именно правильный механизм (то есть, он является наиболее эффективным) – см. рис.2, на котором затенено множество правильных механизмов[3,].

Рисунок 2 - Согласованные, неманипулируемые, оптимальные и правильные механизмы управления

Поиск неманипулируемых, согласованных механизмов управления, анализ условий их оптимальности – все это является предметом теории управления организационными системами.

На объект управления воздействует субъект управления, то есть через людей или, другими словами, подчиненных.

Воздействовать в организации можно только через передачу информации (указания, сообщения, документы и т.д.). Можно рассматривать управление как процесс постоянного получения, переработки, выработки и передачи информации.

Для того чтобы было легче воспринять сам процесс управления, существует модель «Контур управления»  (рис. 3). Именно она отражает всю цикличность действий руководителя и острую необходимость четко следовать заданной последовательности действий.

Рисунок 3 - Модель «Контур управления»

Как видно, модель «Контур управления» помогает представить управление как целостный процесс и более конкретно определяет работу руководителя.

Четыре ключевых элемента процесса управления отражают, что любая деятельность:

начинается с постановки цели  (1-ый этап контура управления),

после этого необходимо спланировать действия по достижению этой цели и организовать реализацию этих действий (2-ой этап контура управления);

после чего руководителю важно сосредоточиться на мониторинге и контроле промежуточных результатов и эффективности процесса  (3-ий этап контура управления);

для своевременного внесения корректирующих действий в случае отклонений (4-ый этап контура управления).

Постановка целей, планирование и контроль часто относят к разряду рациональных процессов. Термин «рациональный» используется скорее в значении «логичный и структурированный», чем основанный на интуиции или суждении.

Для того чтобы стать эффективным менеджером, прежде всего необходимо понять рациональные принципы, на которых основаны все этапы контура управления[1,].

Этапы Контура управления.

Этап №1. Установите цели

Методика постановки smart целей

Цель - это модель желаемого результата в конкретной точке будущего.
Методика постановки smart-целей - самая известная в целеполагании. В переводе с английского «smart» означает «умный» с оттенком «хитрый», «смекалистый». В нашем случае это слово является аббревиатурой, которую ввел Питер Друкер. 
smart содержит в себе 5 критериев постановки целей:

Критерии цели:

S (specifik) - конкретными - ясными и четкими в отношении того, что должно быть достигнуто

M (measurable) - измеримыми - указывать, в чем и как будет измеряться успех

A (agreed) - согласованными - с целями и миссией организации и с любым, кто может повлиять на результат ее достижения

R (realistik) - реалистичными - достижимыми с учетом имеющихся ограничений

T (timed) - определенными по времени - для достижения цели устанавливается необходимое время

Этап №2. Составьте план, определите параметры и смело выполняйте задачи.

Прояснив, что нужно сделать, важно спланировать действия, а затем начать выполнять их. На данном этапе полезно определить «параметры», чтобы иметь критерии для оценки продвижения к цели. Обычно эти параметры выводятся из плана и показывают, что запланировано достичь на конкретную дату.

Таким образом, планирование - это процесс определения того, что делать и как это делать, чтобы достичь некой цели

Важные инструменты планирования:

Карта памяти - первичный инструмент планирования, который служит для определения задач, которые следует выполнить

Дерево задач позволяет определить контрольные показатели деятельности, которые необходимо отслеживать при реализации плана

Диаграмма Ганта (Ganttchart) позволяет составить рабочий план действий и распределить людей и другие ресурсы, необходимых для выполнения задач

Этап №3. Обязательно проводится мониторинг движения к цели

Недостаточно просто определить эти параметры: необходимо убедиться, что требуемое продвижение действительно ЕСТЬ. Для этого на всем протяжении задачи или проекта следует проверять, что происходит, и сравнивать реальное продвижение с параметрами. 

Мониторинг включает в себя обращение к целям, поставленным на этапе 1, и сопоставление реального продвижения с планом. Он состоит из 4-х основных шагов:

Шаг №1     Определение стандартов - их можно назвать показателями (критериями) оценки деятельности.

Шаг №2     Создание инструментов для оценки деятельности - они могут включать в себя стандартные статистические отчеты или другие механизмы получения обратной связи, такие как отчеты о степени удовлетворенности персонала или потребителей.

Наблюдение и личное участие.

Регулярная отчетность.

Отчет об исключительных ситуациях.

Опросы и обсуждения. Учетная документация и стандартная статистика.

Шаг №3     Сопоставление текущих результатов деятельности с установленными стандартами.

Шаг №4     Принятие соответствующих корректирующих мер, если ситуация развивается не по плану.

Этап №4. Действие в соответствии с результатами мониторинга

Отслеживая продвижение, можно выявить, что все значения параметров достигнуты, но чаще выявляется несоответствие продвижения запланированному уровню или даже то, что в процессе работы изменились ее цели.

Здесь есть 3 варианта:

№1. продолжить работу без изменений;

№2. пересмотреть задачи или изначально общие цели (если у Вас достаточно полномочий);

№3. продолжать процесс мониторинга и проверки текущего состояния дел, принимая решения и изменяя план, если это необходимо.

Такое движение по контуру управления продолжается до тех пор, пока задача не будет выполнена[2,].

Таким образом, что залог успеха оператора зависит и от системного использования «Контура управления» в практической деятельности.

Глава 2 Деятельность оператора в системе «человек-машина»

2.1 Деятельность оператора и ее особенности

Согласно принятым в отечественной инженерной психологии взглядам, человеку-оператору отводится в управлении техническими системами роль ответственного субъекта, то есть признание за ним права и возможности принятия самостоятельных решений с одновременным возложением ответственности за их последствия.

Для реализации такой роли у человека-оператора должна быть сформирована концептуальная модель технического объекта и технологического процесса – осознанное представление о его функционировании, программах управляющих воздействий и иных сведениях, необходимых для управления и контроля происходящих в системе изменений. При этом содержание концептуальных моделей составляли, прежде всего, сведения технического характера. Так, в работе А.И. Галактионова и его сотрудников исследовались содержавшиеся в концептуальных моделях сведения о связях между элементами технического оборудования и технологического процесса (агрегаты, устройства, технологические операции, их параметры и т.д.); между сигналами, предъявляемыми на средствах индикации и т.п. [4].

Представленность в концептуальных моделях сведений о взаимодействиях операторов при управлении системами «человек-машина» оставалась вне специальных исследований. Во многом это объясняется тем, что системы «человек-машины» фактически изучались как включавшие единственного оператора.

Системе ЧМС присущ ряд характеристик, из которых наиболее важными как указывалось выше являются следующие:

1) все элементы системы в той или иной степени взаимодействуют между собой;

2) каждый элемент системы оказывает определенное влияние на другие элементы и на систему в целом;

3) функционирование системы заключается в преобразовании энергии из одного вида в другой. Структурная схема такой системы «человек-машина» среда представлена ниже (Рис. 3) в виде контура, состоящего из следующих основных звеньев: машины-исполнителя сигналов управления непосредственно воздействующих на внешнюю среду; регулятора или стабилизатора исполнителя выполняющего функции регулирования (координацию составных частей исполнителя и его стабилизацию на заданных режимах работы); генератора или вычислителя программы сигналов управления.

Рисунок 3 - Схема контура управления

На основе этого систему можно представить схематически в виде контура управления (рис. 3), в котором первое звено составляет человек-оператор, управляющий исполнителем путем формирования программы сигналов управления и регулятором исполнителя, второе звено – машина, воздействующая на внешнюю среду [7]. Таким образом, действия оператора, управляющего машиной, представлены как совокупность функций управления и исполнения.

Если рассматривать СЧМ с позиции развития техники в направлении автоматизации, следующий этап будет выглядеть в виде контура управления, в котором регулятор исполнителя входит в схему исполнителя сигналов управления, а человек лишь формирует программы сигналов управления [7] (рис. 4). Оператор машины, получив информацию по каналам обратной связи (КОС) и сопоставив ее с задачей воздействия на внешнюю среду, посылает команды управления на исполнитель сигналов управления через регулятор исполнителя.

Рисунок 4 - Схема системы «человек – машина»

Графическое представление процесса взаимосвязи отдельных звеньев системы помогает лучше разобраться в работе СЧМС. В принципе структурная схема не имеет дополнительной информации по сравнению с той, которая содержится в уравнениях математической модели. Следующий шаг, ведущий к количественному исследованию, заключается в построении математических моделей тех блоков, из которых составлены рассмотренные схемы. Обращение к математическим моделям позволяет решить задачи оптимизации совместимости оператора и машины на стыке звеньев СЧМ и повысить качество компоновки и конструирования.

Управление человеко-машинными комплексами (ЧМК) предполагает совместное и координируемое взаимодействие нескольких операторов. Поэтому в концептуальных моделях у каждого оператора должны быть представлены не только сведения о работе ЧМК как сложного технического объекта и технологического процесса, но и как социотехническом объекте, управляемом командой операторов[7, с. 153].

Главным звеном СЧМ является человек, и поэтому его деятельность служит исходным пунктом анализа и изучения СЧМ.

Особенности деятельности оператора

1. Усложнение планирования, организации и контроля труда вследствие увеличения числа управляемых объектов и их параметров.

2. Повышение сложности кодирования – декодирования информации вследствие развития систем дистанционного управления.

3. Увеличение точности и быстродействия деятельности оператора вследствие увеличения сложности и скорости течения производственных процессов.

4. Изменение условий труда оператора в связи с ростом автоматизации. 5. Повышение вероятности экстренных действий в связи с ростом автоматизации.

Указанные особенности операторского труда позволяют выделить его в особый вид профессиональной деятельности. Важная особенность операторской деятельности определяется тем, что оператор не имеет возможности непосредственно взаимодействовать с предметом своего труда. Оператор воспринимает его информационную модель, манипулирует же он с органами управления.

Особой характеристикой деятельности оператора является ее эффективность. Эффективность – отношение достигнутого результата к максимально достижимому или заранее запланированному результату.

Факторы эффективности операторской деятельности

1. Субъективные: состояние оператора, индивидуальные особенности, уровень подготовленности.

2. Объективные. Средовые: Условия внешней среды, объективные условия обстановки, организация деятельности. Аппаратурные: Организация рабочего места, Поток информации, контроль деятельности.

Учет факторов, снижающих эффективности деятельности оператора, позволяет уже на стадии проектирования предусмотреть систему мероприятий по оптимизации операторской деятельности.

2.2 Познавательные процессы в деятельности оператора

Этапы деятельности оператора обеспечиваются активностью разных познавательных процессов.

Внимание – сосредоточенность и направленность психической активности человека на определенный объект. К свойствам внимания относятся: устойчивость; переключаемость; распределение; интенсивность; объем. На этапе приема информации наибольшее значение в деятельности оператора имеют процессы ощущения, восприятия, представления.

Ощущение – простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов или явлений при непосредственном воздействии раздражителей на рецепторы.

Восприятие – психический процесс, в результате которого происходит формирование целостного образа отражаемого объекта при его непосредственном предъявлении. К свойствам восприятия относятся: целостность; константность; осмысленность; избирательность; апперцепция. Восприятие требует специального обучения и практики. Этапы восприятия: обнаружение, различение, опознание, интерпретация. Симультанное восприятие осуществляется одномоментно, сукцессивное развернуто во времени[4, с. 126].

Феномены восприятия 1. Двухэтапная идентификация. 2. Апперцепция. 3. Флуктуация внимания. Представление – процесс отражения объектов и процессов, которые в данный момент не действуют на органы чувств. Представление в деятельности оператора способствует воссозданию управляемых объектов на основе поступающей информации.

Деятельность оператора в СЧМ ограничена извне – техникой, и изнутри – психофизиологией. Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов. Наибольшее значение в деятельности оператора имеет зрительный, слуховой и тактильный анализаторы. Основные характеристики зрительного анализатора – нижний, верхний, дифференциальный, оперативный пороги чувствительности.

Величина сигнала и величина вызываемого ощущения связаны законом ВебераФехнера. Оперативный порог различения – наименьшее различие в сигналах, при котором оптимальны показатели восприятия. Временной порог – минимальная длительность воздействия, необходимая для возникновения ощущения. Пространственный порог – минимальные размеры раздражителя в соответствии с площадью рецептора и их взаимным расположением.

Общие требования к сигналам

1. Интенсивность сигнала должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализатора.

2. Различие между сигналами должно превышать оперативный порог различения.

3. Перепады между сигналами не должны значительно превышать оперативный порог различений.

4. Важные сигналы должны располагаться в зонах сенсорного поля с наибольшей чувствительностью.

5. Вид сигнала соответствует определенному анализатору. Подготовка зрения осуществляется по типу безусловного рефлекса: адаптация (к разным световым условиям), аккомодация (четкость изображения), конвергенция-дивергенция (преодоление двоения изображения). Важно равномерное распределение яркостей в поле зрения.

При прямом контрасте изображение темнее фона, что более благоприятно; при обратном – ярче. Предметы с большим размером видны при меньших контрастах. Наиболее высока чувствительность глаза к излучению желтозеленого спектра, затем – красного, синего. Пространственные характеристики зрительного анализатора: острота зрения, поле зрения, объем зрительного восприятия. Острота зрения зависит от освещенности, расстояния до предмета и положения предмета, возраста работника. Временные характеристики: латентный период реакции, длительность инерции ощущения, критическая частота мелькания, время адаптации, длительность информационного поиска.

Требования к организации информационного поля

1. В зоне центрального зрения должно находиться 4 - 8 объектов.

2. Следует уменьшить объем поля за счет ненужных объектов.

3. Наилучшим является выделение объекта другим цветом.

Количественные характеристики слухового анализатора: абсолютный, дифференциальный и временной пороги зависят от интенсивности и частоты звука. Специфическим видом слухового восприятия является восприятие речевых сообщений. Речь обладает акустическими, фонетическими, фонематическими, слоговыми, морфологическими, смысловыми характеристиками. Важно правильное построение аудиотекста и организация речевого сообщения (трехсложные слова, с ударением на последнем слоге, начинающиеся на гласную) [5,].

Характеристика кожного анализатора. Тактильная и вибрационная чувствительность обусловлена одними и теми же рецепторами. При нарушении работы вестибулярного аппарата наблюдаются физиологические расстройства, иллюзии. Кинестезическая чувствительность используется для сознательного контроля за движениями. Обонятельные ощущения могут влиять на чувствительность других анализаторов. В механизме ощущений присутствуют межанализаторные связи. Синестезия – возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. Дублирование информации сказывается на ее восприятии. Распределение информации между разными анализаторами улучшает ее прием.

Итак, время реакции существенно зависит от модальности сигнала и может управляться посредством подбора модальностей. Время реакции возрастает при возрастании силы раздражителя при прочих равных условиях, оно зависит от контрастности и значимости сигнала: а также от источника активации (внешний или внутренний). На этапе переработки информации решающая роль принадлежит памяти и мышлению.

Память – процессы сохранения прошлого опыта, делающие возможным его повторное использование и возвращение в сферу сознания. Запоминание. Зависит от особенностей отражаемых объектов и особенностей активности самого человека (деятельность, состояние, мотивация). Забывание. Происходит, если информация не используется, искажается другой информацией (интерференция), противоречит мотивам деятельности.

Воспроизведение. Факторы, влияющие на полноту воспроизведения: 1. Осмысленность информации. 2. Неожиданность информации. 3. Близость информации по смыслу или форме. 4. Время между представлением информации и ее воспроизведением.

Для оператора важное значение имеют все виды памяти, выделенные по времени сохранения информации. Продуктивность памяти зависит от наличия избыточности, неожиданности и привычности сигналов; способа организации информации в виде последовательности или формуляра, места символа в последовательности; модальности сигнала; длительности и характера предъявления[6, с. 184].

Характеристики оперативной памяти: объем, длительность и точность сохранения информации. Центральное место в деятельности оператора занимает мышление. Мышление – активный процесс отражения объективного мира в форме понятий, суждений, умозаключений. Виды мышления: наглядно-действенное, наглядно-образное, понятийное (словесно-логическое), образное, оперативное.

Оперативное мышление включает выявление проблемной ситуации и ее преобразование. Предполагает структурирование, динамическое узнавание, формирование алгоритма решения. Моделирование процессов мышления позволяет передать решение задач машинам. Использование искусственного интеллекта ориентировано на получение результатов, сходных с результатами человека.

Принятие решения осуществляется оператором в условиях дефицита информации и времени, борьбы мотивов, принятия решения. Субъективные факторы: мотивы, установки, воля, эмоции, – играют на этапе принятия решения наибольшую роль. Принятию решения оператором предшествует информационная подготовка:

- анализ обстановки, сопоставление ее с условиями задачи, построение концептуальной модели;

- определение направленности и характера преобразований ситуации;

- решение проблемы в процессе оперирования исходными и преобразованными данными.

Наиболее важную роль играют эвристические процессы. Итак, операторская деятельность представляет собой разновидность трудовой деятельности человека, имеющую свои особенности.

3 Моделирование системы «человек-машина»

Система «человек — машина» — одно из основных понятий эргономики и инженерной психологии. По ГОСТ 26.387-84 Система «человек — машина» — это «система, включающая в себя человека — оператора СЧМ, машину, посредством которой он осуществляет трудовую деятельность, и среду на рабочем месте». Состоит из двух принципиально разных подсистем: подсистемы, включающей технические звенья («машина»), и подсистемы, которая представлена человеком — оператором СЧМ. Никакая автоматизация не может исключить человека из системы в целом [3].

Рисунок 4 - Система человек – машина

Машина, получив входные данные, поставляет человеку информацию, которую он воспринимает и интерпретирует, используя для этого в качестве устройства для обработки данных свой мозг. Далее человек производит необходимую установку органов управления машиной, чтобы изменить ее выходные данные. Таким образом, человек и машина образуют единую систему, в которой используются возможности каждого из них (рис. 4).

Система человек — машина может представлять собой незамкнутый или замкнутый контур. В первом случае человек только включает систему и, образно говоря, отходит в сторону, так как функции его на этом заканчиваются. 

Таблица 1

Преимущества и недостатки человека и машины в системе «человек-машина»

Человек	Машина
Может воспринимать не запрограммированные заранее данные и сообщать о неожиданных явлениях и событиях	Не может обнаруживать и воспринимать явления, не входящие в число тех, на которые она рассчитана при конструировании
На работоспособность не влияют помехи электромагнитного характера	Можно полностью вывести из строя или ухудшить работу с помощью электромагнитных помех, особенно в диапазоне радиочастот
На фоне шумов способен выделять полезные сигналы	Конструирование машины, способной выделять полезные сигналы на фоне шумов, сопряжено с большими трудностями
Относительно медленно и неточно производит математические операции	Очень быстро и с большой точностью производит математические расчеты
Большой объем памяти и длительное время хранения информации с различной скоростью ее воспроизведения (выдачи)	Ограниченный объем памяти и непродолжительное хранение информации с большой скоростью ее воспроизведения (выдачи)
Работоспособность ухудшается со временем; для сохранения оптимальной работоспособности необходим отдых	Рабочие характеристики не зависят от времени; требуется периодический осмотр и технический уход
Чувствителен к действию различных стрессоров космического полета и космических условий	Может быть сконструирована для оптимальной работы при воздействии большинства факторов космического пространства
Обладает малым весом и «энергопотреблением»	Возрастание веса с ростом сложности задач и требований надежности, умеренное потребление энергии
Эмоционален, легко устает, индивидуально неповторим	Лишена чувств Может быть воспроизведена
Обладает большим «сроком службы», но требует продолжительного обучения и тренировки	Конструируется и изготавливается в зависимости от назначения
Может оперировать как субъективными, так и объективными данными	Может обрабатывать только ту информацию, на которую рассчитана
Реагирует на раздражители со значительной задержкой во времени	Реагирует на сигналы почти мгновенно

Модельный эксперимент как средство исследования дает возможность воспроизводить и изучать системы, прямой эксперимент над которыми затруднен или экономически невыгоден. При изучении проблемы «человек—машина» применяются различные виды моделирования: математическое, физическое, предметное, с помощью вычислительных машин и др.[1,]. На рис. 4 изображена блок-схема типичной системы «человек—автомат—объект» [4], а в таблице приведены различные варианты ее моделирования. Таблица 2 составлена с учетом, что пульт управления (ПУ) передает информацию между элементами системы без искажений.

Таблица 2

В таблице приняты обозначения: ЧО — человек-оператор; АСУ — автоматы системы управления; ОУ — объект управления; М — математическое, Эл - электронное, Пр — предметное моделирование. Математическая модель системы «человек — машина» (в табл. 2, строка 1) строится с помощью математического описания, в котором адекватно отражаются свойства, проявляемые системой в различных условиях. Это описание, сопровождаемое интерпретацией элементов описания и указанием соответствия между экспериментально обнаруженными свойствами системы или ее элементов и свойствами описания, и является моделью системы, отражая в математической форме существующие зависимости, связи и законы. Человека-оператора в этом случае представляют, напр., в виде передаточной функции, используя аппарат дифференциальных уравнений, методы вероятностей теории и математической статистики, абстрактной алгебры, математической логики и т. д.

Рисунок 4 - Блок-схема системы «человек — автомат — объект управления»

Можно представить поведение системы под влиянием различных факторов среды, поиск оптимального распределения функций между человеком и автоматами и определение критериев работы системы (надежность, точность, быстродействие и др.). При этом определяются условия, параметры и критерии качества работы осн. элементов системы: требования к объекту управления как элементу системы, количество и вид вспомогательных устройств, необходимый и достаточный для нормального ее функционирования объем информации, выводимой на пульт управления, требования к персоналу и т. д. Так, для описания работы системы управления замкнутой в терминах теории автоматического регулирования была предложена математическая модель человека-оператора, представляющая его в виде системы регулирования со следующей передаточной функцией:

где   - коэффициент форсирующего звена;

 — коэффициент интегрирующего звена, обусловленного инерционностью обработки оператором входной информации и принятия решения;

 - коэффициент интегрирующего звена, обусловленного нервно-мускульной задержкой оператора;

- время запаздывания человека-оператора. Эта функция определяет зависимость величины двигательной реакции оператора от величины рассогласования между потребным и наличным состояниями объекта (отношение первой ко второй) [4,].

В дальнейшем эта модель уточнялась, дополнялась и использовалась для изучения конкретных систем; разрабатывались методики получения оптимальных динамических свойств оператора в системе ручного управления. С этой целью вводились корректирующие звенья для получения передаточной функции управляющей системы подобной передаточной функции пропорционального звена. Предлагались передаточные функции, для построения которых использовался другой математический аппарат, в частности, гармонический анализ, теория вероятностей. Электронное М. с. «человек- машина» использует большие возможности вычислительной техники. Строились модели таких объектов управления, как мартеновский цех, космический корабль, подводная лодка и т. п.

Для моделирования человека-оператора, чья передаточная функция содержит только форсирующее и интегрирующие звенья, может быть использована аналоговая вычислительная машина (АВМ).

Если же надо учесть также и время реакции либо используется иной математический аппарат описания, то применяется цифровая вычислительная машина (ЦВМ). 

Электронное моделирование позволяет проверять правильность различных математических моделей и уточнять их, внося нужные изменения, оно дает возможность легко осуществить связь с элементами системы, моделируемыми с помощью др. средств. В связи с разнородностью элементов системы часто применяется смешанное моделирование. В этом случае одни элементы удобнее моделировать с помощью вычислительных машин, другие — путем предметного моделирования, третьи — вообще не моделировать. Пример такого моделирования приведен во 2-й строке таблицы. 3-й вариант моделирования системы осуществляется для определения объема и вида автоматики, дополняющей оператора, с целью обеспечения качественного управления объектом и для испытания экспериментальных образцов автоматич. системы управления или ее узлов[3].

При изучении объекта с точки зрения возможности применения уже существующей системы «человек — автомат» (части системы «человек — машина») и при испытаниях опытного образца объекта или ее агрегатов используется 4-й вариант моделирования (см. табл.2). Варианты моделирования 2, 3 и 4 используются для анализа отдельных элементов системы. Последние три варианта связаны с синтезом частных систем «человек — автомат», «чело век — объект» и «автомат — объект». При этом выясняются вопросы распределения функций между человеком-оператором и автоматами, определяются ансамбли контролируемых параметров, уточняются требования к персоналу, испытываются опытные образцы элементов системы.

Последний вариант моделирования используется при разработке и создании учебных макетов, тренажеров и аппаратуры для целей профессионального отбора и диагностики состояния оператора. Учебные макеты, призванные в наглядной форме демонстрировать принципы работы основных узлов и агрегатов объекта управления и автоматики, создаются обычно при помощи предметного, физического моделирования. При конструировании тренажеров создаются модели, отражающие не только характеристики, связи и законы управления реальной системы, но и обстановку, в которой приходится действовать оператору, решая задачи управления объектом, причем широко используются отд. элементы и конструкции моделируемой системы.

Таким образом, модели, используемые для профессионального отбора, имитируют основные черты деятельности оператора и предназначены для выявления способностей человека к овладению необходимыми навыками (диагностика обучаемости).

Контроль за состоянием оператора осуществляется с помощью спец. моделей системы управления (либо ситуаций, возникающих в них), допускающих измерение параметров деятельности, тесно связанных с уровнем работоспособности оператора. Своевременное обнаружение ухудшения состояния оператора позволяет своевременно принимать меры, предотвращающие аварии по вине персонала.

 

Заключение

Современный этап развития техники характеризуется активным применением крупномасштабных человеко-машинных комплексов, которые включают несколько систем «человек-машина». Эти системы технологически связаны в единый процесс достижения конечной цели – выработки энергии, осуществление заданного полёта, морского перехода и т.п.

С момента появления компьютеризованного автоматического управления производственными процессами инженерная мысль постоянно стремилась свести к минимуму разногласие между тем, как человек понимает то, что он хочет выполнить, и тем, как понимает его задание машина. Успех оказался устойчивым и привёл к улучшению характеристик автоматизированных систем, повышению их надёжности и степени безопасности. Улучшение характеристик привело к постепенному снижению доли работ, выполняемых оператором, давая последнему возможность сосредоточиться на более сложных задачах наблюдения, управления в особых случаях, оптимизации и технического обслуживания.

Таким образом, сформировалось чёткое разделение сфер ответственности между человеком и машиной на основе оптимального использования способностей каждого.

Человеку-оператору отводится в управлении техническими системами роль ответственного субъекта, то есть признание за ним права и возможности принятия самостоятельных решений с одновременным возложением ответственности за их последствия. Для реализации такой роли у человека-оператора должна быть сформирована концептуальная модель технического объекта и технологического процесса – осознанное представление о его функционировании, программах управляющих воздействий и иных сведениях, необходимых для управления и контроля происходящих в системе изменений.

Получение максимального эффекта от взаимодействия человек-машина зависит от устойчивых темпов развития технологии в трёх основных областях – инструментальных средств принятия решений, эргономики и средств визуализации, а также упрощения использования сложных систем. Оптимальное сочетание этих трёх областей и создаёт ту среду, в которой приходится работать оператору современных систем автоматизации.

Список использованной литературы

Адамович Н.В. Управляемость машин – М.: 2007..

Аствацатуров А.Е. Основы инженерной эргономики. РГУ. – Ростов-на-Дону: 2011

Душков, Б.А. Основы инженерной психологии : учебник для вузов / Б. А. Душков, А. В. Королев, Б. А. Смирнов. – М.: Академический проект; Екатеринбург : Деловая книга, 2010.

Психология. Учебник / Под ред. А. А. Крылова. – М. : Проспект, 2001.

Практикум по инженерной психологии и эргономике : учеб.пособие / под ред. Ю. К. Стрелкова. – М. : Академия, 2003.

Стрелков Ю.К. Инженерная и профессиональная психология: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: Издательский центр «Академия»; Высшая школа, 2010.

Чавчанидзе В. В., Гельман О. Я. Моделирование в науке и технике. М., 1966; Система «человек и автомат». М., 2005

Код для цитирования: Скопировать