Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Анализ проблемных вопросов при обеспечении требуемого уровня профессиональной надежности операторов аск го и постановка задачи исследований 17
1.1. Общая характеристика структуры производства ГО и роль АСК в обеспечении качества 17
1.2. Факторы, определяющие надежность СТД ГО 20
1.3. Модель операционной работоспособности СТД ГО 27
1.4. Профессиональная надежность как важнейшая характеристика функционального состояния оператора АСК ГО 32
1.5. Анализ существующих методов оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 42
Выводы по первому разделу 64
Раздел 2. Разработка научно-методического аппарата формирования аппаратно-программного комплекса оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 66
2.1. Постановка задачи исследований на основе формализованных процедур выбора АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 66
2.2. Классификация функциональных состояний операторов АСК ГО 77
2.3. Обоснование системы показателей для диагностики функционального состояния операторов АСК ГО 87
2.4. Постановка задачи оптимизации АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 97
2.5. Разработка генетического алгоритма для решения задачи формирования АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 103
Выводы по второму разделу 111
Раздел 3. Содержательно-практическая база методики оптимизации апк оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО . 113
3.1. Содержание методики оптимизации АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО 773
3.2. Практическая реализация методики при оценивании профессиональной надежности операторов АСК ГО 777
Построение АПК на этапе проектирования 118
Формирование АПК на этапе эксплуатации 121
Выводы по третьему разделу 722
Заключение 124
Список литературы 126
Приложение. Акты реализации результатов
Диссертации
- Общая характеристика структуры производства ГО и роль АСК в обеспечении качества
- Факторы, определяющие надежность СТД ГО
- Постановка задачи исследований на основе формализованных процедур выбора АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО
- Содержание методики оптимизации АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Завершающим этапом при производстве и одним из важнейших этапов при разработке и эксплуатации гибридных объектов специального назначения (ГО) является этап контроля их технического состояния. На этом этапе производится оценка диагностических параметров ГО и проверка соответствия полученных в результате измерения значений требованиям, установленным в нормативно-технической документации (НТД). Необходимость соответствия структуры аппаратуры контроля структуре проверяемых объектов и задачам, определяемым условиями их разработки, производства и эксплуатации, предопределила непрерывность процесса совершенствования системы технического диагностирования (СТД) ГО, включающей непосредственно сам объект контроля (диагностирования), средства контроля (диагностирования) исполнителей, которыми являются операторы расчета, а также комплекс нормативно-правовой и технической документации, регламентирующей процесс технического контроля (диагностирования). Принимая во внимание высокий уровень потенциальной опасности, уровень последствий, связанных с неудовлетворительным исходом выполнения операций на этапе контроля (диагностирования) ГО, следует признать высокую актуальность проблемы обеспечения надежности реализации комплекса необходимых операций, которые выполняются на данном этапе всеми компонентами СТД ГО.
Следует признать, что вопросам обеспечения надежности в рамках следующих трех компонент СТД ГО, а именно: объект контроля - ГО, средства контроля - автоматизированная система контроля (АСК) и НТД, в научно-технической литературе по надежности и диагностике уделено самое пристальное внимание. Вместе с этим вопросы антропологической компоненты надежности СТД ГО до сих пор еще недостаточно изучены. Однако, СТД ГО представляет собой подсистему автоматизированной системы управления (АСУ) технологическим процессом (ТП) производства ГО и является достаточно сложным техническим объектом, реализующим процесс контроля (диагности-
7 рования), в котором операторам отведена роль не столько пассивных наблюдателей, сколько активных исследователей свойств ГО, а также АСК. В случае неудовлетворительных результатов контроля технического состояния ГО возникает задача поиска и устранения неисправностей в системе АСК - ГО. При этом роль оператора и его влияние на результат процесса существенно возрастает.
Анализ последних публикаций позволяет сделать вывод, что технический прогресс в промышленном производстве, на транспорте, в энергетике и военном деле сопровождается непрерывным повышением роли человека-оператора в достижении высокой эффективности и качества деятельности. Комплексная механизация производственных процессов, автоматизация работы систем управления, широкое применение вычислительной техники, информационных моделей индивидуального и коллективного пользования коренным образом меняет характер труда и влечет за собой возникновение новых операторских профессий. Несмотря на постоянное совершенствование техники, автоматизацию процесса деятельности функции человека-оператора усложняются, а экономическая и социальная значимость результатов его труда и последствий различных нарушений трудового процесса возрастает. Выполнение операторских функций в современных системах управления накладывает на специалиста чрезвычайно большую ответственность, так как от своевременности, точности, безошибочности и эффективности его действий в значительной степени зависит качество работы всей системы, сохранность оборудования, продуктов труда, транспортных средств и жизни людей.
В настоящее время эффективность любого производства всё в большей степени зависит от качества деятельности обслуживающего персонала, которое определяется уровнем их обученности, морально-психологических и физиологических характеристик, способностью использовать свои знания и умения на практике и др. В свою очередь сложный производственный процесс в современных условиях не будет являться эффективным без автоматизации основных функций управления производством. По этой причине автоматизированные
8 системы управления все в большей степени находят применение в производственно-технологических процессах.
Деятельность оператора АСК ГО, согласно представлениям, сложившимся в науке, относят к разряду экстремальных [33, 44]. Это обусловлено действием целого комплекса неблагоприятных факторов окружающей среды, как естественного, так и антропогенного характера; особенностями профессиональной деятельности оператора, осуществляемой в ситуации постоянной готовности к экстренному действию, высокой вероятности мгновенного перехода от монотонной деятельности к высокоактивной, очень высокой ответственности за действия и их последствия и связанной с этим необходимостью поддержания высокой работоспособности; действием ряда психотравмирующих факторов. Таким образом качество технологического процесса напрямую зависит от профессиональной надёжности оператора АСК ГО - надежности по качеству его функционирования в производственном процессе, точности и своевременности его действий, по достижению поставленных ему целей, т.е. по конечному результату профессиональной деятельности.
Особенно остро указанные факторы проявляются при работе персонала объектов повышенной опасности (атомных электростанций, средств управления движением и т.п.). Анализ существующих и разрабатываемых алгоритмов функционирования таких объектов показал, что наиболее слабым звеном в них является человеческий фактор, особенно с учетом того, что в этой сфере деятельности заняты тысячи человек. Оценка профессиональной надёжности персонала, эксплуатирующего такие объекты, является в современном мире одной из важнейших задач любого развитого государства.
Наличие выраженных противоречий между профессиональными требованиями к человеку-оператору, отражающими специфику операторской деятельности, и его психологическими и физиологическими особенностями, возможностями обуславливают потребность в постоянном изучении закономерностей деятельности человека в системах управления и в разработке на этой основе практических рекомендаций по ее оптимизации.
Одной из ведущих проблем теоретико-прикладных исследований особенностей операторской деятельности является проблема надежности человека-оператора и системы «человек-машина» в целом.
Особенностью данной проблемы является тот факт, что профессиональная надёжность оператора АСК ГО не является стабильной, поэтому за ее уровнем необходим постоянный контроль. При этом предполагается, что операторы прошли успешно профессиональный отбор с учетом особенностей профессиональной деятельности.
Однако, любой профессиональный отбор действителен для момента его проведения и почти не учитывает изменение психофизиологического состояния человека во времени, а именно от психофизиологического состояния зависит профессиональная надежность сотрудника. Достоверно оцененный уровень профессиональной надежности в целом позволит определить основные направления профессиональной подготовки (переподготовки) персонала АСК ГО.
Использование теории надежности техники применительно к автоматизированным системам управления, в работу которых включен человек, потребовало ее развития с учетом психологических, физиологических и профессиональных возможностей человека по обеспечению своевременного, точного и безошибочного выполнения рабочих функций.
Надежность работы систем управления техническими средствами в значительной степени определяется надежностью человека-оператора, и чем сложнее система, тем эта зависимость более выражена. Такое положение обусловливается тем, что человеку по его природе свойственна высокая реактивность, чувствительность, он функционально весьма динамичен и подвержен влиянию множества факторов внешней и внутренней среды. В силу этих и других особенностей в условиях роста сложности и напряженности операторской деятельности человека его надежность уменьшается. Поэтому увеличение надежности технической части системы управления теряет смысл, так как надежность всей системы лимитируется характеристиками этого свойства у человека-оператора.
Проблема надежности человека оператора особенно актуальна в связи с тем, что в ряде операторских профессий, в частности операторы АСК ГО, операторы атомных станций и т.п., деятельность характеризуется экстремальными условиями, которые могут не только обуславливать снижение ее надежности, но также оказывать вредное и опасное воздействие на человека. Это положение определяет тесную связь проблем надежности и безопасности труда.
С точки зрения результата деятельности понятие надежности (в основном в смысле работоспособности [102]) человека-оператора означает, прежде всего, безотказность, безошибочность и своевременность действий, направленных на достижение конкретных профессиональных целей в процессе взаимодействия с техникой или с другими специалистами. Отсюда следует, что наличие или отсутствие отказов и ошибочных действия можно рассматривать как основной профессиональный (внешний) показатель надежности человека-оператора.
Повышенное внимание к вопросам изучения, анализа ошибочных действий человека-оператора обуславливается их ролью в возникновении отказов технических систем, аварий и катастроф.
Обзор литературы свидетельствует о том, что число аварий в опасных сферах деятельности по причине ошибок человека составляет порядка 80% от всех причин [90, 91]. Высокий процент числа ошибок, связанных с деятельностью человека, частично можно объяснить совершенствованием методов их анализа, однако в любом случае эта цифра является впечатляющей. Высокие цифры происшествий совершенно очевидно связаны с деятельностью человека не только при эксплуатации, но и при ее проектировании, изготовлении, обслуживании. Но эта очевидность стала научно обоснованной реальностью, определяющей стратегию изучения ошибок человека и их профилактики, только в последние десятилетия.
Из-за неточного учета психологических, психофизиологических, антропометрических и других возможностей человека в конструкции систем управления происходит примерно 30-40% всех ошибок человека в авиации, более
60% тяжелых транспортных происшествий, более 50% аварий в энергосистемах.
Сведения о количестве ошибок, совершаемых человеком в конкретном виде деятельности, о его «вкладе» в развитие профессионального происшествия существенно различаются и зависят от характера системы управления, способа сбора и классификации ошибок и других факторов. Несмотря на эти трудности, ряд авторов предпринимали попытки обобщить эти сведения и надо отметить, что по ряду позиций имеется определенная идентичность данных. Ошибки водителей транспортных средств являются причиной дроржно-транспортных происшествий в 60-80% случаев, из них 90% ДТП возникает из-за ошибок в прогнозах ситуаций и при принятии решений [113, 114].
H.V. Cott [115] приводит данные Meshrati (Personal communication), свидетельствующие о том, происшествия по причине ошибки человека отмечаются в системах управления воздушным движением в 90% случаев, у автолюбителей - в 85%, на ядерных станциях США - в 70%, в транспортной авиации — в 19% случаев.
Из-за ошибок человека вследствие его неподготовленности, неблагоприятных психологических особенностей, утомления и других нарушений индивидуального характера происходит 60-80% всех аварий и несчастных случаев в промышленности и на транспорте
На сегодняшний день имеется большой комплекс методик, программно-аппаратных средств и различного рода диагностико-корректирующих психофизиологическое состояние человека систем, разработанных в рамках частных направлений исследований научных организаций [2, 19, 23, 35, 47, 48, 65, 67, 68]. Данная проблема рассматривается в работах Ушакова И.Б., Ипатова П.Л., По-номаренко В.А., Мусатковой А.Н., Макаренко Н.В., Самонова А.П., Дорошева В.Г., Жиляева Е.Г., Сергеева В.А., Свиридова Е.П., Кукушкина Ю.А., Новикова B.C., Бедненко B.C., Зараковского Г.М., Золиной З.М., Леоновой А.Б., Даниловой Н.Н., Богомолова А.В., Медведева В.И., Фролова М.В. и других авторов.
12 Тем не менее, имеющиеся результаты исследований по этой проблеме, как правило, имеют некоторую содержательную и методическую избыточность при рассмотрении их в приложении к конкретным задачам. Кроме того, в большинстве своем применяются показатели, основанные на использовании различных анкет, - так называемые текстологические тесты. По мнению ряда отечественных и зарубежных ученых, такой подход к оценке профессиональных способностей имеет ряд существенных недостатков. Основные из них заключаются в следующем:
а) методики оценки подобных показателей не охватывают условий и тен
денции развития личности;
б) текстологические методы имеют субъективный характер;
в) тесты фиксируют лишь результаты испытаний, не отражая психологи
ческие процессы, по которым можно судить о будущем психологическом со
стоянии;
г) методики текстологических тестов не позволяют судить о структуре
личности, поскольку при их использовании выявляются лишь отдельные спо
собности личности.
Психологические эксперименты, дублирующие реальную обстановку, тоже требуют специальной разработки. Она включает в себя планирование экспериментов, многоуровневые эксперименты и работу с представительными выборками, что является весьма сложной задачей.
В этих условиях возникает необходимость рационального комплексиро-вания имеющихся по этой проблеме наработок и обоснования технико-экономических и медико-биологических требований на разработку новых методик, программно-аппаратных средств и различного рода диагностико-корректирующих психофизиологическое состояние человека систем.
Актуальность темы диссертации темы обусловлена практической потребностью проведения оперативной оценки надежности операторов АСК гибридных объектов.
С учетом проведенного выше анализа и вышеизложенных предпосылок может быть определена проблемная ситуация, сущность которой приведена ниже.
Проблемная ситуация определяется необходимостью разрешения существующего противоречия между практической потребностью проведения оперативной оценки постоянно меняющегося под воздействием стресс факторов техногенного и социального характера функционального состояния операторов АСК гибридных объектов и отсутствием формальных процедур формирования рационального по составу и структуре комплекса аппаратно-программных средств оценки показателей профессиональной надежности операторов.
С учетом приведенных результатов анализа состояния решаемой научной проблемы может быть сформулирована цель исследований.
Цель исследования — уменьшение содержательной и методической избыточности АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО при ограничениях на их стоимость и время проведения такой оценки.
Объектом исследований является система оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО на базе информационно-диагностических систем.
Предмет исследований - научно-методический аппарат комплексирова-ния аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО.
Научная задача состоит в разработке комплекса научно-обоснованных процедур синтеза состава аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО, обладающих минимальной содержа-тельной и методической избыточностью в условиях ограниченных ресурсов проведения такой оценки.
Задачи исследования. Для достижения сформулированной цели исследования в диссертации решены следующие задачи:
1. Анализ состояния проблемы обеспечения эксплуатационной надежности СТД ГО.
Анализ факторов, влияющих на профессиональную надежность операторов АСК ГО, а также существующих методов и информационно-диагностических средств ее оценки;
Определение показателей для диагностики функционального состояния операторов АСК ГО;
Разработка генетического алгоритма комплексирования аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО;
Разработка научно-методического обеспечения синтеза состава аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО и ее практическая апробация.
Методы исследования базируются на фундаментальных положениях общей теории управления, системологии, психолого-физиологических теорий, математических методах и требованиях эргономики.
Основные результаты исследования, представляемые к защите:
Формализованные процедуры создания и выбора состава аппаратно-программного комплекса оценки профессиональной надежности операторов АСК гибридных объектов.
Модифицированный генетический алгоритм комплексирования аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК гибридных объектов.
Методика оптимизации аппаратно-программного комплекса оценки профессиональной надежности операторов АСК гибридных объектов.
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе основывается на том, что анализ состояния и путей решения поставленной научной задачи проведен с учетом ее актуальности, подтверждается корректной формализацией основных ограничений при математической постановке задачи, обоснованным использованием при ее решении математического аппарата генетических алгоритмов; а также результатами проведенного вычислительного эксперимента.
15 Научная новизна и теоретическая значимость работы состоит в том, что с единых позиций рассмотрена и решена научная задача обоснования формальных процедур синтеза состава аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО и состоит в следующем:
произведена формализация процедур синтеза АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО, что позволило сформулировать задачу обоснования комплекса аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности на основе уменьшения содержательной и методической избыточности АПК;
разработан генетический алгоритм для комплексирования аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности, обеспечивающий низкую алгоритмическую сложность решения задачи создания рационального АПК;
разработано научно-методическое обеспечение синтеза состава АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО, позволяющая снизить содержательную и методическую избыточность с учетом ограничений на стоимость и время контроля.
Практическая значимость работы обусловлена тем, что их использование позволит за счет уменьшения содержательной (избыточного количества оцениваемых параметров) и методической (дублирующих в части или полностью друг друга методик) избыточности комплексов аппаратно-программных средств оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО уменьшить их стоимость и повысить оперативность проведения такой оценки без снижения ее информативности, применительно к любым условиям рабочей обстановки и условий труда операторов.
Апробация и публикации по теме работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях (г. Чебоксары [7], г. Нижний Новгород [4]), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г.Пенза) [15], Межведомственных научно-технических конференциях (г. Серпухов) [5, 6, 8], научно-технических семинарах Института
инженерной физики (г. Серпухов), научных семинарах Института информатизации образования РАО (г. Москва).
По теме диссертации опубликована 14 работ. Из них 7 публикаций в изданиях, входящих в перечень ВАК («Контроль. Диагностика» [10, 12, 14], «Известия Института инженерной физики» [3, 9], «Измерительная техника» [11,
13]).
Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационных исследований реализованы и внедрены:
в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино) при разработке системы отбора, подготовки и оперативного тестирования сотрудников, занимающихся компьютерной оценкой профессиональной пригодности и состояния здоровья персонала, выполняющего психологические и физические нагрузки в экстремальных состояниях;
в Проектно-конструкторско-технологического бюро железнодорожной автоматики и телемеханики (ПКТБ ЦШ - ОАО «РЖД») (г. Москва) в виде программно-методического обеспечения системы контроля функционального состояния диспетчеров;
в Серпуховском ВИ РВ (г. Серпухов) в виде методического и алгоритмического обеспечения при организации психологического отбора абитуриентов;
в Серпуховском ВИ РВ (г. Серпухов) в учебном процессе на кафедре №32 при проведении курсового и дипломного проектирования по дисциплинам «Автоматизированные системы контроля ГО» и «Эксплуатация СВО».
Диссертация имеет объем 143 страницы (16 рис., 14 табл.) и состоит из списка сокращений, введения, трех разделов, заключения, списка литературы (115 наименований).
Общая характеристика структуры производства ГО и роль АСК в обеспечении качества
Производственная система (ПС) ГО представляет собой совокупность оборудования, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования при производстве ГО.
Структура производственной системы ГО представлена на рис. 1.1, из которого видно, что основными составными частями технологической подсистемы являются производственный модуль (ПМ), который представляет собой единицу технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующую автоматически, осуществляющую все функции, связанные с изготовлением изделий для ГО.
Система обеспечения функционирования ПС представляет совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих технологическую подготовку их производства, управление ПС и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки. В систему обеспечения функционирования ПС входят автоматизированные подсистемы транс-портно-складская (АТСС); управления ТП (АСУТП); инструментального обеспечения (АСИО); контроля (САК); управления (АСУ).
Из рис. 1.1 видно, что ПС состоит из ряда основных автоматизированных подсистем: технологической, транспортной, складирующей, контроля и управления. При этом автоматизированная система управления технологическим процессом ПС охватывает все уровни иерархии ПС.
Необходимо отметить, что подсистема контроля ПС решает задачи: получения и передачи информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролирующих объектов, а также о состоянии технологической среды; сравнения фактических параметров с заданными; передачи информации о рассогласованиях на различных уровнях управления ПС; получения и представления информации об исполнении функций; автоматической перестройки средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов; полноты и достоверности контроля.
Качество ГО определяется совершенством ее конструкции и общим уровнем (точностью, повреждаемостью) технологического процесса их изготовления. Однако для каждого конкретного образца возможно снижение показателей качества, например обусловленное использованием другой партии изделий внешней поставки (ИВП). На практике были зафиксированы случаи, когда образцы аппаратуры существенно отличаются по показателям качества. Основная задача разработчиков (конструкторов, технологов) и изготовителей — обеспечить требуемые показатели качества и надежности аппаратуры в условиях, близких к условиям эксплуатации. Для решения этой задачи специалистам нужна информация, убеждающая их в том, что разработанные конструкция, технология, установленные правила и режимы эксплуатации и созданные условия производства обеспечивают требования по качеству и надежности, предъявляемые к данному изделию вообще и к каждому конкретному образцу изготовленного изделия в частности.
Поэтому важнейшим элементом системы контроля является автоматизированная система контроля и испытаний (АСК) ГО, предназначенная для выполнения функций моделирования воздействий, испытываемых ГО на этапе эксплуатации, контроля существенных параметров ГО и диагностирования как отдельных функциональных узлов или систем ГО, так и всего ГО в целом. При реализации функций контроля и диагностирования по проверке ГО автоматизированная система контроля, проверяемый ГО или его подсистемы образуют систему технического диагностирования, в рамках которой операторы осуществляют контроль (диагностирование) в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД) [95]. Соответствующая этому определению структура представлена на рис. 1.2.
Функциональные связи между компонентами данной структуры в процессе ее функционирования, могут быть пояснены схемой представленной на рис. 1.3. Такой компонент системы технического диагностирования как документация в приведенной схеме проявляется в форме регламентированной деятельности исполнителей (операторов), определяющих порядок и способы взаимодействия между первыми тремя компонентами. Указанные функции означают: Fi - ввод исходной информации для проведения контроля (диагностирования); F2 — поступление информации о ходе проверки; G\ - выдачу стимулирующих воздействий аппаратурой контроля; G2 - выдачу объектом контроля (диагностирования) ответных реакций; Н\ - получение информации оператором орга-нолептическими способами; Н2 — выдачу воздействий оператором (действия по измерению отдельных параметров, проведению плановых замен, поиску и устранению неисправностей).
СТД ГО может осуществлять предусмотренное при создании функционирование только тогда, когда в соответствии с проектом будут функционировать технические средства и персонал системы может выполнять предписанные действия. Предусмотренное функционирование технических средств в свою очередь определяется работоспособным состоянием составляющих их элементов и работоспособным состоянием информационных массивов, используемых для управления и обработки данных, поскольку вполне исправные элементы могут функционировать нерасчетным образом, если программа их функционирования будет неправильная. Поэтому будем различать аппаратурную работоспособность и информационную работоспособность (работоспособность используемых техническими средствами информационных массивов). Под информационной работоспособностью понимается состояние программного обеспечения и обрабатываемой информации, создающее условия для предусмотренного функционирования технических средств по оговоренной в нормативно-технической документации совокупности решаемых задач и параметров информационных массивов [102].
Возможность предписанного функционирования персонала СТД определяется прежде всего тем, что исполнители, составляющие персонал системы, находятся в работоспособном состоянии с медико-биологической точки зрения (биологическая работоспособность). С другой стороны, персонал, находящийся в упомянутом работоспособном состоянии, должен безошибочно и своевременно действовать в системе. Поэтому наряду с биологической работоспособностью целесообразно рассматривать операционную работоспособность, под которой будем понимать состояние системы, состоящее в отсутствии несвоевременного или неправильного выполнения персоналом СТД предписанных действий. Операционная работоспособность системы характеризуется выполнением исполнителями только требуемых действий, т.е. проявлением своих профессиональных качеств.
Факторы, определяющие надежность СТД ГО
Приведенная схема является одним из наиболее подробных рассмотрений взаимосвязи ошибок различного рода в антропотехнической системе и влиянии их на работоспособное состояние всей системы. При этом в [102] приводятся определения используемых в схеме понятий. Поскольку в дальнейшем следует опираться на многие из них целесообразно привести их в редакции, представленной в [102]. Аппаратурные отказы и сбои (отказы и сбои технических средств) — события, состоящие в недопустимых изменениях параметров или разрушении элементов технических средств вследствие имеющихся в этих элементах дефектов или протекающих в них процессов, исключающих возможность расчетного функционирования технических средств или (что то же самое) невозможность поддержания заданных значений характеристик функционирования технических средств [102].
Информационные отказы - это проявляющиеся дефекты программного обеспечения функционирования технических средств. Подобно дефектам технических средств, они являются следствием недостаточного учета особенностей функционирования в условиях работы с близкими к предельным значениями информационных потоков или массивов, а иногда и просто следствием просчетов при разработке программы. Такие программные дефекты могут не проявляться при решении большинства задач [102].
Биологические отказы - события, состоящие в нарушениях нормального функционирования организма протекающими в нем процессами, исключающих возможность выполнения человеком в системе предписанных действий [102].
Операционные сбои - случайные события, делающие невозможным предусмотренное функционирование системы при работоспособном состоянии персонала и технических средств (т.е. при отсутствии всех других отказов). Такие события нарушают операционную работоспособность системы и по своему существу являются различными ошибками персонала. Ошибки персонала представляют собой неправильные или несвоевременные действия людей, приводящие к невозможности предусмотренного проектом функционирования системы [102].
Принимая первые три определения, нельзя в полной мере согласиться с последним. Будем исходить из того, что «отказ» представляет собой событие, заключающееся в потере работоспособности [70], т.е. событие после наступления которого система изменяет работоспособное состояние на неработоспособное, причем обратное изменение возможно только вследствие целенаправлен 24 ной деятельности по восстановлению работоспособного состояния. При этом «сбой» [70] представляет собой самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Поэтому в рамках диссертационной работы будем исходить из того, что любые действия персонала в рамках функционирования СТД, приводящие к нарушению работоспособного состояния ее технических средств (средств технического диагностирования), работоспособного состояния хотя бы одного члена персонала, приводящих к невозможности предусмотренного функционирования системы даже при отсутствии нарушения работоспособных состояний технических средств и персонала являются операционным отказом. Данное понимание основывается на опыте эксплуатации ГО, который свидетельствует о практической невозможности в рамках функционирования СТД ГО без существенных последствий исправлять последствия неправомерных действий персонала.
Причинами неправомерных (несоответствующих текущей ситуации, сложившейся в процессе функционирования СТД ГО) действий персонала являются неправильность (ошибочность) или несвоевременность выполнения операций, требуемых в текущей (сложившейся на момент необходимого вмешательства оператора) ситуации. Поэтому будем выделять функциональные и временные операционные отказы.
Функциональный операционный отказ тогда, представляет собой случайное событие, состоящее в неправильных действиях персонала, приводящих к невозможности предусмотренного функционирования системы даже при отсутствии нарушения работоспособных состояний технических средств и персонала. Он может проявиться в виде неверной сборки схемы проверки ГО, неправильной установки исходных данных, неправильных действий в ходе проверки работоспособности ГО, неправильной настройки аппаратуры и в других подобных действиях. Функциональные ошибки персонала имеют серьезное влияние на функционирование системы. Опасность функциональных ошибок особенно велика, поскольку они могут обнаруживаться лишь при функционировании системы, когда их исправление требует значительных временных и даже материальных ресурсов.
Оставаясь в рамках принятой методологии контроля и диагностирования, закономерно считать причиной функциональных операционных отказов недостаточные знания или навыки исполнителей (операторов), реализующих процесс технического диагностирования. Это означает, что как продукт системы подготовки к их профессиональной деятельности они имеют дефекты, т.е. отдельные несоответствия установленным требованиям к качеству их подготовки как специалистов [98].
Временной операционный отказ представляет собой случайное событие, состоящее в несвоевременном выполнении персоналом предписанных действий, приводящих к невозможности предусмотренного функционирования системы. Такие операционные отказы по своим последствиям аналогичны функциональным операционным отказам. Например, временная ошибка, состоящая в несвоевременном выполнении персоналом ручных операций в ходе проверки работоспособности подсистем ГО при временном контроле этих операций приводит к неудовлетворительным результатам проверки возможно работоспособного ГО.
Причинами временных операционных отказов могут быть аналогичные указанным для функциональных операционных отказов. Однако возможно, что оператор обладает необходимыми знаниями и умениями для выполнения соответствующей операции, но не может реализовать их в сложившейся ситуации ограниченного на практике времени, т.е. не обладает выработанными устойчивыми навыками. Здесь следует говорить о дефекте в подготовке, но возможно скрытом.
Статистика показывает, что усложнение технических систем, повлекшее за собой усложнение деятельности операторов по ее эксплуатации и обслуживанию, привело в условиях недостаточного внимания к ее обеспечению к неблагоприятным последствиям. По имеющимся усредненным оценкам неправильные и несвоевременные действия людей при управлении сложными техни 26 ческими объектами вызывали до 40% неблагоприятных исходов при испытаниях ракет, до 64% аварий на морском флоте, до 70% катастроф в авиации. Причиной до 30% нарушений работоспособности радиоэлектронного оборудования оказывались неправильные действия обслуживающего персонала.
Постановка задачи исследований на основе формализованных процедур выбора АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО
С целью формализации процесса обоснования необходимости и эффективности использования того или иного набора методик, программно-аппаратных средств и различного рода диагностико - корректирующих психофизиологическое состояние человека систем для конкретной модели оператора и комплекса, воздействующих на него факторов представим варианты решения указанной задачи в виде структурных схем (рис. 2Л и 2.2).
Следовательно, решение данной задачи будет иметь рациональный характер. Особенностями решения задачи в такой постановке являются: 1. Выбранный вариант АПК должен обеспечивать оценку каждой компоненты множества Р, т.е. для каждого показателя ПВК должно быть предусмотрено не менее одного метода оценки. 2. Суммарная стоимость АПК не должна превышать требуемой Стреб: " (л 3. Невозможно оценить прирост эффективности по коэффициенту корреляции г,/при использовании нескольких методов оценки/-го показателя ПВК.
Для решения этой задачи необходимо решить вопрос по разработке правил построения отношений предпочтений на всем множестве векторных оценок. При выборе конкретного метода построения решающего правила необходимо учитывать возможность получения той или иной информации об относительной важности частных показателей. Ниже проведен анализ указанных выше показателей качества АПК с учетом особенностей решаемой задачи.
При этом каждый показатель качества методик оценки ПВК рассматривается с точки зрения изменения их при одновременном использовании нескольких методик для оценки одного показателя. 1. Информативность. Информативность в рамках данной задачи имеет вероятностной смысл. Следовательно, с учетом того, что методики для оценки показателей pt используют разные физические принципы, выражение для рас чета, общей информативности будет иметь вид: !}=1 n(1_/2"7)) мє - j= - (2Л) 2. Корреляция. Коэффициент корреляции оценивает тесноту связи ме жду значениями у-го показателя ПВК, полученными точным методом (клиниче ским) и значениями этого же показателя, полученными с помощью экспресс ме тодик. Введение коэффициента корреляции позволяет оценить значимость использования существующей методики для оценки соответствующего показателя ПВК. Оценку значимости использования экспресс методики для оценки показателя ПВК, в предположении, что его средние значения, полученные точным ме 72 тодом pTj , объясняются значениями этого же показателя, оцененного экспресс методом, имеют некоторую зависимость: PT,=№)+Sj, (2.2) где s .- - случайная величина, характеризующая отклонения реального значения результативного признака от теоретически найденного р] по уравнению f[Pj) Данная зависимость может носить различный характер, в том числе, и нелинейный при степенной и экспоненциальной зависимостях. В этом случае коэффициент корреляции по преобразованным значениям признаков дает лишь приближенную оценку тесноты связи.
В простейшем случае предполагается, что данная зависимость имеет линейный характер: pTj=a + b-Pj, (2.3) ГДЄ р: Теоретические ЗНачеНИЯ, При ЭТОМ Pj = pj + Sj. С учетом вышеизложенного предполагается использовать .F-критерий Фишера. При этом выдвигается нулевая гипотеза, что коэффициент Ь = 0, и, следовательно, оценка/7/не оказывает влияния на pTj . Непосредственному расчету F-критерия предшествует анализ дисперсии. Центральное место в нем занимает разложение общей суммы квадратов откло т т нений переменной Pj от среднего значения pj на две части — «объясненную» и «остаточную» (необъясненную):
Общая сумма квадратов отклонений индивидуальных значений результативного признака pTj от среднего значения jp вызвано множеством причин. Условно разделим всю совокупность причин на две группы: «изученный» фактор pj и прочие факторы, которые в основном носят случайный характер и учесть которые весьма сложно и не всегда возможно. Поскольку не все точки поля корреляции лежат на линии р = a + b- р , то всегда имеет место их разброс, как обусловленный влиянием фактора р , т.е. уравнением (2.3), так и вызванный действием прочих причин, необъяснен-ная вариация 1. Целесообразность использования экспресс методики для оцен ки показателя р3 зависит от того, какая часть общей вариации признака р приходится на объясненную вариацию. Если сумма квадратов отклонений, обусловленная уравнением (2.3), будет больше остальной суммы квадратов, то использование экспресс методики для оценки pj является статистически значимым. Это равносильно тому, что коэффициент детерминации г2 будет приближаться к единице.
Любая сумма квадратов отклонений связана с числом степеней свободы df (degrees of freedom), т.е. с числом свободы независимого варьируемого признака. Число степеней свободы связано с числом единиц совокупности и с числом определяемых по ней констант. Известно, что общая сумма квадратов отклонений имеет п - 1 степеней свободы, сумма квадратов отклонений, описанная уравнением (2.3) - одну степень свободы и остаточная сумма квадратов отклонений п — 1 степени свободы.
. Если HQ несправедлива, то факторная дисперсия превышает остаточную в несколько раз. Вычисленное значение F-отношения признается достоверным (отличным от единицы), если оно больше критического значения F-критерия. (Критическое значение F-критерия показывает максимальную величину отношения дисперсии, которая может иметь место при случайном расхождении их для данного уровня вероятности наличия нулевой гипотезы и сведено в таблицу).
Содержание методики оптимизации АПК оценки профессиональной надежности операторов АСК ГО
С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что деятельность оператора сложной технической системы, которой является АСК ГО, согласно представлениям, сложившимся в науке, относится к разряду экстремальных. Это обусловлено действием целого комплекса неблагоприятных факторов окружающей среды, как естественного, так и антропогенного характера; особенностями профессиональной деятельности оператора, осуществляемой в ситуации постоянной готовности к экстренному действию, высокой вероятности мгновенного перехода от монотонной деятельности к высокоактивной, очень высокой ответственности за действия и их последствия и связанной с этим необходимостью поддержания в течение всего дежурства высокой работоспособности; действием ряда пси-хотравмирующих факторов.
Проблема оценки функционального состояния и, как следствие, профессиональной надежности операторов, принимающих участие в управлении технологическими процессами и производствами, приобретает все большую актуальность. Встает необходимость получения научных знаний об индивидуальных возможностях человека для обеспечения надежного и высокоэффективного выполнения профессиональных действий.
Адекватно выбранная система оценки функционального состояния резервных возможностей организма позволит с большой вероятностью дать прогностическое заключение о реакции организма на тот или иной фактор и, соответственно, подобрать систему оптимизации труда оператора АСК ГО в тех или иных условиях, повышая ПН его работы и продлевая его профессиональное долголетие, что немаловажно с учетом тех затрат, которые требуются на подготовку специалистов высокого уровня [3].
Решение задачи формирования АПК для оценки ПН оператора АСК ГО может проводиться в двух случаях. 1. Формирование АПК без ограничения на время контроля, т.е. формирование АПК на этапе проектирования. 2. Формирование АПК на этапе эксплуатации. Для решения задачи, как это было определено ранее, задается множество параметров для оценки профессионально-важных качеств Р ,= \pltр2,...»рт}. Для каждого показателя ПВК pj существует множество методик (методов) оценки Ij = \ijX,ij2,...,ijic.] / = l,w, при этом каждая методика ijt (j = \,m; I = l,k ) характеризуется векторным показателем: В качестве допущений при этом принимаются. Допущение 1. Методики для оценки показателей используют разные физические принципы. Допущение 2. Все показатели являются количественными. В первом случае для решения задачи формирования АПК оценки ПН оператора АСК ГО исходные данные для его построения задаются в табличной форме вида Параметр Методика Информативность h,% Коэффициент корреляции (матрицы парных коэффициентов корреляции) Стоимость С, тыс.руб. Времяконтроля/, мин В качестве исходных данных также принимаются: - требуемая стоимость Стр; - требуемое время контроля tmp; - уровень значимости а. Применение аналитического метода отыскания рациональной стратегии формирования АПК предусматривает определение значения векторного показателя W(a) для каждой стратегии. В связи с тем, что общее число стратегий для рассматриваемого варианта исходных данных равно 116 MA=f[ (2 4), решение задачи формирования АПК как лексикографической задачи с дискретным конечным множеством стратегий весьма проблематично. Поэтому для решения задачи воспользуемся генетическим алгоритмом, рассмотренным в п. 2.4.
Приведены способы представления исходных данных и полученных результатов для указанных вариантов и основные этапы решения задачи.
Для практической апробации методики был проведен вычислительный эксперимент, в котором предполагалось, что для оценки ПН оператора необходимо иметь информацию по 10 параметрам; требуемая стоимость Стр = 50000; требуемое время контроля trP = 60 мин.; уровень значимости а = 0,05.
Произведены расчеты для двух вариантов формирования АПК. Так, для случая формирования АПК на этапе проектирования, получено: оптимальный комплекс должен содержать 18 методик суммарной стоимостью 48680 тыс. руб. и суммарным временем контроля 112 минут.
Непротиворечивость результатов вычислительного эксперимента показала работоспособность и адекватность разработанной методики, а также основных научных результатов работы.
