Система «Человек – машина»

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Иркутский филиал федерального государственного

бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования

«Московский государственный технический университет

гражданской авиации» (МГТУ ГА)

____________________________________________________________________

 

Кафедра Летательных аппаратов

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине

«Человеческий фактор »

 

 

Тема ____________Система «Человек – машина»_____________

________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

Проверил                                                    Выполнил

 

Преподаватель                                          Шифр:_162300_______   

_____Барсуков__ _А.Г._   Студент_Крюков_ _А.С._

_______________ ______   Группа__М-31__________

_______________ _______   _________________________

(дата, подпись,  иниц., фамилия) (дата, подпись,  иниц., фамилия)

 

 

 

 

Иркутск – 2015

ПЛАН.

 

1. Введение.
2. Основная часть.

1. Особенности классификации системы «человек – машина».

2. Показатели качества системы «человек – машина».
3. Оператор в системе «человек машина».

   III. Заключение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Введение

 

                     Инженерная психология есть научная  дисциплина, изучающая объективные закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники с целью использования их в практике проектирования, создания и эксплуатации СЧМ. Процессы информационного взаимодействия человека и техники являются предметом инженерной психологии.

               С давних пор при создании  орудий и средств труда учитывались те или иные свойства и возможности человека. В начале интуитивно, а позже с привлечением научных данных решалась задача приспособления техники к человеку. Однако предметом анализа последовательно становились различные свойства человека.

                    На первых порах основное внимание  уделялось вопросам строения человеческого тела и динамики рабочих движений. На основе данных биомеханики и антропометрии  разрабатывались рекомендации, относящиеся лишь к форме и размерам рабочего места человека и используемого им инструмента. Затем объектом исследования становятся физиологические свойства работающего человека. Рекомендации, вытекающие из данных физиологии труда, относятся уже не только к оформлению рабочего места, но и к режиму рабочего дня, организации рабочих движений, к борьбе с утомлением. Предпринимались попытки оценить различные виды труда с точки зрения тех требований, которые они предъявляют человеческому организму.   

               Как самостоятельная научная  дисциплина инженерная психология  начала формироваться в 40-х годах  нашего века. Однако идеи о  необходимости комплексного изучения человека и технических устройств высказывались русскими учеными еще в прошлом столетии.

         Русские ученые еще в конце  прошлого века предприняли попытки разработать научные и теоретические основы учения о труде. Пионером в этой области явился великий русский ученый И. М. Сеченов, который первым поставил вопрос об использовании научных данных о человеке для рационализации трудовой деятельности. И. М. Сеченов занялся изучением роли психических процессов при выполнении трудовых актов, поставил вопрос о формировании трудовых навыков и впервые показал, что в процессе трудового обучения изменяется характер регуляции: функции регулятора переходят от зрения к осязанию. Он ввел понятие активного отдыха как лучшего средства повышения и сохранения работоспособности.

                 Инженерная психология возникла  на стыке технических и психологических  наук. Поэтому характерными для нее являются черты обеих наук.

                     Как психологическая наука инженерная  психология изучает психические  и психофизиологические процессы  и свойства человека, выясняя, какие  требования к отдельным техническим устройствам и построению СЧМ в целом вытекают из особенностей человеческой деятельности, т. е. решает задачу приспособления техники и условий труда к человеку.

              Как техническая наука инженерная  психология изучает принципы  построения сложных систем, посты  и пульты управления, кабины машин, технологические процессы для  выяснения требований, предъявляемых  к психологическим, психофизиологическим  и другим свойствам человека-оператора.

                Научно-техническая революция привела  к существенному изменению условий, средств и характера трудовой деятельности. В современном производстве, на транспорте, в системах связи, в строительстве и сельском хозяйстве все шире применяются автоматы и вычислительная техника; происходит автоматизация многих производственных процессов.

Благодаря техническому перевооружению производства существенно изменяются функции и роль человека. Многие операции, которые раньше были его прерогативой, сейчас начинают выполнять машины. Однако, каких бы успехов ни достигала техника, труд был и остается достоянием человека, а машины, как бы сложны они ни были, являются лишь орудиями его труда. В процессе труда человек, используя машины как орудия труда, осуществляет сознательно поставленные им цели.

           Следовательно, с развитием и  усложнением техники возрастает  значение человеческого фактора  на производстве. Необходимость изучения этого фактора и учета его при разработке новой техники и технологических процессов, при организации производства и эксплуатации оборудования становится все более очевидной. От успешности решения этой задачи зависит эффективность и надежность эксплуатации создаваемой техники,

функционирование технических устройств и деятельность человека, который пользуется этими устройствами в процессе Труда, должны рассматриваться во взаимосвязи. Эта точка зрения привела к формированию понятия системы «человек — машина" (СЧМ). Под СЧМ понимается система, включающая человека-оператора (группу операторов) и машины, посредством которой осуществляется трудовая деятельность. Машиной в СЧМ называется совокупность технических средств, используемых человеком-оператором в процессе деятельности. СЧМ и является объектом инженерной психологии.

         Система  «человек — машина» представляет  собой частный случай управляющих  систем, в которых функционирование машины и деятельность человека связаны единым контуром регулирования. При организации взаимосвязи человека и машины в СЧМ основная роль принадлежит уже не столько анатомическим и физиологическим, сколько психологическим свойствам человека: восприятию, памяти, мышлению, вниманию и т. п. От психологических свойств человека во многом зависит его информационное взаимодействие с машиной.

 

 

 

 

 

II. Основная часть.

 

1. Особенности классификации системы «человек – машина».

           Под системой в общей теории  систем  понимается комплекс взаимосвязанных  и взаимодействующих между собой элементов, предназначенный для решения единой задачи. Системы могут быть классифицированы по различным признакам. Одним из них является степень участия человека в работе системы. С этой точки зрения различают автоматические, автоматизированные и неавтоматические системы. Работа автоматической системы осуществляется без участия человека. В неавтоматической системе работа выполняется человеком без применения технических устройств. В работе автоматизированной системы принимает участие как человек, так и технические устройства. Следовательно, такая система представляет собой систему «человек — машина» .

         На практике применяются самые  разнообразные виды систем «человек  — машина». Основой их классификации  могут явиться следующие четыре  группы признаков: целевое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура машинного звена, тип взаимодействия компонентов системы.

       Целевое назначение системы оказывает  определяющее влияние на многие  ее характеристики и поэтому  является исходным признаком. По  целевому назначению можно выделить следующие классы систем:

        а) управляющие, в которых основной  задачей человека является управление  машиной (или комплексом);

         б) обслуживающие, в которых человек  контролирует состояние машинной  системы, ищет неисправности, производит наладку, настройку, ремонт и т.п.;

        в) обучающие, т. е. вырабатывающие у  человека определенные навыки (технические средства обучения, тренажеры и т. п.);

        г) информационные, обеспечивающие  поиск, накопление или получение необходимой для человека информации (радиолокационные, телевизионные, документальные системы, системы радио и проводной связи и др.);

        д) исследовательские, используемые  при анализе тех или иных  явлений, поиске новой информации, новых заданий (моделирующие установки, макеты, научно-исследовательские приборы и установки).

     Особенность управляющих и обслуживающих  систем заключается в том, что  объектом целенаправленных воздействий в них является машинный компонент системы. В обучающих и информационных СЧМ направление воздействий противоположное — на человека. В исследовательских системах воздействие имеет и ту, и другую направленность.

По признаку характеристики «человеческого звена» можно выделить два класса СЧМ: а) моносистемы, в состав которых входит один человек и одно или несколько технических устройств; б) полисистемы, в состав которых входит некоторый коллектив людей и взаимодействующие с ним одно или комплекс технических устройств.

Полисистемы в свою очередь можно подразделить на «паритетные» и иерархические (многоуровневые). В первом случае в процессе взаимодействия людей с машинными компонентами не устанавливается какая-либо подчиненность и приоритетность отдельных членов коллектива. Примерами таких полисистем может служить система «коллектив людей — устройства жизнеобеспечения» (например, система жизнеобеспечения на космическом корабле или подводной лодке). Другим примером может быть система отображения информации с большим экраном, предназначенная для использования коллективом операторов.

          В отличие от этого в иерархических  СЧМ устанавливается или организационная, или приоритетная иерархия взаимодействия людей с техническими устройствами. Так, в системе управления воздушным движением диспетчер аэропорта образует верхний уровень управления.         Следующий уровень — это командиры воздушных судов, действиями которых руководит диспетчер. Третий уровень — остальные члены экипажа, работающие под руководством командира корабля.

По типу и структуре машинного компонента можно выделить инструментальные СЧМ, в состав которых в качестве технических устройств входят инструменты и приборы. Отличительной особенностью этих систем, как правило, является требование высокой точности выполняемых человеком операций.

            Другим типом СЧМ являются  простейшие человеко-машинные системы, которые включают стационарное  и нестационарное техническое устройство (различного рода преобразователи энергии) и человека, использующего это устройство. Здесь требования к человеку существенно различаются в зависимости от типа устройства, его целевого назначения и условий применения. Однако их основной особенностью является сравнительная простота функций человека.

             Следующим важным типом СЧМ  являются сложные человеко-машинные  системы, включающие помимо использующего их человека некоторую совокупность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению аппаратов, устройств и машин, предназначенных для производства определенного продукта (энергетическая установка, прокатный стан, автоматическая поточная линия, вычислительный комплекс и т. п.). В этих системах, как правило, связанность технологического процесса обеспечивается локальными системами автоматического управления. В задачу человека входит общий контроль за ходом технологического процесса, изменение режимов работы, оптимизация отдельных процессов, настройка, пуск и остановка.

          Еще более сложным типом СЧМ  являются системотехнические комплексы. Они представляют собой сложную техническую систему с не полностью детерминированными связями и коллектив людей, участвующих в ее использовании. Для систем такого типа характерным является взаимодействие не только по цепи «человек — машина», но и по цепи «человек — человек — машина». Другими словами, в процессе своей деятельности человек взаимодействует не только с техническими устройствами, но и с другими людьми. При всей сложности системотехнических комплексов их в большинстве случаев можно представить в виде иерархии более простых человеко-машинных систем. Типичными примерами системотехнических комплексов различного уровня и назначения могут служить судно, воздушный лайнер, промышленное предприятие, вычислительный центр, транспортная система и т. п.

           В основу классификации СЧМ  по типу взаимодействия человека  и машины может быть положена  степень непрерывности этого взаимодействия. По этому признаку различают системы непрерывного (например, система «водитель— автомобиль») и эпизодического взаимодействия. Последние, в свою очередь, делятся на системы регулярного взаимодействия. Примером системы регулярного взаимодействия может служить система «оператор — ЭВМ». В ней ввод информации и получение результатов определяются характером решаемых задач, т. е. режимы взаимодействия во времени регламентируются характером и объемом вычислений. Стохастическое эпизодическое взаимодействие имеет место в таких системах, как «оператор — система централизованного контроля», «наладчик — станок» и т. п.

Рассмотренная классификация СЧМ не является единственно возможной. Примеры иных подходов к решению этой задачи приводятся в специальной литературе.

           Однако несмотря на большое  разнообразие систем «человек — машина», они имеют целый ряд общих черт и особенностей. Эти системы являются, как правило, динамическими, целеустремленными, самоорганизующимися, адаптивными.

          Системы «человек — машина»  относятся к классу сложных динамических систем, т. е. систем, состоящих из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменением во времени состава структуры и  взаимосвязей. Из этого следуют характерные особенности, присущие СЧМ как сложной динамической системе:

разветвленность структуры (или связей) между элементами (человеком и машиной); разнообразие природы элементов (в состав СЧМ могут входить человек, коллектив людей, автоматы, машины, комплексы машин и т.д.);

перестраиваемость структуры и связей между элементами (например, при нормальном ходе технологического процесса оператор лишь следит за ходом его протекания, т. е. включен в контур управления как бы параллельно; при отклонении от нормы оператор берет управление на себя, т. е. включается в контур управления последовательно);

автономность элементов, т. е. способность их автономно выполнять часть своих задач.

                  Системы «человек — машина»  относятся также к классу целеустремленных систем. В общем случае считается, что система действует целеустремленно, если она продолжает преследовать одну и ту же цель, изменяя свое поведение при изменении внешних условий. Существенной особенностью целеустремленных систем является их способность получать одинаковые результаты различными способами. Системы этого класса могут изменять свои задачи; они выбирают как сами задачи, так и средства их реализации. Целеустремленность СЧМ обусловлена тем, что в нее включен человек. Именно он ставит цели, определяет задачи и выбирает средства достижения цели.

                Системы «человек — машина»  можно рассматривать и как  адаптивные системы. Свойство адаптации  заключается в приспособлении СЧМ к изменяющимся условиям работы, в изменении режима функционирования в соответствии с новыми условиями. Для повышения эффективности СЧМ необходимо предусмотреть возможность адаптации как внутри самой системы, так и по отношению к внешней среде. До недавнего времени свойство адаптации СЧМ реализовалось благодаря приспособительным' возможностям человека, гибкости и пластичности его поведения, возможности его изменения в зависимости от конкретной обстановки. В настоящее время, как отмечалось в гл. 1, на повестку дня ставится вопрос о создании СЧМ, в которых свойство адаптации реализуется путем соответствующего технического обеспечения. Речь идет о создании таких технических средств, которые могут изменять свои параметры и условия деятельности в зависимости от текущего конкретного психофизиологического состояния человека и показателей эффективности его деятельности.

              И наконец, системы «человек —  машина» можно отнести к классу самоорганизующихся систем, т. е. систем, способных к уменьшению энтропии (неопределенности) после вывода их из устойчивого, равновесного состояния под действием различного рода возмущений. Это свойство становится возможным благодаря целенаправленной деятельности человека, способности его планировать свои действия, принимать правильные решения и реализовывать их в соответствии с возникшими обстоятельствами. Способность к адаптации и самоорганизации обусловливает такое важное свойство систем «человек — машина», каким является их живучесть.

Из всего сказанного видно, что рассмотренные особенности СЧМ определяются наличием в их составе человека, его возможностью правильно решать возникающие задачи в зависимости от конкретных условий и обстановки. Это лишний раз показывает, что исходным пунктом анализа и описания СЧМ должна быть целесообразная деятельность человека.

На основании вышеизложенного можно в общих чертах охарактеризовать некоторые важнейшие принципы системного подхода к изучению СЧМ. Суть их сводится к следующему.

            1. Возможно более полное и точное  определение назначения системы, ее целей и задач. Это требует, в свою очередь, анализа состава и значимости отдельных целей, подцелей и задач; определения возможности их осуществимости и требуемых для этого средств и ресурсов; определения показателей эффективности и целевой функции СЧМ.

           2. Исследование структуры системы, и прежде всего состава входящих  в нее компонентов, характера  межкомпонентных связей и связей  системы с внешней средой, пространственно-временной организации компонентов системы и их связей, границ системы, ее изменчивости и особенностей на различных стадиях существования (жизненного цикла).

           3. Последовательное изучение характера  функционирования системы, в том числе: всей системы в целом, отдельных подсистем в пределах целого, изменчивости функций и их особенностей на разных стадиях существования системы.

            4. Рассмотрение системы в динамике, в развитии, т. е. на различных  этапах ее жизненного цикла: при  проектировании, производстве и эксплуатации.

На последнем из этих принципов следует остановиться особо. В ряде случаев рамки инженерной психологии неправомерно суживают, отводя ей лишь роль проектировочной дисциплины. Проектировочная сущность инженерной психологии приобретает в настоящее время решающее значение. Однако только ею не ограничивается проблематика инженерной психологии. Для того чтобы были реализованы все потенциальные возможности систем «человек — машина», необходим также правильный учет инженерно-психологических требований в процессе их производства и эксплуатации. Это приводит к необходимости создания единой системы инженерно-психологического обеспечения систем «человек — машина» на всех этапах их жизненного цикла.

Под инженерно-психологическим обеспечением понимается весь комплекс мероприятий, связанных с организацией учета человеческого фактора в процессе проектирования, производства и эксплуатации СЧМ. Проблема инженерно-психологического обеспечения имеет два основных аспекта: целевой и организационно-методический (табл. 3.1). Первый из них связан с непосредственным выполнением работ по учету человеческого фактора на каждом из этапов жизненного цикла СЧМ; его содержание целиком и полностью определяется проблематикой инженерной психологии. Второй аспект связан с организационно-методическим обеспечением работ по учету человеческого фактора.

              Содержание инженерно-психологического  обеспечения СЧМ

Этап жизненного цикла	Аспект инженерно-психологического обеспечения
	целевой	организационно-методический
Проектирование	Определение функций человека    в    проектируемой СЧМ и оценка его психофизиологических возможностей по их выполнению   (инженерно-психологическое проектирование)	Разработка    нормативных и      справочно-методических материалов   по   инженерно-психологическому    проектированию  деятельности   оператора. Организация труда  коллектива проектировщиков
Производство	Учет   психофизиологических свойств человека в процессе  производства   (условия труда, режимы труда и отдыха, взаимосвязи операторов в групповой деятельности и т. п.)	Разработка   нормативных и      справочно-методических материалов по учету человеческого фактора в процессе производства
Эксплуатация	Учет   психофизиологических возможностей человека  при эксплуатации  техники      (профессиональный отбор, обучение, трениров-•гки, формирование операторских коллективов, организация их труда)	Разработка    методик    по профессиональному    отбору (если это необходимо) и подготовке операторов, подбору коллективов,      организации труда.    Разработка    нормативных   документов,   регламентирующих      применение этих методик

 

         Он включает  в себя разработку необходимых  справочно-методических материалов, с помощью которых можно выполнять эти работы, а также разработку нормативных документов, регламентирующих (в частности, утверждающих) степень и полноту учета человеческого фактора при проектировании, производстве и эксплуатации СЧМ.

              При отсутствии таких документов  проведение работ по учету  человеческого фактора не будет  являться обязательным мероприятием, и поэтому задача инженерно-психологического  обеспечения не может считаться полностью решенной.

 

2. Показатели качества системы «человек – машина».

Любая СЧМ призвана удовлетворять те или иные потребности человека и общества. Для этого она должна обладать определенными свойствами, которые закладываются при проектировании СЧМ и реализуются в процессе эксплуатации. Под свойством СЧМ понимается ее объективная способность, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Количественная характеристика того или иного свойства системы, рассматриваемого применительно к определенным условиям ее создания или эксплуатации, носит название показателя качества СЧМ.

            В нашей стране разработана  определенная номенклатура показателей качества промышленной продукции. Она включает в себя 8 групп показателей, с помощью которых можно количественно оценивать различные свойства продукции. К ним относятся: показатели назначения, надежности и долговечности, технологичности, стандартизации и унификации, а также эргономический, эстетический, патентно-правовой и экономический показатели.

         Не рассматривая подробно все  показатели, остановимся лишь на  тех из них, которые влияют  на деятельность человека в СЧМ или зависят от результатов его деятельности.

         Быстродействие (время цикла регулирования Tц) определяется временем прохождения информации по замкнутому контуру «человек — машина»:

          k

Тц=∑  ti

                           i=1

где Tц — время задержки (обработки) информации в i-м звене СЧМ; k — число последовательно соединенных звеньев СЧМ; в качестве их могут выступать как технические звенья, так и операторы.

        Надежность характеризует безошибочность (правильность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оценивается она вероятностью правильного решения задачи, которая, по статистическим данным, определяется отношением 

                 

        Pпр=1 – mош / N

 

где mош и  N — соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.

           Важной характеристикой деятельности  оператора является также точность его работы. На этой характеристике следует остановиться особо, ибо в ряде случаев происходит некоторое смешение ее с надежностью. В качестве исходного понятия для определения обеих характеристик используется понятие «ошибка оператора», для расчета обеих характеристик предлагаются одинаковые формулы и т. д. Фактически же надежность и точность представляют собой различные показатели, характеризующие разные стороны деятельности оператора. Правильное толкование обоих этих показателей дается в работе.

              Под точностью работы оператора  следует понимать степень отклонения некоторого параметра, измеряемого, устанавливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного или номинального значения. Количественно точность работы оператора оценивается величиной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

 

         Y= Iн - Iоп

 

где Iн — истинное или номинальное значение параметра; Iоп — фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Величина погрешности может иметь как положительный, так и отрицательный знак. Понятия ошибки и погрешности не тождественны между собой: не всякая погрешность является ошибкой. До тех пор пока величина погрешности не выходит за допустимые пределы, она не является ошибкой, и только в противном случае ее следует считать ошибкой и учитывать также при оценке надежности. Понятие погрешности наиболее важно для тех случаев, когда измеряемый или регулируемый оператором параметр представляет непрерывную величину. Так, например, можно говорить о точности определения координат самолета оператором радиолокационной станции и т. д.

               В работе оператора следует  различать случайную и систематическую погрешности. Случайная погрешность оператора оценивается величиной среднеквадратической погрешности, систематическая погрешность — величиной математического ожидания отдельных погрешностей. Методы их определения приведены в работах.

         Своевременность решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена за время, не превышающее допустимое:

                                      Тдоп

     Рсв = Р {Тц < Тдоп} =  ∫ φ (Т) dT,

                                            0

где φ (Т) — функция плотности времени решения задачи системой «человек — машина».

Эта же вероятность по статистическим данным оценивается по выражению

 

        Рсв= 1 – mнс / N

 

где mнс — число несвоевременно решенных СЧМ задач.

При определении величин mош и mнс, а следовательно, и при оценке вероятностей Pпр и Рсв не имеет значения, за счет каких причин (некачественной работы машины или некачественной деятельности оператора) неправильно или несвоевременно решена задача системой «человек — машина».

        Поскольку большинство СЧМ работают  в рамках определенных временных ограничений, то несвоевременное решение задачи приводит к недостижению цели, стоящей перед системой «человек — машина». Поэтому в этих случаях в качестве общего показателя надежности используется вероятность правильного (Рпр) и своевременного (Рсв) решения задачи