Проблема распределения и согласования функций между человеком и машиной

Обновлено: 18.04.2024

Научно-технический прогресс позволил создать сложные системы — энергетические, транспортные, производственные, образовательные, медицинские и другие — для удовлетворения потребностей общества. Однако с самого начала было ясно, что успех инженерных возможностей зависит от того, насколько люди смогут эффективно управлять такими системами, а это требует учета человеческих характеристик. Инженерная психология как научная дисциплина возникла в ответ на требования реального мира при проектировании сложных инженерных систем и остается актуальной областью совершенствования и сегодня [21 и др ]. Основной целью инженерной психологии является проектирование систем управления, характеризующихся соответствием характеристик человека и программно-аппаратных компонентов, обеспечивающих повышение эффективности, сохранение здоровья и развитие человека как субъекта труда.

Предметом классической инженерной психологии является деятельность оператора в автоматизированных системах управления. В современных условиях использование электронных и компьютеризированных средств не ограничивается производством и управлением. Использование таких устройств предоставило массу возможностей для освоения ранее недоступных сфер (микро- и макроуровень), вошло практически во все сферы человеческой деятельности, часто приобретая признаки предмета необходимости. Прагматическая составляющая использования электронных и компьютерных средств определяется потенциальными возможностями повышения качества (точности, скорости, оптимальности, надежности) действий и операций, таких как 1) поиск, сбор, обработка и передача информации; 2) расчеты, вычисления по задаче и ее решению; 3) управление системами, работающими в реальном времени; 4) принятие решений (объективность и обоснованность) за счет оперативной обработки рядов данных и возможного прогнозирования результатов и др. Кроме того, современные электронные и компьютерные средства расширяют возможности общения, исследовательской и проектной деятельности, творчества в области искусства.

Разработка и совершенствование программных и аппаратных средств, ориентированных как на расширение их функциональных возможностей, так и на особенности людей как пользователей, базируются на опыте, концепциях, принципах и методах анализа и проектирования систем управления классической инженерной психологии. Расширение областей применения исследований в области инженерной психологии потребовало изменения понимания предмета инженерной психологии. Его объектом является не только деятельность оператора по проектированию автоматизированных систем, но и другие виды деятельности, предполагающие использование современных технических средств для их совершенствования. Это утверждение определяет основное содержание последующего изложения — классические понятия инженерной психологии (о деятельности оператора) с обсуждением некоторых вопросов психологии пользователя электронных средств.

Идеи и принципы системного анализа как методологической основы концептуализации, формирования и уточнения идей содержания являются фундаментальными для инженерной психологии. Структура объекта описывается набором связей элементов, определяющих целостность в соответствии с выбранным или заданным критерием. В зависимости от выбранного критерия, модели (описания) объекта могут быть разными.

Существует два вида принадлежности (анализа или декомпозиции) целостности: а) логическая и эмпирическая основа для выделения аспектов системы, ее различных сторон и установления связей между ними — собственно структурный анализ; б) анализ функций системы и выделение элементов, обеспечивающих их реализацию.

Модели объектов создаются на основе того или иного метода анализа и их комбинации, в результате чего получается соответственно структурное, функциональное или структурно-функциональное описание. Выбор между языком функций и языком элементов определяется особенностями объекта. Для технических и человеко-машинных систем характерно описание структуры на основе функционального анализа (структура — это вариант упорядочения функций).

Инженерно-психологические проблемы разработки средств поддержки деятельности людей, управляющих дорожным движением, не столь очевидны. Управление высокоскоростными железнодорожными поездами, воздушными судами (самолетами, вертолетами), объектами водного транспорта (кораблями и подводными лодками), космическими аппаратами характеризуется высокой ситуационной динамикой и необходимостью учета большого количества факторов, включая факторы угрозы. Возможности человека по учету большого количества взаимосвязанных характеристик и скорости в таких условиях ограничены; для их преодоления требуются специальные инженерно-психологические разработки, поддерживающие, а значит, обеспечивающие эффективность и безопасность функционирования системы. В качестве примера можно привести управление посадкой вертолета на палубу корабля. Пилот должен выбрать время посадки для успешного приземления — интегрировать характеристики скорости, крена и вертикального движения, прогнозировать изменения относительного положения палубы и вертолета по четырем координатам.

В основном, системы управления различаются тем, является ли управляющим компонентом программное и аппаратное обеспечение или человек. Когда управляющие действия выполняются по программам функционирующих технических средств, такую систему принято называть автоматической. Это означает, что человек не участвует в схеме управления последовательно с техническими элементами, но в его функции входит запуск системы, выбор программы и режима работы, а также контроль их выполнения. В случае сбоя — возникновения неисправностей — система прекращает работу до устранения неисправности и требует разрешения на продолжение работы.

Автоматизированные системы управления

Системы, включающие человека в качестве компонента с функцией источника управления, обычно называются автоматизированными системами управления (АСУ).

Контуры управления автоматических (a) и автоматизированных (b) систем управления

Человек параллельно вовлечен в контур управления автоматизированной системой и имеет доступ к информации о состоянии объекта и характере управляющих воздействий для контроля и изменения режима работы системы. В автоматизированных системах субъект включается в систему последовательно с техническими элементами, выполняет функции: Получение и обработка информации о свойствах управляемого объекта, принятие решений об управляющих воздействиях, выполнение решений в виде передачи команд управления, контроля. Технические средства опосредуют взаимодействие между субъектом и управляемым объектом как в плане предоставления информации для принятия решений, так и в плане передачи команд управления.

Технические средства передачи команд управления используют функцию расширения возможностей человека и снятия ограничений на изменение свойств управляемого объекта, таких как направление и скорость движения, температура и давление, химические реакции и т.д. Команды управления выполняются либо с помощью программно-технических средств, либо человеком, выступающим в качестве субъекта управления отдельной единицей системного объекта (например, пилотами самолетов или машинистами железнодорожных составов). Следует подчеркнуть, что для всех видов профессиональной деятельности, за исключением деятельности оператора, технические средства выполняют эту и только эту функцию.

Функциональный анализ системы

Функциональный анализ системы позволяет расширить представления о типах АСУ и выявить содержание и особенности деятельности оператора для различных объектов. Доминирование той или иной эргативной функции лежит в основе типологии операторской деятельности.

оператор-технолог. Оператор работает в основном в режиме немедленного обслуживания, выполняет управляющие действия в соответствии с инструкциями, которые, как правило, содержат полный перечень ситуаций и решений. Процессы обработки информации и принятия решений осуществляются по схемам; эффективность деятельности определяется уровнем владения способами и средствами действий в различных ситуациях.
Оператор-диспетчер. Обеспечивает централизованный контроль и координацию событий в реальном времени — контроль транспортных систем (воздушных и железнодорожных), энергетических систем. Основная функция — принятие решений на основе получения и обработки информации и отправки команд управления.
Оператор-наблюдатель. Обеспечивает непрерывный мониторинг в реальном времени характеристик процесса и их отклонений от заданных условий (операторы радиолокационных систем, транспортных систем и т.д.). Основная функция — прием и обработка информации; функции принятия и исполнения решений сокращены, соответствующие операции сведены к минимуму и выполняются по простым схемам.
Оператор-манипулятор. Оператор-оператор работает в автоматизированных системах дистанционного управления движущимися объектами, а также управляет роботами-манипуляторами. Основной функцией оператора этого типа является выполнение управляющего воздействия. Характеристики деятельности определяются требованиями к точности выполнения движений в реальном времени. Успех оператора зависит от уровня развития сенсомоторных процессов и владения тактическими и стратегическими схемами (навыками) организации движений.
оператор-исследователь. Его основная функция в системе — принятие решения о характеристиках объекта, выбор оптимального метода действий на основе анализа текущей ситуации и необходимости учета большого количества факторов. Способ анализа ситуаций не регламентирован и определяется уровнем мышления и опыта. Когнитивные, в основном интеллектуальные, процессы являются ведущими в деятельности. Примерами операторов исследования являются дешифраторы изображений объектов, операторы логистической службы транспорта.
руководство оператора. Основная функция — принятие решений, но в отличие от четвертого типа, объектом принятия решений менеджера является организация, планирование, стимулирование и контроль деятельности людей, организации в целом. Информация, которой располагает или может располагать менеджер, является предпосылкой и основой для формирования альтернативных вариантов и критериев их оценки. Реализация принятых решений не является строго регламентированной во времени, осуществляется другими членами организации. Ведущей психической системой, участвующей в принятии решений, является интеллектуальная. Он принимает рациональные, эвристические или интуитивные решения, определяемые опытом и личностными характеристиками.

Научная и практическая направленность инженерной психологии (как и эргономики) определяется общими целями, а именно: 1) повысить эффективность функционирования систем; 2) обеспечить безопасность и комфортность жизнедеятельности человека (сохранение здоровья) в системах; 3) создать условия для развития личности сотрудников. Цели инженерной психологии могут быть достигнуты, если будут решены два класса проблем: Проблемы исследования закономерностей деятельности и научно-практические проблемы, связанные с проектированием и обеспечением деятельности. Аналогичным образом можно определить цели и задачи проектирования пользовательской активности программного и аппаратного обеспечения.

Подходы к анализу деятельности оператора и задачи инженерной психологии

Читайте дополнительные лекции:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Проблема распределения функций между человеком и автоматикой является классической для инженерной психологии эргономики. Ее решения за последние более полувека претерпели значительные изменения. Начало было положено в 1960-е годы принципами преимущественных возможностей П. Фиттса и взаимодополняемости человека и машины Н. Джордана. В 1971 г. Н. Д. Заваловой, Б. Ф. Ломовым и В. А. Пономаренко выдвинут принцип активного оператора. Его основное следствие, заключающееся в принципиальном преимуществе полуавтоматических режимов управления над автоматическими, позволило существенно повысить надежность управления авиационной техникой. Еще одно направление решения указанной проблемы - различные способы адаптивного или динамического распределения функций, реализующих гибкое изменение степени автоматизации (В. Ф. Венда, В. М. Ахутин, В. Роуз, Б. Кантовиц, Р. Соркин и др.). Тем не менее, ввиду бурного развития современных компьютерных средств рассматриваемая проблема требует определенного переосмысления. Тенденции в области разработки стратегии автоматизации процессов управления современной техникой заключаются в стремлении к максимальному повышению степени автоматизации. Различные варианты автопилотов или автоматических режимов уже давно существуют в авиации и космонавтике. Но сейчас автоматизация проникает в технические объекты, управление которыми традиционно реализовывалось человеком. К ним можно отнести системы автоведения поездов на железной дороге, которые даже получили название "автомашинист". Все большие масштабы приобретают работы по автоматизации управления легковыми и грузовыми автомобилями. Возникает вопрос: насколько безопасны эти тенденции?

Так, отечественная пилотируемая космонавтика изначально и до сих пор нацелена на максимальную автоматизацию режимов управления. Это выражается в приоритете автоматических режимов управления, являющимися основными, штатными, над полуавтоматическими и ручными режимами. Однако опыт 1970-1980-х годов показал, что такая стратегия автоматизации обладает серьезными недостатками. Это выражалось в том, что экипажи космических кораблей "Союз" часто не могли перейти на резервный ручной или полуавтоматический режим сближения при отказах автоматики в штатном автоматическом режиме вследствие психологической неготовности к такому переходу после пассивного наблюдения в автоматическом режиме. Автоматизация управления в авиации долгое время относилась только к отдельным системам или режимам полета. Однако в последние десятилетия она приняла универсальный характер. Самое главное, что произошел переход от непосредственного управления системами самолета со стороны летчика к опосредованному, когда его действия контролируются и корректируются автоматикой. Порочность такого подхода все больше подтверждается опытом катастроф последних лет, когда пилоты не смогли преодолеть противодействие автоматики в непредвиденных ситуациях. Тем не менее, тенденции, существующие при создании самолетов пятого поколения, свидетельствуют о постоянно увеличивающемся вытеснении пилота из контура управления. Более того, популярность приобретает позиция, что будущее принадлежит уже не пилотируемой, а беспилотной авиации. Полагают, что автоматика самолета будет самостоятельно принимать все решения, в том числе и о применении оружия. Разработка систем автоведения поездов нацелена, с одной стороны, на повышение эффективности и безопасности перевозок при возрастающей сложности железнодорожной техники. С другой стороны, эти системы обеспечивают сокращение численности локомотивных бригад с двух человек до одного машиниста (работа "в одно лицо"). Тем самым полагается, что основные функции по управлению движением составов перейдут к автоматике, что позволит в том числе облегчить труд машиниста и предотвратить его ошибки. Однако разработка указанных систем приводит к возникновению целого ряда вопросов: какова будет роль машиниста в управлении локомотивом, как необходимо выбирать оптимальную степень автоматизации, кто должен нести ответственность за обеспечение надежности управления в автоматическом режиме управления - машинист или разработчик автоматики? Во многом аналогичные вопросы возникают при разработке автомобилей без водителей. Фактически уже сейчас электронные системы вмешиваются в процесс вождения. С одной стороны, это должно защищать от человеческих ошибок, с другой - лишает водителя контроля над автомобилем. Парадоксы, которые при этом возникнут, можно проиллюстрировать опытом использования автомобильных навигационных систем на основе GPS. Слепое следование указанием навигаторов неоднократно приводило к безвыходным ситуациям, когда водители в незнакомой местности попадали в реку, застревали на железнодорожных путях и т. п., что приводило к потере автомобиля. Некоторые водители, давно пользующиеся навигаторами, теряют способность к ориентации при езде по городу, выработанную за десятилетия, и не могут самостоятельно проехать даже по хорошо известному маршруту. Таким образом, возрастающая сложность создаваемой техники приводит к необходимости поиска новых решений.

К характеристикам этой сложности, прежде всего, следует отнести свойство потенциальности сложных крупномасштабных технических объектов. Выражается оно, в частности, в возможности возникновения непредвиденных ситуаций управления из-за многообразия, непредсказуемости, нелинейности и опосредованности межсистемных взаимодействий, т. е. связей между различными системами объекта. Но тогда невозможно создание полностью адекватных моделей управления и реализация на их основе автоматических режимов. Существование таких ситуаций приводит к новому виду отказов, который связан не с реальными поломками техники, а с неадекватной работой автоматики при диагностике бортовых систем. Их парадоксальность заключается в том, что сами технические системы функционируют нормально! Но тогда перестает действовать основной принцип обеспечения надежности, заключающийся в резервировании отказавших блоков систем, так как автоматика отключит любое количество исправной резервной аппаратуры, сколько бы комплектов ее не было. Следовательно, в проблеме обеспечения надежности возникает принципиально новое явление: потенциальная неадекватность используемых разработчиками техники количественных критериев в программах автоматики и возможность диагностики ими ложных, несуществующих отказов с последующим отключением исправных блоков систем как основных, так и резервных. Реализация управления в этом случае возможна только путем резервирования автоматики оператором на основе использования им критериев другого рода - не количественных, а качественных критериев оценки надежности, позволяющих проводить целостный анализ возникающих ситуаций. Возможности проведения качественного, содержательного анализа ситуаций оператором определяются его профессиональным опытом, знаниями и умениями, способностями к творческому мышлению, психологической готовностью принятия ответственных решений в экстремальных условиях. Но даже профессионалам высокого класса это иногда не удается. Поэтому человек не всегда способен выполнить функцию по резервированию автоматики в изначально неизвестных и неопределенных ситуациях, нелинейных и неустойчивых процессах межсистемного взаимодействия. В этих условиях возможны ошибочные, несанкционированные действия, несоблюдение профессиональных норм и даже отказ от деятельности.

Выходом из ситуации может быть реализация обратной функции - резервирования оператора автоматикой, которое может быть реализовано посредством принудительного повышения степени автоматизации, целью которого должно являться, прежде всего, обеспечение безопасности техники. Повышение степени автоматизации, освобождает оператора от функций по управлению, тем самым предоставляет ему возможность для более полного и детального анализа ситуации. И если ситуация разъясняется, то оператор осуществляет переход обратно к полуавтоматическому режиму управления, если же нет - контролирует ход автоматического режима. Изложенная стратегия гибкого изменения степени автоматизации процессов управления, фактически, выражает новый принцип решения проблемы распределения функций - принцип взаимного резервирования оператора и автоматики. Суть принципа можно сформулировать следующим образом: оператор резервирует автоматику (в случае возникновения отказов техники или непредвиденных ситуаций) посредством самостоятельного снижения степени автоматизации; автоматика резервирует оператора (при возникновении в его деятельности высокой субъективной сложности) путем принудительного повышения степени автоматизации процессов управления. При этом полуавтоматические режимы управления должны являться основными и выбираться, исходя из оценки адекватности использования количественных критериев в программах автоматики, а автоматические и ручные - рассматриваться как резервные для страховки оператора и автоматики, соответственно.

Принципы распределения функций

Сложность проблемы распределения функций обусловлена тем, что человек не может быть приравнен ни к какому техническому элементу системы*. Даже при внешне минимальной доле участия в управлении человек остается субъектом труда, имеющим собственные мотивы действий, осознающим цели и задачи деятельности. Пока самая сложная машина — только объект, орудие труда, необходимое человеку для выполнения поставленной ему задачи.

Разработанная в советской психологии концепция трудовой деятельности оператора оложной автоматизированной системы подчеркивает значимость признания различий между человеком и техническими элементами системы для решения практических проблем эргономики,

Согласно этой концепции, характеристики человека не сводятся к характеристикам машины и не могут быть полностью описаны аппаратом технических наук. Отсюда вытекает вывод о том, что распределение функций — это не только техническая задача. Ее решение связано с проектированием как технических систем, так и деятельности человека-оператора, основанным, с одной стороны, на учете характеристик восприятия, внимания, памяти, мышления, двигательных актов оператора в конкретных условиях, возможных путей их совершенствования в процессе подготовки, и, с другой стороны, на поиске компромиссных решений для взаимного согласования возможностей человека-оператора и параметров технических средств системы.

Исходными данными для таких моделей являются количественные характеристики выполнения операций компонентами системы. Для правильного использования этих данных работу СЧМ целесообразно представить в виде многоуровневого процесса.

Уровень частных задач управления. Чтобы решить генеральную задачу (заданную в техническом задании на систему) с требуемой эффективностью, система в соответствии с целевым назначением должна осуществить ряд воздействий на внешнюю среду (управляющие объекты, другие подсистемы и т. д.) либо изменить свое состояние. Эти воздействия формируются в результате решения системой ряда одиночных типовых задач управления — частных задач управления ( ЧЗУ ) В некоторых случаях генеральная задача системы может совпадать с потоком ЧЗУ одного типа.

Уровень блоков операций. Каждая ЧЗУ может быть представлена в виде блоков операций. В этом случае блок операций представляет собой минимальную совокупность базисных операций, которая может законченно решаться одним оператором, т. е. комплексное действие. Как правило, функции распределяются между человеком и машиной и внутри коллектива операторов на уровне блоков операций.

Уровень базисных операций. Базисной операцией следует считать наименьший наблюдаемый элемент работы оператора, т. е. простое действие или элементарную технологическую операцию.

Уровень психологических операций. Операции этого уровня (см. гл. 2) входят в состав действий базисных операций, однако их характеристики не могут быть измерены обычным экспериментальным путем в процессе наблюдения за деятельностью оператора в системе. Анализ этих операций необходим потому, что в ряде случаев только он позволяет наиболее точно сформулировать требования к машинам как преобразователям информации, предъявляемой оператору.

При таком многоуровневом представлении процесса решения генеральной задачи СЧМ для выбора рационального варианта распределения функций целесообразно использовать следующие модели.

A. Модель распределения потоков ЧЗУ (блоков операций) внутри коллектива операторов, сформулированная в терминах массового обслуживания и теории расписаний. Предназначена для уточнения количества операторов, определения состава назначенных каждому из них ЧЗУ (блоков операций) и последовательности работы.

Б. Модель распределения операций, составляющих решение каждой ЧЗУ (блока операций) между одним оператором и машиной, сформулированная в – терминах теории графов. Модель определяет главным образом требования к машине по выполнению логических и вычислительных операций, обеспечивающих эффективную работу оператора по решению ЧЗУ с помощью информационной модели.

B. Модель деятельности на уровне психологических операций. В ней структура и характеристики процессов деятельности оператора исследуются специальными экспериментально-аналитическими методами, при этом в модель вводятся не только временные, точностные и надежностные характеристики деятельности, но и такие характеристики, как объем памяти, пространственно-временное распределение внимания и т. д. С помощью подобной модели можно получить необходимые данные для обоснования требований к необходимой оператору информации, способам ее предъявления и т. д. Таким образом, модель позволяет оценить возможности оператора по выполнению той или иной операции, учитывая психофизиологические характеристики человека.

Все указанные модели реализуются, как правило, методами статистического моделирования на ЦВМ . Рассмотрим исходные данные, необходимые при распределении функций.

Для модели первого типа ими служат:
— закон распределения плотности потока ЧЗУ ;
— закон распределения допустимых значений времени решения ЧЗУ г-го типа ft (^доп);
— влияние качества выполнения каждого 1-го типа ЧЗУ на характеристики потоков остальных ЧЗУ (эти характеристики определяются на основании генеральной задачи системы и параметров внешней среды — управляемых подсистем и возмущающих факторов);
— предполагаемый состав операторов для управления системой;
— ограничения, накладываемые на связи между операторами при решении каждой ЧЗУ (блоков операций);
— характеристики выполнения операций, назначенных машине: время tM, ошибки Дм и техническая надежность Ри (средние для данного класса машин в начале проектирования и уточняемые в его ходе);
— законы изменения качества работы оператора в зависимости от плотности потока задач 2А, продолжительности работы и времени ожидания: получаемые из опыта эксплуатации аналогичных систем;
— характеристики решения ЧЗУ (блока операций); одним оператором,

Исходными данными для модели второго типа являются:
— требуемые характеристики качества выполнения блока операций одним оператором при учете загрузки его потоками других задач;
— структура выполнения ЧЗУ (блока операций) оператором, получаемая на основании профессиографии его деятельности;
— временные фг (/раб), точностные фг (Д6) и надежностные pf характеристики выполнения человеком базисных операций, получаемые с помощью моделей третьего типа или специальных экспериментов;
— изменения характеристик качества выполнения отдельных операций человеком в зависимости от обученности, напряженности деятельности, ситуаций и условий обитаемости, получаемые из опыта эксплуатации систем аналогичного назначения;
— ограничения на технические средства сопряжения человека с машиной и на технические средства обработки информации, выдаваемые соответствующими специалистами в процессе разработки системы и учитывающие существующий уровень развития науки и техники, экономические, весовые, габаритные и другие требования к системе;
— характеристики качества выполнения операций, назначенных машине: время /м, ошибки Дм и техническая надежность рм (средние для данного класса машин в начале проектирования и уточняемые в его ходе).

Исходными данными для модели третьего типа являются:
— структура выполнения базисной операции на психологическом уровне;
— статические и динамические характеристики психологических процессов выполнения базисной операции человеком (углы зрения, объем внимания, характеристики оперативной и долговременной памяти человека, временнйе, точностнйе и надежностные характеристики перекодирования информации и т. д.), которые, являясь сравнительно устойчивыми данными для широкого класса деятельности операторов, заблаговременно получаются из фундаментальных исследований в области психологии;
— возможности технических средств сопряжения человека с машиной (яркость, контрастность сигналов, состав символов, возможные темпы предъявления информации, цветность и т. д.);
— характеристики входной информации (полезных и фоновых сигналов).

Кроме того, желательно при наличии данных учитывать изменения характеристик качества выполнения отдельных операций психологического уровня в зависимости от напряженности деятельности и условий обитаемости.

С помощью модели данного типа оценивается качество выполнения базисных операций.

На стадии развернутого проектирования обычно появляется возможность полного (или частичного) моделирования работы системы с участием оператора. Модель представляет, как правило, реальное рабочее место оператора, сопряженное с универсальной ЭВМ , в которой программируется поведение внешней среды (в том числе и условия обитаемости) и работа машинной части системы. С помощью такого моделирования уточняется качество первоначально рассчитанного варианта распределения функций.

Персонал автоматизированная система управления в соответствии с ролью, выполняемой им в процессе функционирования системы, делится на две группы: оперативный персонал и эксплуатационный. К оперативному персоналу относятся лица, непосредственно участвующие в принятии решений по процессу управления и в выполнении функций системы (в автоматизированной системе управления технологическими процессами это - операторы и операторы-технологи, в автоматизированной системе управления предприятием, интегрированной автоматизированной системе управления, отраслевой автоматизированной системе управления и других - это операторы и лица, принимающие решения). К эксплуатационному персоналу относятся лица, обеспечивающие нормальные условия функционирования автоматизированной системы управления в соответствии с Инструкцией по эксплуатации (выполняющие работу по техническому обслуживанию системы). Помимо персонала автоматизированной системы управления, работу автоматизированной системы управления обеспечивает также ремонтный персонал, непосредственно в функционировании автоматизированной системы управления не участвующий и выполняющий ремонт отказавших технических средств и устранение ошибок программного обеспечения автоматизированной системы управления - ГОСТ 24.701-86 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения. Итак, система *человек-машина* (СЧМ) ― сложная система, в которой человек-оператор (группа операторов) взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации и т.д.

3. Антамошин, А.Н. Интеллектуальные системы управления организационно-техническими системами / А.Н. Антамошин, О.В. Близнова, А.В. Бобов, Большак . - М.: РиС, 2016. - 160 c.

4. Евменов, В.П. Интеллектуальные системы управления: превосходство искусственного интеллекта над естественным интеллектом? / В.П. Евменов. - М.: КД Либроком, 2016. - 304 c.

6. Малафеев, С.И. Основы автоматики и системы автоматического управления / С.И. Малафеев, А.А. Малафеева. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2010. - 384 c

Автоматизация производства и управления является инструментом совершенствования управления производства и повышения его эффективности. Она привела к появлению широкого класса человеко-машинных автоматизированных систем различного назначения, без которых невозможно представить современную организацию управления.

Дальнейшее повышение организационной и технической гибкости производства, уровня его автоматизации связано с комплексной автоматизацией управления промышленным предприятием на основе создания интегрированных автоматизированных систем управления, в которых объектом управления становится вся совокупность исследовательских, проектно - конструкторских, организационно - экономических, социальных, технологических, информационных процессов.[1] Бурное развитие техники приводит к тому, что деятельность человека в автоматизированных системах управления (АСУ) играет все большую роль как в развитии современного производства, повышения его эффективности, так и в безопасности людей. Легко понять, что это резко повысило роль человеческого фактора, который теперь выступает прежде всего как фактор психологический. Поэтому если когда-то проблема “человек – техника” решалась на основе простейших антропологических, физиологических и гигиенических данных или просто по здравому смыслу, то сейчас ее решение требует проведения сложных лабораторных экспериментально-психологических исследований. Это обстоятельство породило такую научную дисциплину как инженерная психология.

Рассмотрим состав АСУ ТП, основные элементы и их роли. Основными элементами АСУ ТП являются:

комплекс технических средств (техническое обеспечение);
общесистемная техническая документация;
эксплуатационный персонал.

Комплексом технических средств (КТС) называют совокупность управляющих устройств, устройств передачи сигналов и данных, датчиков сигналов и исполнительных устройств, обеспечивающих выполнение функций АСУ ТП. КТС включает структурные элементы сбора и передачи информации, входящие в информационное обеспечение АСУ ТП. Структурные схемы КТС АСУ ТП приведены на рис. 1.

Рисунок 1 – Структурные схемы КТС АСУ ТП

Общесистемная техническая документация состоит из математического (МО) и организационного обеспечений АСУ ТП. В свою очередь МО подразделяется на алгоритмическое и программное обеспечение. Алгоритмическое обеспечение включает описание алгоритмов реализации отдельных функций и общего алгоритма функционирования АСУ ТП. Программное обеспечение (ПО) реализует алгоритмы функционирования и делится на стандартное (СПО) и прикладное (ППО)[3].

Эксплуатационный персонал, в первую очередь технолог-оператор АСУ ТП, является неотъемлемым элементом системы управления.

В АСУ ТП с разомкнутой схемой управления технолог-оператор осуществляет все функции управления либо исполнительными устройствами, либо устройствами локальной автоматики, пользуясь информацией о состоянии объекта и рекомендациями по рациональному управлению, вырабатываемыми ИВК (информационно-вычислительный комплекс). Вывод оперативной информации и рекомендаций (советов оператору) производится либо автоматически, либо по запросу оператора. В других разновидностях АСУ ТП технолог-оператор выведен из контура непосредственного управления, осуществляет контроль за работой системы и задает ей те или иные режимы работы и критерии функционирования. Действия оператора обеспечивают также адаптацию системы при наличии внешних возмущений технологического, производственного и экономического характера.

Роль человека в интегрированной автоматизированной системе управления.

Успех внедрения АСУ и ее эффективность во многом зависят от умелого распределения функций между человеком и машиной. Конечно, проектировщикам АСУ всегда приходится помнить о некоторой условности сравнения возможностей машины и человека, иметь в виду его несомненный приоритет в управлении. Тем не менее, вряд ли возможно получить оптимальный симбиоз человека и машины в системе управления, если упускать из вида основные достоинства и недостатки человека и машины и роль человека в АСУ.

Нельзя забывать, что в условиях организационного управления даже самая совершенная вычислительная машина по многим своим "умственным" возможностям пока что на несколько порядков "слабее" среднего человека. Важнейшим и ценнейшим качеством человеческого мышления является его образность и интуиция. Человек мыслит образами, благодаря чему тренированный мозг в считанные секунды создает зрительный, мысленный аналог самого сложного явления, в котором участвуют многие элементы. Для машины решения во многих случаях либо непосильны вообще из-за трудностей формализации задач, либо требуют таких больших затрат машинного времени, что такой путь достижения цели становится бессмысленным. [4]

Очень ценным является то обстоятельство, что, владея интуицией, человек принимает в большинстве своем достаточно правильные решения при существенном недостатке исходных данных. В этом случае человек подсознательно, почти машинально, использует весь свой накопленный опыт.

Но следует иметь в виду, что современные задачи, особенно оперативного управления, очень сложны и часто выходят за рамки возможностей и образного мышления. Зрительный правдоподобный образ даже опытному руководителю в ряде случаев создать не удается из-за отвлеченности понятий. В то же время слишком приближенные управленческие решения, как правило, недопустимы. Во всех этих случаях машина является незаменимым помощником человека. Человек решает такие задачи в интерактивном режиме, т.е. в режиме человеко-машинного диалога, используя эвристические и другие методы, весь свой опыт. Свойства человека, работающего в системе управления, учитываются конструктором устройств ЭВМ и организационной техники, имея в виду главную цель — повысить качество принимаемых управленческих решений и при этом не превзойти физиологические возможности человека в восприятии подаваемой ему информации. Так, приборы, за которыми следит оператор, должны устанавливаться в местах, удобных для обзора, кнопки и рычаги управления — на уровне руки и т.д.[2] Скорость и объемы передачи информации для нормального восприятия ее человеком увязываются с психофизиологическими возможностями оператора соответствующих устройств.

Развиваются системы дистанционного управления. Человек все более удаляется от управляемых объектов, о динамике их состояния он судит не по данным непосредственного наблюдения, а на основании восприятия сигналов от устройств отображения информации, имитирующих реальные производственные объекты. Осуществляя дистанционное управление, человек получает необходимую информацию в закодированном виде, что обусловливает необходимость декодирования и мысленного сопоставления полученной информации с состоянием реального управляемого объекта.

Процесс разработки и внедрения ИАСУ сопровождается психологическим барьером, преодоление которого во многом зависит от решения проблемы надёжности ИАСУ.[4]

Для нормального функционирования ИАСУ необходимы устойчивые отношения: между людьми и машинными компонентами системы, между людьми в системе управления в целом и её частях, между проектировщиками и персоналом автоматизированной системы. Эти отношения затрагивают область инженерной психологии, проблемы человеческого фактора в социально-психологическом объекте.

Деятельность человека в ИАСУ – это новый вид трудовой деятельности, характеризующийся тем, что в процессе управления человек имеет дело не с реальным объектом, а с его моделями, сохраняющими все свойства реальной системы с точки зрения управления.Человек может непроизвольно оказывать искажающее воздействие на информацию в результате влияния эмоционально-психологических факторов. Поэтому функционирование ИАСУ должно предусматривать разработку комплексных мер, направленных на повышение надёжности и ответственности работников, на их нравственное психологическое состояние.

Рассмотренные особенности операторского труда позволяют выделить его в специфический вид профессиональной деятельности, в связи с чем, для его изучения, анализа и оценки недостаточно классических методов, разработанных психологией и физиологией труда и используемых для оптимизации различных видов работ, не связанных с дистанционным управлением по приборам.

Оценка и переработка информации. На этом этапе производится сопоставление заданных и текущих (реальных) режимов работы СЧМ, производится анализ и обобщение информации, выделяются критичные объекты и ситуации и на основании заранее известных критериев важности и срочности определяется очередность обработки информации. Качество выполнения этого этапа во многом зависит от принятых способов кодирования информации и возможностей оператора по ее декодированию. На данном этапе оператором могут выполняться такие действия, как запоминание информации, извлечение ее из памяти, декодирование и т. п.

Принятие решения. Решение о необходимых действиях принимается на основе проведенного анализа и оценки информации, а также на основе других известных сведений о целях и условиях работы системы, возможных способах действия, последствиях правильных и ошибочных решений и т.д. Время принятия решения существенным образом зависит от энтропии множества решений. Если же каждому состоянию объекта могут быть поставлены в соответствие несколько решений, то при расчете энтропии нужно учесть еще и сложность выбора из множества возможных решений необходимого.

Реализация принятого решения. На этом этапе осуществляется приведение принятого решения в исполнение путем выполнения определенных действий или отдачи соответствующих распоряжений. Отдельными действиями на этом этапе являются: перекодирование принятого решения в машинный код, поиск нужного органа управления, движение руки к органу управления и манипуляция с ним (нажатие кнопки, включение тумблера, поворот рычага и т. п.). На каждом из этапов оператор совершает самоконтроль собственных действий. Этот самоконтроль может быть инструментальным или не инструментальным. Проведение любого вида самоконтроля способствует повышению надежности работы оператора.

Проблема распределения и согласования функций между человеком и машиной

Эффективное распределение функций базируется на максимальном учете возможностей человека и машины. Общего решения эта проблема не имеет, поскольку каждой системе присущи свои особенности управления и для каждого раза надо по-новому оценивать возможности человека и технических средств ее деятельности.[5]

Согласно предварительному сравнению возможностей, можно предложить следующий вариант распределения функций. Человек должен выполнять следующие функции:

индуктивного мышления, т.е. принятие решения на базе неполной информации,
обобщения различных фактов, дополняя информацию из собственного опыта;
распознавания ситуации в целом по ее отдельными характеристиками, а также неполной информацией о нем;
решения задач, относительно которых отсутствуют правила или алгоритмы;
решения задач большой ответственности;
выбор средств решения задач в быстро меняющихся условиях, предполагает выявление гибкости и адаптивности

Машине целесообразно передать следующие функции:

дедуктивного мышления, т.е. нахождения решения для отдельных случаев на базе общих принципов и правил;
выполнения громоздких математических расчетов и выбор известных вариантов решений;
охранение большого количества информации;
осуществления однообразных операций по известному алгоритму действий;
выполнение быстрых действий в ответ на определенную команду

Эти рекомендации имеют обобщающий характер, в каждом же конкретном случае определяющим является эксперимент с моделированием конкретной системы, условий ее функционирования, а также применением определенных принципов. Следует заметить, что сейчас проблема распределения функций между человеком и машиной проявляется как проблема распределения функций между человеком и электронно-вычислительной техникой, которая очень быстро развивается. Кроме этого нужно дифференцировать проблемы, решаемые в реальных масштабах времени, и проблемы, при решении которых ЭВМ используют для научных расчетов и целей управления. Деление функций между составными частями было разным в течение исторического развития трудовых процессов. Сначала от человека к машине переходили двигательные функции, затем функции передачи информации, а теперь и ее приема, переработки и принятия решений. Но это уже проблема "искусственного интеллекта", которая связана с приближением машинных средств решения задач к человеческим.[7]

Читайте также: