Информационная обратная связь как средство обеспечения надежности и эффективности деятельности оператора биотехнических систем Ахлаков, Махмудгаджи Камилович

Введение к работе

I '

Актуальность темы. Проблема обеспечения надежности и эффективности работ... технических систем (ТС) возникла с момента начала их разработки и практического использования в различных областях науки и техники. Особое значение эта проблема приобрела для систем управления сложными ТС, работоспособность которых во многом зависит от функционального состояния (ФС) человека, обслуживающего систему. Важность роли человека-оператора, ответственного за принятие управляющих решений, в решении отмеченной проблемы отражается в многоплановости изучения так называемого "человеческого фактора".

Проблема оценки и управления ФС стала особенно актуальной, когда увеличились требования к профессиональной подготовке человека-оператора, возросла ответственность за принятые решения, возникли условия его работы при избытке или дефиците информации, необходимой для принятия решений, и т.п. Эти факторы способствуют появлению специфических, экстремальных условий работы, которые являются дестабилизирующими для состояния организма оператора, приводящими к возрастанию ошибочных решений и реакций. Необходимость оценки текущего ФС человека (в связи с е.го влиянием на надежность и эффекгивносгь деятельности оператора) заставляет искать наиболее адекватные способы диагностики и учета этого.состояния на результаты его работы в составе технической системы.

Поиск путей оптимизации взаимодействия техники и человека дал толчок к формированию нового научного направления - теории биотехнических систем (БТС) 'В.М. Ахутин, 1975 г.), в которой особо выделяется родь ФС человека-оператора в obo-исче-нии высокого качества работы БТС в целом. В основе оценки надежности и эффективности деятельности оператора БТС лежат вероятность принятия ошибочных решений и увеличение времени для их принятия, искажающие алгоритм его деятельности. Последствия от этих ошибок и нарушений алгоритма, могут существенно влиять на работоспособность биотехнической системы.

С позиций системного подхода, ФС работающего оператора следует рассматривать как качественный ответ (реакция) функциональных систем организма разных уровней на внешние и внутренние воздействие связанные с выполнением работы. При этом выделяются различные аспекты этих реакций, исходя из цели и задач исследования, уровня профессиональной подготовки, сложности выполняемых операций и т.д. с целью поиска путей повышения надежности и эффективности функционирования БТС. Особую важность приобретает изучение динамики изменения психофизиологических параметров операторов и их дифференциация в зависимости от рабочей ситуации. Создаются пред-

2 'посылки для коррекции ошибочных действий оператора, своевременного вывода его из рабочей ситуации и замены другим оператором. Однако на сегодня отсутствуют подходы к оперативному управлению ФС оператора непосредственно в процессе деятельности. На наш взгляд, именно в этом направлении можно ожидать новых результатов, связанных с повышением надежности и эффективности работы человека-оператора и биотехнических систем в целом.

Цель работы. Целью работы является разработка и исследование метода повышения надежности и эффективности функционирования операторов БТС за счет контроля и управления их функциональным состоянием, а также слежения за своевременным выполнением обязательных рабочих операций, при использовании в качестве источника оперативной информации устройств отображения (УОИ) растрового типа, включенных в контур информационной обратной связи (ИОС) управляющего звена БТС.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих основных задач:

1. Анализ причин снижения надежности и эффективности функционирования БТС и известных методов ее повышения.

2. Разработка информационной, операционной, биологической и общей модели работоспособности оператора БТС и модели управления функциональным состоянием организма оператора; обоснование основных условий регулирования ФС оператора в. БТС с контуром ИОС (модели наблюдаемости, устойчивости, идентификации и управления).

3. Выбор психофизиологических параметров для контроля за ФС оператора и исследования алгоритма управления ФС оператора во время выполнения рабочих операций; разработка оперативного метода расчета эффективности деятельности и его наглядное отображение в виде графического образа.

4. Модернизация способов предъявления оператору информации о его ФС, результатах выполнения им рабочего задания, разработка тестов для исследования восприятия этой информации человеком.

5. Экспериментальная оценка степени влияния нервно-психического напряжения оператора на результаты его деятельности.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования, которые базируются на теории БТС, инженерной психологии, теории надежности, эргономике, математической статистики, методах имитационного моделирования, системного анализа и анализа физиологических систем.

з Научная ночи під. Научная новизна диссертации состой і в следуют*, -і:

6. Обоснованы с позиций системного анализа пути повышения надежности и .>ф фективиости функционирования операторов БТС как во время яиполнеиня рабочих операций по заданному алгортму, так и во время обучения за счет использования ИСК'. о ФС оператора и качестве выполнения рабочих действий при заданных алгоритмах дея гелыюсти.

7. Разработаны модели информационной, операционной, биологической и общей работоспособности оператора в БТС, а также модели управления ФС организма оператора, необходимые для изучения возможностей управления ФС оператора при использовании иос.

8. Предложен и исследован алгоритм управления ФС оператора непосредственно во время выполнения рабочего задания на основе ИОС с регистрацией психофизиологических параметров: электрокожного сопротивления (ЭКС), веко двигательной реакции (ВДР), частоты сердечных сокращении (ЧСС) и уровня допустимых ошибок деятельности (ДОД); разработан метод расчета эффективности деятельности оператора и ею наглядного отображения в виде ірафнческого образа, позволяющего изучать последовательность действий оператора, динамику изменения времени восприятия и обработки информации, динамику изменения времени реакции, а такге влияние ИОС на его деятельность.

9. Определены структуры технических средств для реализации контура ИОС аппаратным и аппаратно-программными средствами для БТС различного назначения.

10. Усовершенствованы методы коррекции и саморегуляции организма оператора. на основе использования контура ИОС с предъявлением оператору информации об изменениях его психофизиологических параметров на устройстве отображения информации (УОИ) растрового типа (путем кодирования информации о ФС по форме и по цвету)-

Практическая значимость. Ценность полученных в работе результатов для нрак тики синтеза БТС заключается; в использовании предложенных в работе методов контроля и управления ФС оператора за счет применения контура ИОС. При этом предложены критерии эффективности и надежности деятельносп! оператора, рассчшывагмые но объективным показателям. Контур ИОС стабилизирует регистрируемые психофизиологические параметры, своевременно обнаруживает начальну») фазу уюмлении, ибест.е чивает получение и наглядное отображение информации о динамике изменения ФС оператора в зависимости от нагрузки и условий іруда. Практическое шнчение имеют структуры технических средств организации НОС. обоснование выбора психофизиплеінчі'-

ских показателей, модели управления и критерии эффективности работы оператора.

Использование в качестве информационных данных психофизиологических параметров и результатов деятельности оператора позволяет оперативно определить степень напряженности оператора и своевременно проводить коррекцию функционального состояния и уменьшать вероятность ошибочных действий.

Результаты работы целесообразно использовать при разработке методов и систем контроля за ФС оператора с целью повышения надежности и эффективности его работы в экстремальных ситуациях, при работе, связанной с монотонней, при решении эргономических задач, а также на этапах проектирования и эксплуатации сложных БТС.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы: при выполнении НИР по темам: ТСО-5 N 2976, ТСО-6 N 3126, ТСО-7 N 3875, АСУ-9/ТСО-8 N 4167, ЛАСИП-1 N 4563, ЛАСИП-2 N 4797,

Научные результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательском институте им. Сухого, Московской железнодорожной больнице, центре технологий обучения СПб ГЭТУ, Октябрьской железной дороге и других организациях. Факты внедрения результатов подтверждены соответствующими справками и актами, представленными в приложении к диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы демонстрировались, докладывались и обсуждались на Всесоюзной выставке ВДНХ посвященной 100-летию Ленинградского электротехнического института им В.И. Ульянова (Ленина), на выставке "ИНТЕНСИФИКАЦИЯ-90" в Ленинграде, на международной выставке в Венгрии, Российском научно-техническом конференции "Системный анализ и принятие решений в задачах автоматизированного обеспечения качества и надежности изделий приборостроения и радиоэлектроники", Российской научно-технической конференции "Медицинские информационные системы", Международной конференции по аэрокосмонавтике, школах-семинарах БИМК, Научно-педагогических конференциях ЛЭТИ, Международной конференции "Современные технологии образования".

Публикации. Основные работы изложены в 12 опубликованных работах, из них 8 статей, 4 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего147 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 148 страницах машинописного текста. Работа содержит 19 рисунков и 7 таблиц.