ТЕМА 2. ТРУДОВА ДІЯЛЬНІСТЬ ЛЮДИНИ В СИСТЕМАХ «ЛЮДИНА - ТЕХНІКА - СЕРЕДОВИЩЕ»

План

1. Машина - елемент системи «Людина-Машина-Середовище»
2. Людина в системі «Людина-машина-середовище»
3. Характеристики системи « Людина – Машина»
4. Розподіл функцій у системі «людина-машина-середовище» (СЛМС)

1. Машина - елемент системи «Людина-Машина-Середовище»

Світ машин та механізмів тепер супроводжує людину на кожному кроці. Людина, суспільство стають все більш залежними від сучасної, складної техніки - механізмів, машин, в тому числі електронно-обчислювальних, які тепер керують різними життєво важливими системами і перед усім наденергоємними - атомними електростанціями, військовими об'єктами, інформаційними системами, штучними космічними об'єктами.

Основні групи машин та механізмів. Машина (від лат. machina) - устрій, за допомогою якого виконують різноманітні операції для переміщення об'єктів, перетворення енергії, матеріалів, систематизації та збереження інформації. Машини збільшують фізичну та інтелектуальну могутність людини.

Розрізняють три основні групи машин: робочі, енергетичні та інформаційні. Пристрої, призначені для перетворення будь-якого виду енергії в механічну, називають машино-двигунами. Це електродвигуни, двигуни внутрішнього згоряння (карбюраторні, дизельні), турбіни, теплові (парові) машини.

Група робочих машин складається з технологічних і транспортних.

Технологічні машини - це металообробні верстати, прокатні стани, поліграфічне устаткування та інші.

Транспортні машини - автомобілі, літаки, тепловози, підіймачі, конвейєри, газо-, нафто-, водогони.

Інформаційні машини - найбільш складні пристрої, призначені для одержання, переробки і збереження інформації - арифмометри, механічні інтегратори, електронні обчислювальні машини (ЕОМ), персональні комп'ютери. Хоча в повному розумінні слова ЕОМ не є машиною, тому що в ній механічні пристрої мають допоміжне значення.

Як правило машина складається з механізмів, що перетворюють рухи одного або декількох тіл у потрібному напрямку до іншого тіла. Механізми - основа машин.

Механізм - система, яка складається з ланок або сполучених деталей, частин. З'єднання стикованих деталей, в результаті чого виникає рух, називається кінематичною парою - обертальна (шарнір), поступальна (повзун і напрямляючий), гвинтова (гвинт і гайка), сферична (кульовий шарнір - як суглоби у людини). Якщо в механізмі, машині використовують крім твердих тіл рідинні або газоподібні речовини, то такі пристрої називають відповідно гідравлічними або пневматичними.

В залежності від виду ланок у механізмі або машині розрізняють зубцюваті, підйомні, ланцюгові, фрикційні, ремінні передачі, в тому числі пневмо- і гідропередачі.

Машини, механізми так само старі, як і людина, яка завжди прагне до полегшення своєї праці, збільшення її продуктивності.

Вже в Древньому Єгипті широко використовували механізми для підняття вантажів (будівництво пірамід, храмів), перекачування води (висячі сади Семіраміди, полив засушливих територій). Давньогрецький поет Гомер описав механічну художницю, письменник Аулюс Гелліус - механічного літаючого голуба.

В другому сторіччі до нашої ери єгипетські жреці, використовуючи зубцюваті передачі, побудували автомати для продажу святої води, для відкривання-закривання дверей у храмах. В третьому сторіччі до нашої ери давньогрецький інженер написав восьмитомну працю «Синтаксис механіки».

У 60-і, на початку 70-х р.р. ХХ ст. створені машини, механізми для виконання задач, пов'язаних із небезпечними об'єктами, наприклад для роботи в Космосі (космічна техніка), недоступних або небезпечних для людини земних середовищах - підводні глибини, атомні реактори, багатьох хімічних, металургійних виробництвах.

Для виконання робіт в таких сферах діяльності людини створені маніпулятори (механічна рука), роботи, які дозволяють автоматизувати багато трудових процесів. Термін «Робот», який тепер широко розповсюджений, першим використав чеський письменник К. Чапек у фантастичному романі «Війна з саламандрами».

Для створення сучасних складних пристроїв велике значення має теорія машин і механізмів, засновником якої є російський математик і механік Х1Х ст. П.Л. Чебишев. Він заклав основи теорії синтезу механізмів, що дозволяє тепер створювати різноманітні машини дуже високого ступеня складності, навіть моделюючих діяльність людини.

Подальший розвиток ця теорія одержала в працях А.П. Котель-никова (1865-1944), В.В. Добровольского (1880-1956).

Теоретичні праці, практичні розробки особливої уваги приділяють шкідливому впливу коливань, вібрацій у машинах і механізмах. Ці явища викликають додаткові навантаження на ланки механізмів, втрату їхньої стійкості, працездатності через що виникають аварії з-за стомлення матеріалів, з яких вони виготовлені.

У 1945-50 роках була створена теорія машин-автоматів або роботів, які моделюють властивості і функції живих організмів, зокрема людини. Вона дозволила різко убезпечити працю, зробити її більш продуктивною і перейти від техніки безпеки при роботі з небезпечною технікою до відносно безпечної техніки.

Техніка (гр. - мистецтво робити щось, виготовляти, ремесло, майстерність) - сукупність машин та механізмів, за допомогою яких працівник полегшує свою працю, досягає необхідного результата з мінімальними фізичними затратами. Вона є складовою частиною технологій, технологічних процесів. Техніка - ноосферно перетворені предмети природи, які утворюють технічні об'єкти.

Технічний об'єкт - сукупність техніки, що виконує певну функцію - отримання певних речовин, предметів вжитку, енергії (теплової, електричної).

Можливості техніки пов'язані з певними межами, кордонами її функцій: 1) техніка - засіб, який треба орієнтувати певним чином; 2) техніка домінує тільки над механізмами, над неживим сферами природи і ніколи над людиною; 3) техніка пов'язана з ресурсами та різними видами енергії; 4) вона залежить від людини; 5) техніка виконує важливі соціальні функції, забезпечуючи інтелектуальний, речовинний прогрес, комфорт життя, але зменшує стійкість природних систем через забруднення середовища.

Неналежне використання техніки формує надзвичайні ситуації техногенного характеру, аварії, катастрофи. Варто підкреслити, що жодна машина або механізм не можуть обходитися без джерела енергії, або самі є її джерелом. Тому в процесі їх функціонування часто виникають шкідливі, побічні явища - забруднення навколишнього середовища різноманітними чинниками - хімічними, фізичними, фізико-хімічними, біологічними.

Існує проблема ергономічності - це сумісність функцій людини, її фізіологічних можливостей з машинними. Частіше всього машини погано сумісні з природними процесами, тому виникла і активно розробляється проблема створення машин на біологічній основі - біороботів. Вже створені і функціонують окремі елементи таких машин - наприклад біомеханічна рука, в якій механічне зусилля виникає за рахунок хімічних реакцій в штучному білку.

Широкого застосування набули штучне серце, яке вживляють у грудну порожнину, кардіостимулятори, що виконують функції автономної нервової системи серця, його нервових центрів. Існують і стаціонарні штучні органи, які використовують при хірургічних операціях, наприклад штучна нирка, печінка, але вживити їх в організм неможливо з-за їх великих розмірів. Виникла можливість створення штучних біологічних органів тіла людини. Вже отримано з так званих стовбурних, недиференційованих клітин, деякі органи - шкіра, печінка. Ще до недавнього часу ми розглядали небезпеку тільки з боку неживих систем - машин та механізмів, та природних явищ, то тепер можливо виникне небезпека від біологічних ссистем.

Очевидно майбутнє за іншими - екологічно безпечними, ергономічними машинами і механізмами, тобто такими, які не шкодили б людям, всьому живому, найменше забруднювали б природне середовище.

Особливо треба виділити проблему створення штучних органів людини за допомогою методів клонування, генної інженерії. Вже розроблені методи отримання таких органів і виникло питання етично-морального змісту. Тому в багатьох країнах прийнято законодавство щодо цього питання, ставлення до якого неоднозначне.

Слід підкреслити, що більшість сучасних машин недосконалі і тому вони, витвори людини, забруднюють довкілля, змінюють його в негативний бік.

Неможливо назвати машину, механізм антропогенного походження, який був би ідеальним і не шкодив би здоров'ю людини, не забруднював би середовище життя отруйними речовинами - стаціально-речовинними або параметричними - шуми, вібрації, різні види випромінювань - польові форми матерії.

Тому давно вже кажуть про біологічну необхідність переходу з техногенних джерел енергії на природні, альтернативні джерела енергії, тобто протилежні існуючим традиційним - гідроенергетика, атомна, теплова енергетика альтернативними - енергія Сонця, вітру, земного тепла. Будь-яка машина створена людиною з неживих елементів завжди буде небезпечною, шкідливою через різні фактори (фізичні, хімічні, біологічні), які супроводжують її роботу.

2 Людина в системі «Людина-машина-середовище»

Розглядаючи людину в безперервній обмінній взаємодії з довкіллям, необхідно виділити систему «Л-М-С», в якій:

– складові елементи – це «людина», «машина», «середовище»;

– зв'язки між елементами – це вплив «людини» на «середовище», вплив «середовища» на психофізіологічний стан (ПФС) «людини», вплив «середовища» на дії «людини», вплив «середовища» на роботу «машини», вплив «машини» на ПФС «людини» тощо.

Під час вивчення системи «Л-М-С» необхідно «людину» представляти трьома складовими: Л1 – людина, що виконує певні дії, Л2 – людина, що впливає на середовище, як біологічний об’єкт; Л3 – людина, що відбиває власне ПФС. Основні характеристики системи «Л-М-С»:

– будь-яка система «Л-М-С» створюється людиною і його довкіллям, яке може включати устаткування, сировину, предмети побуту тощо;

– система «Л-М-С» має цілісність, її елементи служать досягненню єдиної мети;

– система «Л-М-С» може включати комплекс функціонально й ієрархічно пов'язаних різнорідних елементів і підсистем;

– зміна стану одного з елементів або підсистем у системі «Ч-М-С» тягне зміну стану інших елементів і підсистем;

– у побутовій сфері і техносфері головну роль відіграє людина, а в біосфері – усі елементи системи рівнозначні;

– поведінка системи «Л-М-С» і її елементів може мати детермінований і ймовірнісний характер, що визначається динамізмом довкілля і психофізіоло-гічними особливостями людини;

– елементи системи «Л-М-С» знаходяться в «ігровій ситуації» – людині доводиться приймати рішення, вибираючи певну стратегію.

Система «Л-М-С» може включати людину, колектив, общину, суспільство в цілому і при цьому необхідно враховувати зв'язки між людьми. Взаємодія людей залежить від колективу (виробничий, за місцем проживання, спортивна команда), від споріднених стосунків, освіти, соціального статусу, політичних і релігійних переконань.

Важливо правильно визначити рівень системи «Л-М-С». Залежно від поставленої мети слід виділяти систему «Л-М-С» робочого місця, приміщення, об'єкта, населеного пункту, регіону, країни, людства в цілому. Якщо система «Л-М-С» буде обмеженою, то можна «втратити» джерела небезпек, а якщо великою – вивчення системи ускладнюється.

Аналізуючи взаємодію людини з іншими елементами системи «Л-М-С», слід розглянути модель сприйняття і переробки інформації в системі «Л-М-С». Необхідно сформулювати необхідну умову БЖД людини в системі «Л-М-С», виділити інформаційну, біофізичну, енергетичну, просторово-антропомет-ричну, техніко-естетичну і соціальну сумісності людини з технікою і середови-щем, запропонувати заходи і засоби забезпечення оптимальних умов життєдіяль-ності людини, колективу, соціуму, людства.

Поняття про систему людина - машина - середовище та її оптимізація

Всі виробничі відносини побудовані на принципі «людина - машина -середовище». При застосуванні багатьох агрегатів (машини) які керовані людиною або людьми (людина)в певних умовах виробництва конкретне поле, споруда, майдан­чик, стан доріг, кліматичні умови (середовище) проходить виробничий процес.

В цих умовах може відмовити машина:поломка, спрацювання дета­лей та механізмів, аварії, тощо.

Умови середовища можуть бути такими, що зробить неможливим виконання процесу: бездоріжжя, дощ, понижена температура, посуха і т.д.

На людину(оператора) в цій системі впливають на її працездатність.

З метою ліквідації передумов травмування систему людина-машина-виробниче середовище, оптимізують за різними показниками. Закономірності взаємодії складових системи виявляються ергономікою, яка вивчає функціональні можливості людини в трудових процесах з метою створення оптима­льних умов праці, які забезпечуються відповідністю технологічного процесу, обладнання та оснащення фізіологічним та психофізіологічним особливос­тям людини.

Ергономічні особливості людини реалізуються через гігієнічні, антропометричні, фізіологічні та психофізичні показники.

В групу гігієнічних показників входять: рівень освітленості, вологості, температури повітря робочої зони, шуму, вібрації, напруги електричного і магнітного полів.

Група антропометричних показників показує відповідність конс­трукції предметів і засобів праці розмірам тіла людини та його форми, харак­теризує функціональну досяжність його рук. З врахуванням цих показників забезпечують раціональну і зручну робочу позу, правильну поставу, оптима­льне розміщення предметів праці та органів управління*

Основними характеристиками оператора в системі «людина - машина - середовище» є:

1. Надійність - людина освічена, дисциплінована, кваліфікована, фі­зично здорова.

2. Напруга оператора - кожен вид роботи вимагає напруження орга­нізму як фізичного, так і психічного.

3. Емоційна напруга оператора - необхідність контролювання свого психічного стану.

4. Відмова оператора - при значному перенапруженні оператора. Протягом зміни функціональні особливості працівника змінюються, що відображається на його працездатності. Умовно можна поділити на 3 періоди:

1. Входження в роботу. Триває 40-60 хв іноді менше. В цей час пра­цівник пристосовується до роботи, до інструменту, обладнання.

2. Висока стійка працездатність. Триває 2-2,5 год.

3.Падіння працездатності.

Після обідньої перерви період входження в роботу дуже скорочуєть­ся і практично починається з другої фази.

Діяльність людини можна поділити на фізичну і розумову.

Розумова діяльність. Становлячи лише 1,2–1,5% від маси тіла людини, мозок під час інтенсивної діяльності (в т. ч. і навчання) споживає понад 20% його енергетичних ресурсів. Приплив крові до мозку збільшується в 8–10 разів порівняно зі станом спокою. Вміст глюкози збільшується на 18–30%, підвищується концентрація в крові адреналіну.

Згідно «Гігієнічної класифікації умов праці « виділяють 4 класи умов праці:

1 клас – оптимальні умови праці - такі умови, при яких не лише збе­рігається здоров'я, а й підтримується високий рівень продуктивності.

2 клас – допустимі умови праці - характеризується таким рівнем фак­торів виробничого середовища і трудового процесу, які не перевищують гігі­єнічних норм. Всі функції організму відновляються до наступної зміни. Не­має шкоди для здоров'я.

3 клас – шкідливі умови праці - характеризується наявністю шкідли­вих виробничих факторів, що перевищують гігієнічні норми і здатні чинити несприятливий вплив на організм працюючого чи його потомство.

4 клас – небезпечні умови праці - характеризуються таким рівнем не­безпечних і шкідливих факторів середовища, вплив яких протягом робочої зміни може привести до виникнення важких форм гострих професійних уражень, отруєнь, каліцтв, смерті.

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ «ЛЮДИНА - МАШИНА»

Безперервний процес створення і вдосконалення складних технічних об'єктів обумовлений прагненням до підвищення якості виконання функцій (призначення) і досягнення соціально значущих цілей. Обов'язковою процедурою на шляху підвищення якості є його оцінка: оцінка якості існуючих технічних пристроїв (прототипів) дозволяє визначити напрями вдосконалення, а оцінка при проектуванні - обгрунтувати вибір кращого з можливих варіантів майбутнього системного об'єкта. Саме орієнтація на якість при проектуванні та вдосконаленні на стадії функціонування (вирішення завдань планування, стандартизації, атестації тощо) часто пов'язується з поданням про управління якістю. Якість розглядається як саме загальне «граничне» властивість, але завжди у взаємозв'язку з кількістю - мірою якості: ступенем його вираженості і ступенем вираженості окремих властивостей об'єкта. Єдність кількості і якості - джерело принципової вимірності якості. Оцінка якості - це окремий випадок вимірювання, що включає уявлення про процедурах і базі порівняння - ідеалі або іншому об'єкті, з яким порівнюється оцінюваний об'єкт.

Вимірювання якості (вибір заходів якості та отримання їх числових значень) припускає виділення і систематизацію властивостей об'єкта, що визначають його якість. Загальною підставою систематизації є виділення таких груп властивостей (аспектів якості), як динамічні, структурні, ціннісні.

Динамічний аспект припускає вимірювання якості, по-перше, на всіх стадіях життєвого циклу - при проектуванні, створенні та експлуатації об'єкта (проектного, виробничого та експлуатаційного якості); по-друге, потенційного якості і актуального якості; по-третє, вимірювання змін вираженості (інтенсивності) окремих властивостей у часі і при впливі різних факторів.

Структурний аспект передбачає розгляд якості як багаторівневої ієрархічно організованої сукупності властивостей частин об'єкта - одиничних та інтегральних якостей, функціональних, пов'язаних з властивостями цілісного об'єкта, якостей окремих елементів об'єкта чи процесів.

Ціннісний аспект якості включає оцінку придатності або пристосованості об'єктів, процесів і умов для досягнення цілей (призначення). Зазвичай цей аспект якості виражається в переліку обмежень їх використання відповідно до технології (технологічність), обмежень на характеристики експлуатації (надійність, безпека).

Розрізняють потенційне якість системи (об'єкта) - здатність виконувати покладені на неї функції і актуальне якість - можливості і результат функціонування об'єкта в реальних умовах. Потенційне якість системи обумовлено особливостями внутрішньої структури і закладається (прогнозується на підставі розрахунків) на стадії проектування; актуальне якість детерміновано впливом різних, у тому числі і випадкових, факторів і оцінюється в ході експлуатації системи. Чим менше розбіжність між потенційним і актуальним значеннями (закладеним у проекті і реальним), тим вище оцінюється якість системи.

Якість системи складається з окремих її властивостей, що характеризують її типовість (приналежність до класу) та особливості (відмінності всередині класу). Під властивістю системи «людина - машина» (СЛМ) розуміється об'єктивна потенційна здатність виконувати покладені на неї функції, що виявляється в процесі експлуатації. Терміни »властивість» і »характеристика» використовуються як синоніми, якщо стосуються типових особливостей. У разі опису відмітних особливостей об'єкта, коли потрібні більш тонкі градації вираженості властивостей об'єктів усередині класу, як правило, застосовується термін «характеристика».

Якісні характеристики зазвичай описуються судженнями (в двійковій формі), наприклад «задовольняє / не задовольняє вимогам», «хороша / погана організація робочого місця», «зручно / незручно» і т.п. Кількісні характеристики визначаються можливостями вимірювання та припускають їх числові значення, які можуть бути отримані розрахунковими, експериментальними або експертними методами. Виміряні або задані значення окремих характеристик об'єкта, обмежені діапазоном їх варіативності всередині класу і використовувані надалі при вирішенні різних завдань, часто позначаються як параметри.

Характеристики об'єкта як складові якості можуть описуватися в різних системах виміру: може бути використана інваріантна (для об'єктів будь-якої природи) або специфічна система вимірювання, що відображає властивості лише цього типу об'єктів. Наприклад, властивості діяльності можуть бути описані в тих же термінах, що й інші складні динамічні об'єкти: час і результативність, стійкість, ефективність, надійність діяльності та ін. Специфічними властивостями діяльності є рівень активності, особливості предметного змісту, ступінь упередженості та ін., Що відображають особливості її психічної природи. У контексті інженерної психології інваріантні характеристики технічного (машинного) і людського (діяльності) компонентів СЧМ позначаються як системотехнические характеристики.

В інженерній психології та ергономіці жодне завдання не може бути вирішена без вимірювання та оцінки властивостей технічних пристроїв і діяльності людини, їх взаємообумовленості. Вирішення таких завдань проектування, як розподіл функцій між людиною і машиною, оцінка інформаційних засобів та органів управління, оцінка параметрів системи, а також завдань дослідження закономірностей діяльності базується на використанні системотехнічних характеристик. Це забезпечує єдність мови опису настільки різних елементів, узгодження їх характеристик при проектуванні та інтеграцію при оцінці системи в цілому [1-4].

Вимірюванню та оцінці при вирішенні різних завдань підлягають характеристики різних класів, рівнів, але всі вони у своїй єдності та взаємозв'язках є заходами якості. Якість цілого визначається якістю його складових, а загальні характеристики залежать від приватних. Взаємозв'язки характеристик дозволяють одна якість оцінити заходами інших приватних характеристик, що є важливим при порівняльній оцінці об'єктів або виборі кращого варіанту в задачах проектування. Кількісна характеристика, використовувана для оцінки властивості більш високого рівня, стосовно до певних умов створення або експлуатації об'єкта (зокрема, СЧМ), набуває характеру показника: приватні характеристики є показниками загальних характеристик, а загальні - показниками інтегральних властивостей.

Самої загальної (інтегральної) характеристикою об'єкта (СЧМ) є ефективність, що відображає ступінь пристосованості системи до виконання покладених на неї функцій і досягнення мети, ступінь відповідності параметрів системи її цілям. Ефективність - міра співвідношення потенційного й актуального якостей, міра динамічності в різних умовах зовнішнього середовища (придатність або пристосованості). Оцінка ефективності може здійснюватися за приватним показниками досягнення результату - продуктивності і часу виконання оперативних завдань як системою в цілому, так і її основними компонентами (такими як людина і технічні засоби).

Показники продуктивності - відсутність відмов в роботі системи, правильність (безпомилковість) і точність досягнення необхідного результату. Ці параметри пов'язані з внутрішньою обумовленістю якості: безвідмовність - з характеристиками технічної складової, точність і правильність - з характеристиками оператора. В якості їх міри використовується ймовірність досягнення результату: безвідмовність оцінюється за ймовірності технічних збоїв, правильність - по ймовірності помилок, а точність - за ймовірністю відхилення деякого параметра, вимірюваного, встановлюваного або регульованого оператором, від свого заданого або номінального значення (похибки). Поняття помилки і похибки є пов'язаними, але не тотожними. Помилка не є похибкою, але похибка, величина якої виходить за допустимі межі, може оцінюватися як помилка [4]. Оцінка похибки є основним показником ефективності управління динамічним об'єктом, коли вимірюваний або регульований оператором параметр представляє безперервну величину, наприклад при визначенні координат літака в системі управління повітряним рухом.

Похибка виконання окремих операцій (Пi) оцінюється величиною розбіжності номінального (потенційного) і реального (актуального, фактично вимірюваного або регульованого оператором) значень параметра:

де Зн - номінальне значення параметра; Зр - реальне значення параметра.

Точність - характеристика продуктивності роботи системи, визначається ймовірністю випадків N мінімального відхилення від допустимих значень параметра (Пi = 0) до загального числа вирішених завдань (Np):

або по ймовірності випадків неточних рішень

У роботі оператора розрізняють випадкову і систематичну похибки, які оцінюються різними статистичними показниками.

Безпомилковість (правильність) рішення задачі оцінюється ймовірністю вірного вирішення задачі:

або

де N np - число правильних рішень; N про - число помилок.

У ряді випадків для оцінки продуктивності використовують характеристику восстанавливаемости як можливості (ймовірності) виправлення помилок у повторюваних ситуаціях. Восстанавливаемость оцінюється за сукупністю показників - ймовірності спрацьовування системи контролю та видачі сигналу помилки, ймовірності виявлення сигналу помилки оператором та ймовірності виправлення допущеної помилки.

Приватними тимчасовими показниками ефективності є час вирішення завдань, швидкодія і своєчасність.

Швидкодія характеризує функціонування системи і визначається часом циклу регулювання - проходження інформації по замкнутому контуру управління. Час циклу складається з часу здійснення операцій і «затримок» на регуляцію. Показником швидкодії є значення часу «затримки» на кожному з компонентів системи різною мірою деталізації та для різних завдань. При фіксованих (як технічна характеристика) значеннях часу виконання операцій кожним елементом, включеним в контур, швидкодія залежить тільки від процесів регулювання. Чим більше елементів включено в контур, тим більше час затримок на регулювання. Швидкодія оцінюється відношенням часу затримок до часу циклу: чим воно менше, тим вище оцінка швидкодії. Як показник ефективності швидкодію оцінюється незалежно від завдання, кількості та природи елементів (технічних засобів та операторів), включених в контур управління.

Час вирішення завдань для багатьох систем управління є одним з найважливіших показників ефективності діяльності і системи в цілому. Наприклад, в АСУ технологічним процесом вирішення завдань ліквідації порушень режиму, виявлення причин відхилення параметрів процесу від заданих значень здійснюється в умовах високої динамічності, що висуває особливі вимоги до часу рішення для мінімізації необоротних наслідків. Час рішення задачі визначається потенційним якістю (характеристиками) психічних процесів і актуальними характеристиками, детермінованими умовами середовища, зокрема інформаційної. Скоротити час вирішення завдань можна тільки шляхом зміни технології управління і структури технічних засобів діяльності.

Своєчасність вирішення окремої конкретної задачі вимірюється величиною Д перевищення часу рішення актуального завдання (Такт) його допустимого значення (Тдоп):

Як показник ефективності системи, своєчасність оцінюється ймовірністю рішення N завдань за час, що не перевищує допустимий Р (Δ → 0) незалежно від типу завдань, режиму функціонування і причин несвоєчасного вирішення:

де Р св - ймовірність своєчасного вирішення; N св - кількість випадків своєчасного вирішення завдань; N НСВ - кількість випадків несвоєчасного вирішення завдань; N - загальне число випадків вирішення завдань.

При використанні приватних показників оцінка ефективності для складного системного об'єкта може представляти проблему в силу, по-перше, характеру їх прояву (підвищує або знижує); по-друге, вимірювання великого числа параметрів і необхідності їх інтеграції по множинного критерієм. Системотехніча класифікація властивостей об'єкта включає уніфіковані щодо завдань і компонентів системи загальні характеристики інтегруючі групи приватних показників ефективності. До загальних характеристик відносяться надійність, стійкість, готовність, оптимальність.

Надійність - загальна властивість системи зберігати параметри роботи на постійному рівні, що забезпечує виконання заданих функцій із заданою якістю в заданих умовах експлуатації на заданому інтервалі часу. Це визначення припускає, що чим більше час, протягом якого характеристики функціонування об'єкта залишаються на постійному рівні, тим вище надійність. Вимірювання надійності включає моніторинг приватних параметрів, їх інтеграцію і співвіднесення на часовій шкалі. При оцінці надійності приватні показники інтегруються з поправкою (коефіцієнтом) відповідно до їх значимості або використовуються лише інформативні приватні характеристики. Наприклад, для інформаційних систем найбільш важливими є характеристики безпомилковості і швидкодії, для керування рухом - точності та своєчасності.

Надійність системного об'єкта оцінюється ймовірністю ефективного функціонування системи в заданому інтервалі часу або ймовірністю збіги приватних параметрів рішення завдань - правильності, точності, своєчасності, швидкодії та ін. На інтервалі часу, розмірному циклу існування. Наприклад, для більшості систем характерні тимчасові обмеження, що визначають досягнення результату: несвоєчасне рішення задачі оцінюється як його відсутність. У подібних випадках в якості показника надійності використовується вірогідність правильного і своєчасного вирішення задачі

де Рпр - ймовірність правильного рішення; РСВ - ймовірність своєчасного вирішення.

Стійкість - загальна характеристика динамічних якостей системи та її елементів, що відображає здатність до ефективного функціонування (підтримання параметрів і режимів) в умовах впливу зовнішніх негативних (збурюючих) чинників - перешкод. Досить повні дані накопичені з аналізу видів, джерел перешкод і факторів стійкості для каналів зв'язку, зокрема при переробці інформації оператором. Оцінка стійкості здійснюється на основі вимірювання приватних характеристик (X) (переважно продуктивності) для стандартних умов (Хст) і в умовах різного роду перешкод (Хпом) і встановлення величини відмінностей Δ для різних ситуацій зовнішніх впливів:

Оцінка стійкості, як і інших загальних характеристик системи, здійснюється за ймовірності підтримки параметрів функціонування при впливі зовнішніх факторів Р(Δ → 0):

або

де Р (Δ → 0) - ймовірність стійкості параметрів; N(Δ → 0) - число випадків збереження значень параметрів; N(Δ ≠ 0) - число випадків зміни значень параметрів; N - загальне число випадків вимірювання.

Готовність - характеристика динамічних властивостей системи, що відображає здатність до ефективного функціонування в будь-який момент часу незалежно від змін її стану

та режиму роботи, здатність підтримувати параметри ефективного функціонування при впливі внутрішніх факторів. Вимірювання готовності припускає моніторинг параметрів роботи системи в умовах зміни режимів, завдань та інших внутрішніх змінних, визначення величини розбіжностей (Δ) значень параметрів (З) для моментів переходу з одного стану i) в новий стан (i + 1):

Оцінка готовності проводиться за ймовірності збереження значень параметрів системи при переході до нових режимам і завданням Р (Δi → 0):

або

де Ргот - ймовірність готовності; N гот - число випадків готовності (Δi → 0); Nнгот - число випадків неготовності (Δi ͞ → 0); N - загальне число випадків вимірювання.

Методи розрахунку приватних і загальних характеристик системи та її елементів повинні враховувати статистичні закономірності їх змін (зокрема, характер розподілу), що ускладнює процедури розрахунків, але дозволяє отримати більш точні їх значення. Приклади розрахунків загальних і приватних характеристик наведені в підручниках і посібниках [3; 4].

Особливе місце в описі загальних характеристик займає оптимальність. Безпосередньо вона не вимірюється, але проявляється у взаємозв'язку всіх характеристик. Оптимальність - загальна властивість системи, що відбиває зв'язки і відносини її характеристик, при якому значення кожного приватного параметра не може бути покращено без погіршення інших. Оптимальність відображає переваги одного варіанта організації системи в порівнянні з іншими доцільними варіантами в рамках існуючих обмежень не за окремими параметрами (критеріями), а за їх сукупністю.

Оптимальність є результатом спрямованого її формування в процесі розв'язання оптимізаційних задач на кожному етапі проектування. Рішення, пов'язане з вибором оптимального варіанту, припускає аналіз проблеми та формулювання завдання; визначення переліку параметрів (характеристик), що підлягають оптимізації і зміні; встановлення обмежень на параметри і їх поєднання; вибір і оцінку зовнішніх факторів, що впливають на вибрані параметри; вибір критеріїв оптимальності; побудова цільової функції (математичної моделі), прогнозуючої значення параметрів за обраними критеріями; вибір методу і проведення розрахунків; оцінку отриманих варіантів рішень за обраними критеріями; вибір найкращого варіанта (ухвалення рішення).

Рішення задач оптимізації при проектуванні та оцінці СЧМ має першорядну значимість, але пов'язано з істотними труднощами. Складність обумовлена вибором критеріїв і необхідністю використання декількох критеріїв (характеристик об'єкта) для порівняння варіантів рішення. Крім того, показники ефективності можуть бути різноспрямованими - підвищують (надійність, безпеку, своєчасність і т.п.) або знижувальними (витрати, час розв'язування задачі та ін.). Необхідність використання декількох критеріїв вимагає спеціальних процедур багатокритеріальної оптимізації, оскільки об'єктивно єдиного вирішення такого завдання або немає, або воно недосяжне. Будь-який варіант, як правило, може бути кращим за одним критерієм, але за іншими критеріями демонструвати низькі значення якості. При суперечливому складі критеріїв (знижувальних - підвищують) та їх зв'язків (наприклад, зниження нормативів часу вирішення завдань призводить до зниження результативності) остаточно вибране рішення завжди буде компромісним, що досягається при введенні додаткових обмежень чи суб'єктивних методів оцінки.

Хоча загальна теорія прийняття рішення не надає уніфікованих методів (правил) вибору критеріїв оптимальності, тим не менше вона здасть їх орієнтири. Для багатьох сфер найчастіше застосовується критерій минимакса: максимум за показниками ефективності, прибутку, рентабельності - мінімум за термінами окупності. Для технічних систем, наприклад, максимум з безпеки - мінімум по споживанню енергії або екологічного збитку. Рішення задач оптимізації в цьому випадку пов'язане з визначенням і узгодженням допустимих значень приватних параметрів і загальних характеристик. Хороші результати розв'язання оптимізаційних задач дає зведення багатокритеріальної задачі до однокритерійним, «згортка» критеріїв в один комплексний, званий цільовою функцією (або функцією корисності). Успішно застосовуються також ранжування критеріїв і їх послідовне використання (метод ієрархії), виключення варіантів, що не демонструють поліпшення параметрів (оптимальність за Парето).

Слід зазначити, що критерій «необхідні ресурси і (або) витрати» використовується як для оцінки оптимальності, що відбиває відношення позитивного результату до витрат на його досягнення, так і для оцінки ефективності як результативності систем з урахуванням витрачання ресурсів. У загальному випадку витрати складаються з фінансових і матеріальних витрат на створення (проектування, виготовлення і організацію) систем, підготовку персоналу та експлуатаційних витрат; основні ресурси - матеріально-технічні, фінансові, людські. Завдання оптимізації в цьому випадку полягає в перерозподілі витрат між окремими складовими і збереженні ресурсів, що знаходить відображення в оцінках ефективності.

Розглянуті загальні і приватні характеристики систем є показниками інтегральної характеристики її якості - ефективності, а в силу їх зв'язку і спільності приватних показників використовуються як система показників. Ефективність - інтегральна характеристика якості системи, показником якої може бути будь-яка з загальних характеристик: оптимальність, надійність, готовність, стійкість. Кожна із загальних характеристик оцінюється за приватним тимчасовим показниками та показниками результативності. Одна із загальних характеристик - надійність може бути оцінена не тільки по приватним показниками, а й за загальними показниками готовності і стійкості: чим вище показники готовності і стійкості, тим вище надійність системи.

Обов'язковим компонентом оцінки якості систем є безпека, характеризує ступінь відсутності загроз і захищеності людини і навколишнього середовища. Безпека оцінюється ймовірністю безпечної роботи за такими показниками, як імовірність виникнення небезпечної чи шкідливою для людини виробничої ситуації кожного можливого типу, ймовірність виникнення несправностей технічних засобів і засобів захисту, ймовірність помилок у діяльності та порушення правил і заходів безпеки персоналу. Безпека є загальною характеристикою систем і не залежить від ефективності: ефективність за своїми показниками не припускає безпеку, а безпечна система не забезпечує ефективність. При проектуванні систем характеристика безпеки є базовою для вибору найкращого варіанту: при «конфліктності» характеристик безпеки та ефективності перевага віддається варіантам проекту, що мають високі показники безпеки.

Іноді в систему оцінок якості систем включається загальна характеристика - рівень автоматизації. Зрозуміло, що низький рівень автоматизації при наявності технічних можливостей не забезпечує потенційної ефективності функціонування систем в стандартних умовах за рахунок людського фактора (зміна функціонального стану при високому навантаженні і напруженості праці). Високий рівень автоматизації і обмеження функцій людини в системі (наближення до автоматичних систем) знижують показники готовності до ефективного функціонування в нестандартних ситуаціях. При проектуванні систем необхідно вибрати такий рівень автоматизації, при якому ефективність системи досягає максимального значення за всіма показниками для всіх компонентів системи. Відзначимо, що чим складніше система, тим більше втрати ефективності при неправильному виборі ступеня автоматизації. Визначення рівня автоматизації - окремий випадок оптимізаційної задачі на етапі розподілу функцій між людиною і машиною при проектуванні систем.

Системотехнические характеристики якості складних (системних) об'єктів використовуються як для оцінки технічних складових, так і людини в різних сферах його діяльності, не тільки професійною. Можна оцінювати ефективність навчальної діяльності та готовність до неї, стійкість спільної діяльності, оптимальність організації спілкування і керуючих впливів і ін. В інженерній психології ця система оцінок набуває особливого значення, оскільки оператор і його діяльність розглядаються як компоненти системи, що вимагає використання єдиної мови опису функціонування компонентів і системи в цілому. Зміст характеристик якості і способи їх оцінки для технічних елементів і діяльності людини тотожні, відмінності пов'язані лише з уявленнями про фактори, що обумовлюють значення окремих приватних і загальних характеристик.

Загальні характеристики діяльності в інженерній психології відрізняються строгістю визначень і способів операціоналізації - як у технічних дисциплінах, але мають вищий потенціал інтерпретації їх зв'язків і чинників.

Надійність діяльності як сталість її характеристик у часі на певному інтервалі детермінована особливостями приватних характеристик процесів різних рівнів і впливом різних факторів. Особливості фізіологічних процесів (характеристики нервової системи) можуть пояснити деякі закономірності стійкості характеристик діяльності, визначаються як потенційна (базова) надійність. Значення характеристик когнітивних або рухових процесів, зміст досвіду (образи, еталони, схеми, поняття) або схеми організації поведінки (стратегії, тактики) навряд чи можуть пояснити варіативність надійності та необхідність організації спеціальних зусиль для її підтримки. Актуальна або прагматична надійність є скоріше проявом сили (ресурсу) джерела активності - мотивації і особливостей особистісно-смислової регуляції діяльності.

Співвідношення потенційної (базової) і актуальною (прагматичною) надійності вимагає спеціального аналізу, але навряд чи виражена обмеженість потенційної надійності може бути компенсована високою мотивацією, цільовою установкою, особистісної значимістю результату діяльності. Ілюстрацією варіантів співвідношення потенційної та актуальної надійності є дані про фактори надійності в різних режимах роботи. У навчально-тренувальному режимі (умовність завдання і відсутність негативних наслідків) надійність пов'язана з високою мотивацією діяльності; в умовах мінімального режиму (прості завдання, сприятливі умови, мінімальні наслідки помилок) надійність обумовлена мотивацією та особистісної регуляцією для подолання одноманітності і підтримки активності. При оптимальному режимі надійність залежить від особливостей регуляції (емоційної стійкості і змісту досвіду), а в екстремальному режимі (несприятливі умови, складні завдання, наявність факторів небезпеки, дефіцит часу, висока ціна помилки та ін.) Надійність визначається силою нервової системи, активністю і гнучкістю нервових процесів.

Такі загальні характеристики діяльності, як готовність, стійкість, переключення, і їхні приватні тимчасові показники також визначаються фізіологічними факторами, особливо в екстремальних ситуаціях. Обмежені можливості управління фізіологічними характеристиками роблять завдання діагностики потенційних характеристик діяльності (надійності, готовності, стійкості) однією з найважливіших для відбору операторів і інших фахівців, до яких пред'являються високі вимоги по тимчасовим характеристикам вирішення оперативних завдань. Це не означає, що відбір за фізіологічними параметрами забезпечує ефективність діяльності. Резервом забезпечення актуальною надійності та ефективності діяльності є формування досвіду, управління мотивацією, а також зниження навантаження за рахунок перерозподілу, резервування (дублювання) функцій при вирішенні завдань проектування систем.

3.4 Розподіл функцій у системі «людина–машина–середовище» (СЛМС)

Щоб визначити оптимальну структуру системи управління, ергономіка виконує аналіз функцій людини в системах управління. Такий аналіз дозволяє порівнювати можливості людини й машини. Переваги людини в порівнянні з машиною полягають у наступному: людина розпізнає ситуацію в цілому при неповній інформації про неї, здатна реагувати на непередбачені малоймовірні події, може враховувати минулий досвід і міняти спосіб дій, проявляє оригінальність у вирішенні проблем.

До переваг машини відносяться: швидка реакція на сигнал; обробка великого потоку інформації в короткий проміжок часу; висока швидкість і точність складних обчислень; одночасне виконання різноманітних дій; здатність протягом тривалого часу швидко і точно повторювати одноманітні операції; плавне і точне прикладання великих зусиль; дія у шкідливих або взагалі нестерпних для людини умовах; зберігання в пам’яті великого об’єму однорідної інформації з подальшим використанням її при машинних розрахунках або для швидкої видачі її за запитом оператора.

При визначенні функцій людини в системі управління за нею закріплюється функція розв’язання творчих завдань, які сприяють найбільшій задоволеності оператора працею. Всі одноманітні, нетворчі завдання, що легко піддаються алгоритмізації, доручаються машині.

Розподілу функцій між людиною і машиною передують:

1) аналіз можливостей і обмежень як людини, так і машини при виконанні ними функцій в робочій системі;

2) розподіл між людиною і машиною вибір виконуваних функцій;

3) оптимізація співвідношення між функціями людини і машинними функціями.

Вихідними даними для розподілу функцій є призначення робочої системи та умови її функціонування. Нерідко системи повинні виконувати завдання, що конкурують між собою. У цих випадках знаходження компромісу являє собою попередню умову розподілу функцій. Одні функції передаються людині, інші – технічному засобу та/або програмному забезпеченню, але найчастіше вони виконуються ними спільно. В останньому випадку функції повинні бути не просто передані одному або іншому, а розподілені між людиною і машиною. Вимоги до виконання людиною своїх функцій залежать від рівня автоматизації системи.

Розподіл функцій визначає якість не тільки функціонування робочої системи, але і робочого життя людей. В ідеалі людині мають бути відведені тільки ті функції, виконання яких не завдає шкоди їх здоров’ю, не загрожує їх благополуччю та безпеці. Всі інші мають бути передані машині. Розподіл функцій визнається в ергономіці задовільним, якщо робоче навантаження людини є допустимим (близьким до оптимального), а робота – осмисленою, мотивованою і такою, що приносить задоволення.

Під час виконання цієї роботи неминуче виникають питання про те, який об’єм інформації людина здатна прийняти за одиницю часу, якою є найкраща форма подачі інформації людині в конкретній системі, якими порціями слід подавати інформацію, щоб забезпечити нормальний хід роботи. Повний час затримки сигналу оператором залежить від виду аналізатора і тривалості відповідного латентного періоду (часу від моменту появи сигналу середньої інтенсивності і до відповіді на нього дією).

Латентні періоди оператора, с

Вид аналізатора

Зір (світло)................ 0,15–0,22

Слух (звук)................... 0,12–0,18

Дотик .......................... 0,09–0,22

Нюх (запах).......... 0,31–0,39

Питання для самоперевірки

• Вплив чинників середовища на працездатність людини в системі «людина – машина – середовище».
• Умови праці і їх вплив на людину.
• Пільги і компенсації за роботу в несприятливих умовах праці
• Сутність і динаміка працездатності людини.
• Забезпечення сприятливих умов праці в системі «людина – машина – середовище» .