Реферат по "Эргономике "

 

 

Содержание

Задача № 1…………………………………………………………………………3

Задача № 2………………………………………………………………………..12

Список используемой литературы……………………………………………...17

 

Задача № 1

Методы расчета  количества информации, перерабатываемой человеком-оператором

Применение  теории информации в эргономике обусловлено влиянием на деятельность человека и определенность (энтропии) процессов и объектов управления в качестве меры неопределенности физической системы x, применяющей состояние x_i (i=1,2,…,n), используется понятие энтропии.

Энтропия физической системы x при значениях состояний x_i определяется выражением (формула Шеннона):

,       (1)

где P_i – вероятность наступления i-го состояния системы.

Энтропия системы, как это следует из формулы, тем  больше, чем меньше общее количество различных состояний и чем меньше отличаются друг от друга вероятности этих состояний.

При равновероятном появлении различных состояний, когда , энтропия максимальна и определяется выражением:

.       (2)

Неопределенность системы уменьшается при получении каких-либо сведений об этой системе. Чем больше объем полученных сведений и чем более они содержательные, тем больше информации имеется о системе.

 Поэтому  количество информации следует  измерять уменьшением энтропии  той системы, для уточнения состояний которой предназначены эти сведения.

Если в результате получения сведений состояние системы  стало полностью определенным, то количество полученной информации численно равно априорной энтропии системы.

Энтропии и  количество информации измеряются в двоичных единицах информации (битах). Бит – это энтропия простейшей системы, имеющей два равновероятных состояния.

Количество  информации, переработанной человеком-оператором, может существенно отличаться от количества поступившей информации (энтропии источника сообщения). Это отличие обусловлено, во-первых, тем, что, как и для технического канала, часть информации может быть потеряна за счет воздействия помех. Во-вторых, количество информации может увеличится за счет использования дополнительной информации.

Общее количество информации, перерабатываемой оператором, определяется выражением:

,       (3)

где: Н(Х) – энтропия источника сообщений или количество информации, получаемой оператором от информационной модели;

Н_доп – дополнительное количество информации, используемой оператором при решении задач;

Н_пом – энтропия источника помех, или количество потерянной информации.

Энтропия источника  сообщений может быть двух видов:

• энтропия выбора нужного сигнала;

 • энтропия измерительного прибора.

Если оператору  нужно выбрать один сигнал (или  одно состояние сложного сигнала) из n возможных, то количество полученной при этом информации можно определить по формуле (1) при неравновероятном или по формуле (2) при равновероятном появлении сигналов.

Эти формулы  оценивают энтропию взаимонезависимых  сообщений.

Это наиболее простые  ситуации в работе оператора. На практике возможны ситуации, когда предъявляемая  последовательность сообщений (сигналов) обладает логической избыточностью. Это  значит, что появление определенного сообщения (сигнала) может изменить вероятность появления следующего. Наличие логической избыточности равносильно уменьшению энтропии, так как появление определенного сигнала уменьшает неопределенность очередного состояния информационной системы. В данной контрольной работе эти ситуации не рассматриваются.

На основе энтропийного анализа можно оценить также  сложность работы оператора со стрелочными  измерительными приборами, расположенными на информационной панели (считывание показаний, установка заданных значений). Энтропию сообщения от прибора определяют выражением:

,        (4)

где х_max и х_min – максимальное и минимальное значение шкалы прибора;

σ – абсолютная погрешность считываний показаний  с прибора, равная (обычно) половине цены деления шкалы прибора.

Различают следующие  виды дополнительной информации, используемой оператором при логической обработке  данных:

информация, подлежащая запоминанию;

информация, используемая при вычислениях;

информация, используемая при проверке логических условий.

Если оператор должен запомнить в порядке поступления m символов (знаков, сигналов) из общего количества символов – К, то количество запоминай информации определяется выражением:

,       (5)

Если же оператору  не нужно запоминать порядок поступления сигналов, а необходимо помнить только сами сигналы, то количество информации оценивается по формуле:

,      (6)

Формулы (4) – (6) справедливы только при равновероятном поступлении сообщений (сигналов).

Количество информации, используемое при простейших вычислительных операциях (сложениях, умножении, делении), определяются по формуле:

,      (7)

где v – количество чисел, используемых для получения результата R;

N_i – максимально возможные значения используемых при вычислении чисел;

R – максимально возможное значение результата вычисления.

При проверке логических условий количество информации определяют по формуле:

,        (8)

где s – количество проверяемых логических уcловий;

n_i – количество возможных альтернатив (исходов), возникающих при проверке i-го условия.

При выполнении управляющих действий (движений) оператором также используется дополнительная информация, определяемая энтропией  двух видов:

• энтропия выбора нужного органа управления (выбора требуемого положения органа управления);

• энтропия движения руки к органу управления.

Энтропию первого вида (количество информации) определяют по формулам (1) или (2).

Энтропию второго вида (количество информации) определяют по формуле:

,        (9)

где А_j – амплитуда движения руки к j-му органу управления, т.е. расстояние на которое перемещается рука;

W_j – размер j-го органа управления.

Приведенные выше формулы (4) - (9) получены на основании следующих  двух правил.

Первое правило учитывает, что величина энтропии оценивает сложность выбора одного состояния из нескольких возможных. Поэтому при нахождении энтропии в любом случае нужно определить общее количество всевозможных состояний (вариантов выбора), а затем применить формулу (1) при равновероятных состояниях или формулу (2), если все варианты равновероятны.

Второе правило, используемое при определении энтропии, заключается  в свойстве ее аддитивности. Это  значит, что энтропия сложной системы  равна сумме энтропий отдельных  подсистем. Например, применение формулы (7) для подсчета количества информации основано на том, что при производстве вычислений человек v раз производит выбор одного числа из N_i возможных, а при получении результата – выбор одного числа из R возможных.

Третья составляющая, входящая в выражение (3) – энтропия потерь, обычно не определяется, поскольку для обученного оператора, делающего минимальное количество ошибок, она очень мала и практически не влияет на значение I_ч. Поэтому в практических расчетах Н_пом принимают равным 0.

Количество перерабатываемой человеком информации необходимо знать, чтобы решить три основные задачи:

1. количество перерабатываемой информации – мера сложности решаемой задачи, поэтому таким способом можно сравнивать между собой различные виды операторской деятельности;

2. знание количества информации  позволяет решить задачу согласования  скорости поступления информации  с психофизиологическими возможностями  оператора по ее приему и  переработке, т.е. с его пропускной способностью;

3. зная количество информации, можно определить время, которое затрачивает оператор на ее переработку, т.е. нормировать операторскую деятельность.

Время, необходимое оператору  для решения задачи, определяют на основе методов теории информации. Применение теории информации основано на том, что это время прямо пропорционально количеству перерабатываемой информации.

Следует иметь в виду, что различные виды информации перерабатываются оператором с различной скоростью. Поэтому формулу (1) можно записать в виде:

,         (10)

где α – латентный  период (скрытое время реакции  человека на сигнал);

Н_i – количество информации i-го вида, перерабатываемой оператором;

v_i – скорость переработки информации i-го вида.

Средние значения скорости переработки различной  информации приведены в таблице 1.

Таблица 1 –  Средние значения скорости переработки  различной информации

Вид перерабатываем информации i	Скорость переработки  информации Vi, бит/с
Выбор одного сигнала  из нескольких возможных	4
Считывание  информации с приборов	2
Информация, необходимая для запоминания	12
Информация, используемая при вычислениях	6
Проверка логического  условия	4
Выбор нужного  органа управления	4
Информация  при выполнении движений	7

 

В эргономике применение теории информации для решения перечисленных выше задач связано с некоторыми трудностями:

1. Величина энтропии в теории информации зависит от длины физического алфавита сигналов и вероятностей их появления. Эти же показатели используются для оценки количества перерабатываемой человеком информации. В действительности человек пользуется собственным, внутренним алфавитом, отличным от физического, а субъективные вероятности сигналов для человек не всегда совпадают с объективными. Однако принципы формирования внутреннего алфавита сигналов и вероятностей их появления для человека еще до конца не раскрыты.

2. Теория информации занимается  лишь стационарными процессами, статистические характеристики  которых не меняются с течением  времени.

Характеристики же человека в виду его обучаемости, утомляемости, действия различных факторов беспрерывно меняются во времени.

3. Теория информации не  учитывает смысловую сторону  информации, ее ценность и значимость. На деятельность же оператора  оказывают влияние не только  статистические характеристики  сигналов, но их смысл и значение для оператора.

4. Различные виды информации  неравноценны для оператора. Поэтому  при расчетах необходимо учитывать  их «удельный вес», неодинаковое  влияние на результаты деятельности  оператора. Примером такого учета  является формула (12), в которой сделана попытка учесть различие в скорости переработки различных видов информации.

Несмотря на эти трудности, информационные методы имеют большое практическое значение на ранних этапах проектирования систем «человек – техника – среда (СЧТС)». Зачастую только с их помощью можно количественно оценить параметры и показатели деятельности человека.

 

Исходные данные:

Количество  ламп и приборов – 8;

Множитель показаний  – 3;

Расстояние  до панели – 66 см;

Размер ручки  переключателя – 4 см;

Расстояния  между переключателями – 6 см.

 

Решение:

На рисунке 1 показана информационная панель, с  которой работает оператор. На панели расположены 4 индикаторных лампочки Л1-Л4, 4 измерительных прибора И1-И4 с  диапазоном измерения от 0 до 10 условных единиц, 2 трехпозиционных переключателя П1 и П2 и 2 десятипозиционных переключателя П3 и П4.

При поступлении  входящего сигнала загорается одна из лампочек Л1-Л4 (загорания лампочек равновероятны). Обнаружив загоревшуюся лампочку, оператор считывает показания соответствующего измерительного прибора (Л2-И2). В зависимости от четного или нечетного номера загоревшейся лампочки оператор выбирает соответственно четную или нечетную группу переключателей, с помощью которой устанавливает новое значение измеряемой величины, в три раза большее отмеченной измерительным прибором.

Определить  общее количество воспринимаемой и  перерабатываемой оператором информации при появлении одного входящего  сигнала и соответственно затрачиваемое  при этом время.

Известно, что расстояние от оператора до информационной панели составляет 66 см, а расстояние между переключателями внутри группы 6 см. Скорости переработки информации оператором по видам информации приведены в таблице 1. Латентный период принимаем равным с. 
Н_пом – энтропия источника помех (или количество потерянной информации) не учитывается.

Общее количество информации определяется по формуле (3). Необходимо рассчитать ее составляющие.

Поскольку загорания  лампочек равновероятны, то первая составляющая Н(Х) определяется по формулам (2) и (6).

,

 бит.

Таким образом, Н(Х) – энтропия источника информации или количество информации, получаемой оператором от информационной модели равно:

 бит.

Дополнительная  информация Н_доп определяется в следующем порядке:

 бит,

 бит,

 бит,

 бит,

 бит.

Общая дополнительная информация равна:

 бит.

Общее количество воспринимаемой и перерабатываемой оператором информации равно:

 бит.

Общее время  восприятия и переработки оператором информации равно:

 с.

 

Задача № 2

Предельно допустимые нормы деятельности человека-оператора

Под предельно  допустимыми нормами деятельности оператора принимаются максимальные значения некоторых параметров, превышение которых может привести к нежелательным последствиям в работе человека-оператора. Наибольшее значение для эргономики имеют предельно допустимые нормы, характеризующие значения показателей информационной загрузки оператора.

1. Одним из показателей информационной загрузки является коэффициент загруженности оператора:

,          (11)

где t_о – общее время, в течение которого оператор не занят обработкой поступающей информации;

Т_см – общее время работы (продолжительность смены) оператора.

Из физиологии труда известно, что для операторской деятельности около 25 % рабочего времени  должно быть предоставлено человеку для отыдха, следовательно, ŋ_max=0,75.

2. Для операторской деятельности должна быть обеспечена не только допустимая загруженность, но и определенное чередование периодов работы и отдыха (оперативного покоя). Чтобы учесть это положение, вводится понятие периода занятости Тзан, под которым понимается время непрерывной (без пауз) работы. Для организации оптимальной деятельности оператора рекомендуется, чтобы это время не превышало 15 минут.

3. Показателем  информационной нагрузки является  очередь в обработке информации.

Постоянное  наличие или частое появление  очереди вызывает напряженность  в работе оператора, что приводит к увеличению количества допускаемых ошибок. Появление очереди количественно оценивается коэффицентом очереди:

,          (12)

где n_оч – количество сообщений (заявок, сигналов и т.д.), обработанных в условиях очереди на обслуживание;

N – общее количество поступивших на обслуживание сообщений (заявок, сигналов).

По своей  сущности коэффициент очереди представляет собой вероятность обработки  информации в условиях очереди. Экспериментальные  исследования показывают, что величина коэффициента очереди не должна превышать 0,4.

4. На деятельность  оператора большое влияние оказывает  не только вероятность появления  очереди, но и ее длина К_оч. Если длина очереди превышает объем оперативной памяти человека, то возможны случаи пропуска сигналов, возникновения ошибок и т.д. Объем памяти человека в среднем составляет 5-9 единиц (сигналов, символов). Этими значениями и определяется максимально возможная длина очереди. Среднее значение длины очереди должно быть несколько меньше и не должно превышать трех сообщений (сигналов, символов и т.д.).

5. На деятельность  оператора большое влияние оказывает  скорость поступления информации. Она не должна превышать пропускную  способность оператора, которая в среднем изменяется в пределах 
V_оп=1-8 дв.ед./с.

6. Время пребывания  информации на обработке в  звене «человек-техника-среда» не  должно превышать некоторое значение, определяемое допустимой продолжительностью  цикла управления, т.е.

,       (13)

где - время ожидания информации в очереди;

- время пребывания информации  на обслуживании у оператора;

- допустимое время пребывания  информации на обслуживании, определяемое  особенностями протекания производственного  процесса.

Из выражения (13) следует, что время ожидания обработки информации не должно превышать допустимого времени ожидания

,       (14)

На основании  изложенного выше предельно допустимые нормы деятельности оператора имеют  следующие значения:

   (15)

.

Фактические характеристики работы оператора не должны превышать соответствующих предельно допустимых норм деятельности человека. Первые пять из предельно допустимых норм деятельности можно определить с помощью методов теории массового обслуживания, а последнюю норму – с помощью методов теории информации.

Применение  теории массового обслуживания позволяет  решать многие вопросы анализа и  организации деятельности человека-оператора. К ним относятся: определение  необходимого потребного количества операторов, требований к уровню подготовленности операторов (обучаемость, скорость реакции, объем памяти и т.д.), допустимой плотности потоков сообщений (сигналов, заявок), поступивших к оператору; решение некоторых задач организации взаимодействия операторов.

Представляется возможным вычислять вероятности различных состояний системы «человек-техника-среда», в том числе различных нежелательных состояний. Следовательно, как и теория информации, теория массового обслуживания дает количественные методы описания деятельности человека-оператора.

Основные характеристики системы массового обслуживания (СМО) – входящий поток и время  обслуживания. При простейшем входящем потоке и показательном законе распределения  времени обслуживания можно получить аналитические зависимости вероятностных характеристик времени ожидания и длины очереди от параметров входящего потока и обслуживающего аппарата (человека-оператора).

Формулы для  определения норм деятельности человека-оператора  приведены в таблице 2.

Таблица 2 –  Основные расчетные формулы ПДНД

Параметры	Расчетная формула	Формула теории массового обслуживания (ТМО)	Предельно допустимые нормы деятельности
1. Коэффициент  информационной загрузки			0,75
2. Период занятости			20 мин
3. Частота появления  очереди			0,4
4. Длина очереди			3
5. Скорость предъявления  информации		-	1-8 бит/с
6. Время ожидания

 

Исходные данные:

Количество  объектов управления – 3;

Интенсивность потока сообщений от одного объекта  – 6 сообщений в час;

Среднее время  на обработку одного сообщения – 2 мин;

Продолжительность цикла управления (регулирования) - 6 мин;

Количество  правильно опознанных сигналов – 220;

Длина алфавита – 16;

Продолжительность получения информации – 180 с.

 

Решение:

Проектируется автоматизированная информационная система, в которой задачей оператора является прием, обработка и дальнейшая передача информационных сообщений. Сообщения поступают оператору в случайные моменты времени. Источниками сообщений являются 3 оправляемых оператором объекта. Средняя плотность потока сообщений от одного объекта составляет 6 сообщений в час. На обработку одного сообщения оператор в среднем затрачивает 2 мин. Известно, что информация теряет смысл через 6 мин после ее поступления оператору.

Определить, выполняются  ли предельно допустимые нормы деятельности оператора для данных условий и, если нет, то скольким объектам сможет управлять оператор, чтобы выполнялись эти нормы.

Общая плотность  потока входящих сообщений составляет:

 сообщений в час.

Интенсивность обработки сообщений оператором составляет:

 сообщений в час.

Коэффициент информационной загрузки оператора составляет:

, что соответствует норме.

Период занятости  оператора составляет:

 мин, что соответствует  норме.

Частота появления  очереди равна:

, что соответствует норме,  равной 0,4.

Длина очереди  равна:

, что соответствует норме,  равной 3.

Время ожидания обработки сообщения оператором равно:

 мин.

Допустимое  время ожидания обработки сообщений  равно:

 мин.

Это значит, что  время ожидания обработки сообщения  не превышает допустимое время ожидания, и эта норма выполняется, т.е. оператор может управлять 3 объектами.

 

Список используемой литературы

1. Абрамов А.А. Основы эргономики: Уч. пос. – М.: РГОТУПС, 2001. 194 с.

2. Платонов Г.А. Эргономика  на железнодорожном транспорте. – М.: Транспорт, 1986. 296 с.

3. Автоматизированные рабочие  места работников основных профессий  железнодорожного транспорта, оснащенные  персональными ЭВМ. Отраслевой  руководящий технический материал. – М., 1995.