Введение к работе
Актуальность темы. По мнению ведущих специалистов, работающих в области анализа состояния и управления сложными и сверхсложными системами, включая человеко-машинные комплексы, современный этап развития науки характеризуется широким использованием теоретического и прикладного аппарата системного анализа.
Работами многочисленных исследователей использующих методологию системного анализа в различных сферах человеческой деятельности, было убедительно показано, что наибольший успех в решении сложных задач с плохоформализуемой структурой признакового пространства, характеризующего состояние исследуемых объектов, достигается при адекватном выборе математического аппарата из многообразного арсенала средств системного анализа.
При этом вопросы разработки и выбора методов и средств обработки информации для эффективного решения конкретных задач анализа и управления сложными объектами, в которых активно взаимодействуют человек и техническая система в окружении других элементов среды обитания не являются тривиальными, требуют творческой работы высококвалифицированных экспертов, в ходе которой обогащается теория и практика системного анализа, управления и обработки информации в медицинских и технических системах.
Одной из актуальных проблем, связанных с эффективной и надежной работой человеко-машинных систем, требующей использования и развития методов системного анализа, является задача повышения надежности работы человека-оператора, задействованного в контуре управления технической системой, которая в значительной степени зависит от состояния его здоровья, условий труда и окружающей экологической обстановки.
Анализ структуры и технологии получения информации о компонентах человеко-машинных систем, влияющих на состояние здоровья операторов показывает, что для принятия адекватных решений целесообразно использовать аппарат нечеткой логики, который в свою очередь требует определенной модернизации с целью получения более эффективных средств анализа и управления исследуемым классом сложных систем.
С учетом сказанного, актуальность работы определяется необходимостью разработки и внедрения современных методов системного анализа, управления и информационных технологий в сферу анализа и эффективного управления сложными человеко-машинными системами и в частности для решения задач повышения качества медицинского обслуживания человека-опретора, взаимодействующего со сложными техническими системами.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом ГОСНИТИ (проблема 5, тема 32, раздел 2) и научным направлением Курского государственного технического университета «Медико-экологические информационные технологии».
Цель работы. Разработка методов, моделей, алгоритмов и программно-технических средств системного анализа и управления, повышающих эффективность принятия решений по оценке и коррекции состояния здоровья операторов человеко-машинных систем при неполном и нечетком представлении данных с пересекающейся структурой классов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- на основании изучения существующих подходов к анализу и управлению состоянием человека-оператора, работающего в составе сложных человеко-машинных систем определить задачи и выбрать математический аппарат исследования;
- разработать метод синтеза нечетких моделей для описания и оценки уровня эргономичности технических систем с учетом их влияния на состояние здоровья человека;
- разработать метод синтеза моделей системного анализа и принятия решений, агрегирующих нечеткое описание биологического объекта, технической системы и окружающей их экологической обстановки;
- синтезировать алгоритм интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений по рациональному взаимодействию человека с технической системой с целью уменьшения степени ее влияния на состояние здоровья;
- создать основные элементы программного обеспечения проблемно-ориентированной системы поддержки принятия решений, обеспечивающей рациональное планирование медицинского обслуживания операторов человеко-машинных систем;
- оценить эффективность предложенных методов и средств на примере мониторинга состояния здоровья водителей транспортных средств занятых в сельскохозяйственном производстве Курской области.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, моделирования, теории синтеза сложных информационных систем, теории алгоритмов, нечетких множеств, прикладной математической статистики, экспертного оценивания.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
- метод синтеза нечетких моделей для описания и оценки уровня эргономичности технических систем, отличающийся возможностью агрегации таких разнородных показателей, как результаты прямого измерения эргономических параметров, физического моделирования, психофизического шкалирования и тестового опроса, позволяющий оценивать уровень эргономичности как отдельных элементов и узлов, так и технических систем в целом с учетом их влияния на состояние здоровья операторов человеко-машинных систем;
- метод синтеза моделей системного анализа и принятия решений для управления процессами оценки и коррекции состояния здоровья операторов человеко-машинных систем, основанный на применении методов разведочного анализа для агрегации нечетких описаний биологического объекта и технической системы с учетом экологических факторов и защитных механизмов различных типов;
- алгоритм и программное обеспечение интеллектуальной системы поддержки принятия управленческих решений, обеспечивающей формирование рационального взаимодействия человека с технической системой и позволяющей уменьшить степень ее влияния на состояние здоровья человека;
- система правил нечеткого вывода для прогнозирования, ранней и дифференциальной диагностики заболеваний, вызываемых контактом человека-оператора с технической системой на примере водителей транспортных средств агропромышленного комплекса.
Практическая значимость работы.
Разработанные методы, решающие правила, алгоритмы и соответствующее программное обеспечение составили основу построения системы поддержки принятия решений, опытная эксплуатация элементов которой позволяет рекомендовать ее к использованию в учреждениях здравоохранения обслуживающих операторов человеко-машинных систем различных типов и назначений.
Применение предложных в диссертации разработок позволяет снизить риск возникновения и развития профессиональных заболеваний операторов человеко-машинных систем, вызываемых неблагоприятными условиями труда, экологией и индивидуальными факторами риска, а также выбирать рациональные схемы проведения профилактических и лечебно-оздоровительных мероприятий для региональных учреждений здравоохранения обслуживающих выбранный контингент пациентов. Основные теоретические и практические результаты работы приняты к внедрению в МУЗ центральная районная больница Фатежского района и в учебном процессе Курского государственного технического университета при подготовке специалистов по направлению «Биомедицинская инженерия», при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по курсу «Компьютерные технологии в медико-биологических исследованиях»
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: на XII международной научно-технической конференции «Медико–экологические информационные технологии» (Курск 2009г.), на III Всероссийской научно технической конференции «Информационные технологии в медицине и экологии» (Пенза 2009), на межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные парадигмы в медицине и педагогике» (Курск 2009), на научно-технических семинарах кафедры «Биомедицинская инженерия» Курского государственного технического университета (Курск 2006,2007), на Всероссийской научно-технической конференции «Биомедицинская инженерия и биотехнология» (Курск 2009г.); на научно-технических семинарах кафедры «Электротехника» Курской государственной сельскохозяйственной академии (Курск 2004,…, 2009г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, перечень которых приведен в конце автореферата, из них 4 работы в журналах по перечню журналов и изданий, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.
Личный вклад автора. В работах [1, 8] автор предложил метод синтеза и систему нечетких решающих правил для прогнозирования, диагностики и профилактики профессиональных заболеваний водителей, в работах [2, 6] автор определил роль физического утомления и других классов функциональных состояний в появлении и развитии профессиональных заболеваний, в работах [3, 5, 6] автором предложен метод нечеткой оценки уровня эргономичности транспортных средств и показал его влияние на состояние здоровья водителей, в работах [7, 10] изучались прогностические и диагностические возможности меридианных структур организма, а в работе [4, 9] изучалась роль экологических факторов в развитии профессиональных заболеваний водителей занятых в агропромышленном комплексе.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающая 158 наименований. Объем диссертации 154 страницы машинописного текста, 27 рисунков и 15 таблиц.
