Содержание к диссертации
Введение
Глава I Состояние теории и практики качественной и количественной оценки человеческого фактора в процессах управления 14
1.1. Состояние теории и практики качественной оценки человеческого фактора 17
1.2. Состояние теории и практики количественной оценки субъективности и интеллекта в процессах управления 29
1.3. Состояние теория и практики моделирования поведения человека в малых коллективах 34
1.3.1. Основные понятия и определения 34
1.3.2. Основные типы отношений в экипаже и существующие подходы к их моделированию 39
1.4. Цели и задачи диссертационной работы 41
Глава 2. Формальные основы теории представлений целенаправленных действий членов экипажа воздушного судна 43
2.1. Основы теории представлений целенаправленных действий членов экипажа воздушного судна 49
2.2. Выводы и рекомендации 69
Глава 3. Разработка методов анализа и синтеза целенаправленных действий членов экипажа воздушного судна 70
3.1. Основные понятия целенаправленной деятельности исполнителей 70
3.2. Классификация математических моделей целенаправленных действий 78
3.3. Разработка методов представления абстрактной модели целенаправленных действий 85
3.3.1. Разработка абстрактной модели целенаправленных действий членов экипажа 86
3.3.2. Разработка структурно-алгоритмической модели целенаправленных действий членов экипажа 91
3.4. Методика структурно-алгоритмического моделирования целенаправленных действий экипажа 101
3.4 Л. Основные понятия и определения этаповмоделирования целенаправленных действий 102
3.4.1.1. Структурный анализ целенаправленных действий экипажа 103
3.4.1.2. Алгоритмизация целенаправленных действий членов экипажа 105
3.4.1.3. Структурный синтез 113
Глава 4. Система контроля и управления безопасностью и эффективностью целенаправленных действий с учетом человеческого ФАКТОРА 126
4.1. Анализ качества выполненного полета 127
4.1.1. Анализ действий экипажа на взлете 129
4.1.2. Анализ действий экипажа на этапах набора высоты, полета по маршруту и снижения 130
4.1.3. Анализ действий экипажа при заходе на посадку и посадке 130
4.1.3.1. Подэтап «Выпуск механизации и вход в глиссаду» 130
4.1.3.2. Подэтап «Полет по глиссаде» 131
4.1.3.1. Подэтап «Попет по продолженной глиссаде» 132
4.1.4. Определение обобщенного показателя качества выполнения полета в целом 133
4.1.5. Выявление факторов (причин) снижения качества пилотирования 134
4.1.6. Представление материалов оперативного контроля экипажем для самообучения 135
Результаты и выводы по диссертационной работе... 137
Литература 139
Приложение а 149
Приложение б 159
- Состояние теории и практики качественной оценки человеческого фактора
- Состояние теории и практики количественной оценки субъективности и интеллекта в процессах управления
- Основные понятия и определения
- Основные типы отношений в экипаже и существующие подходы к их моделированию
Введение к работе
В последние годы статистика тяжелых авиационных происшествий упорно из года в год убеждает, что порядка 80% из них так или иначе связано с человеческим фактором (ЧФ). Это говорит о том, что "использованные доселе методы профилактики, базирующиеся на имеющей место теории и применяемой практики, со всей очевидностью исчерпали свои возможности" /54/.
Межгосударственным авиационным комитетом были проанализированы материалы расследований 100 тяжелых авиационных происшествий за период 1990 - 1994 годов. Установлено, что в 82% из них пусковым фактором развития аварийной ситуации явились собственно решения и действия экипажа и лишь в 18% случаев - иные причины (отказы AT различного генеза, перегрузки, нарушения центровки и т.д).
Неизменность этой ситуации в состоянии безопасности полетов существует на фоне непрерывного совершенствования авиационной техники, средств навигации, УВД, эксплуатационных инструкций. Это является объективным признаком того, что проблема человеческого фактора в авиационной транспортной системе (АТС) актуальна и требует безотлагательных исследований и профилактики.
Этот факт был признан международной организацией гражданской авиации (ИКАО), которая в 1986 году определила долгосрочную стратегию в решении проблем ЧФ и опубликовала соответствующее решение.
Осознание международным авиационным сообществом необходимости работы в области ЧФ постоянно подтверждалось и подтверждается событиями, в причинах которых преобладает признак "ошибка человека".
Основываясь на стратегии и требованиях ИКАО, в подавляющем большинстве стран - членов ИКАО, в гражданской и коммерческой авиации в частности, была.внедрена постоянно действующая система подготовки и сертификации авиационного персонала в области человеческого фактора, которая заняла одно из ведущих мест в общей системе профессионального обучения, осуществляемого в авиакомпаниях и учебных центрах. Этим был еде- лан существенный вклад в дело предотвращения авиационных происшествий по признаку "ошибка человека".
Вместе с тем, несмотря на значительный научный и методический потенциал, в отрасли только сейчас начинает создаваться единая, целостная и эффективная система подготовки и сертификации эксплуатационного персонала в области человеческого фактора и управления ресурсами экипажа, которая требует разработки методов и средств анализа и синтеза целенаправленных действий (ЦП) авиаспециалистов с позиций и функционального и системного подходов для оценки ЧФ в системе «человек - машина».
Вышеизложенные факты и необходимость совершенствования в рамках всевозрастающих требований, системы ЦД в области ЧФ определили актуальность темы диссертационной работы.
Диссертационная работа базируется на теоретических и практических результатах исследований ЦЦ членов экипажа (ЧЭ) ВС в ожидаемых условиях эксплуатации с учетом влияния различных эксплуатационных факторов, воздействующих на систему «экипаж - воздушное судно - окружающая среда». Положенные в основу диссертационной работы исследования были проведены автором самостоятельно или при его непосредственном участии на протяжении последних лет в авиакомпании «Волга-Днепр» и Самарском государственном аэрокосмическом университете.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание комплекса моделей для решения задач повышения уровня безопасности и обеспечения эффективности управления ВС на основе учета влияния ЧФ.
Достижение цели работы обеспечивается решением следующих взаимосвязанных задач: - анализа существующих методов оценки влияния ЧФ на процессы управления ВС; - разработки методов формального представления действий членов экипажа (ЧЭ) в автоматизированных системах управления (АСУ); -разработки методов анализа функционирования экипажа ВС в АСУ; - разработки методов синтеза индивидуальных и коллективных струк тур действий ЧЭ; - разработки системы контроля и управления безопасностью и эффек тивностью управления ВС с учетом ЧФ.
Методы исследования. В работе использован основанный на математическом моделировании функционирования ЧЭ в АСУ комплексный подход, охватывающий в совокупности ее важные свойства, такие как иерархическая структурность, логическая и операционная сложность, пространственно-временной и вероятностный характер, многоплановость, свернутость и развернутость осуществления, включающий: методы теории графов, теории вероятностей, теории множеств, математической логики, прикладной теории алгоритмов, эвристический структурный анализ и синтез.
Объектом исследования является проблема повышения уровня безопасности и обеспечения эффективности управления ВС с учетом ЧФ.
Предметом исследования являются методы и средства анализа и синте- ч за ЦД ЧЭ на процессы управления.
Научная новизна результатов работы заключается в том, что поставлены и решены следующие задачи: исследование принятой методологии оценки влияния ЧФ на повышение безопасности и эффективности управления ВС; разработка метода представления целенаправленного взаимодействия ЧЭ и экипажа ВС в целом на основе набора образующих введенного языка, определенных в рамках точного формализма и используемого в качестве концептуальной основы для анализа и синтеза образов действий ЧЭ; - разработка абстрактной модели действий, обеспечивающей путем различной содержательной интерпретации формирование множества част ных моделей, в основу которых положены структурно-алгоритмические принципы моделирования и анализа действий; разработка структурно-алгоритмической модели и методов реализации алгоритмов решения конкретной задачи, режима работы, индивидуальных и коллективных действий ЧЭ; построение структурно-алгоритмической методики исследований целенаправленного взаимодействия ЧЭ, объединяющей этапы структурного анализа, алгоритмизации и синтеза алгоритмических структур, образованных совокупностью последовательно выполняемых алгоритмов решения задачи.
Достоверность результатов исследований. Все полученные результаты исследований основаны на практических работах автора по разработке нормативно-методических документов и программ подготовки ЧЭ ВС в авиакомпании «Волга-Днепр», согласованных с Минтранса и отвечающих требованиям ИКАО по учету ЧФ в рамках отдельной авиакомпании. Математические модели, методы и алгоритмы разработаны автором на основе реальных данных эксплуатации типа Ан-124-100, проверены практикой и введены в нормативные документы группы авиакомпаний «Волга-Днепр».
На защиту выносятся:
Метод формального представления целенаправленных взаимодействий членов экипажа ВС в АСУ.
Метод структурного анализа действий членов экипажа ВС и авиаспециалистов.
Метод структурного синтеза моделей режимов работы, индивидуальной и коллективной деятельности ЧЭ.
Структурно-алгоритмические модели индивидуальных и коллективных действий ЧЭ.
Методика оценки действий членов экипажа ВС.
Рекомендации по качественной и количественной оценке действий экипажа ВС на основе результатов оперативного контроля.
Практическая значимость исследований заключается в разработке и внедрении в авиакомпании «Волга-Днепр» системного подхода к оценке ЧФ с учетом логической и операционной сложности, многоплановости ЦД эки- s пажа ВС на основе структурно-алгоритмического метода описания анализа и синтеза этой деятельности, позволяющего учесть такие свойства как сознательная целенаправленность, структурность, стохастичность, и на этой базе совершенствовать организацию деятельности ЧЭ, программы профессиональной подготовки».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, а также научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на XII Всероссийском научно-техническом семинаре по управлению движением и навигации летательных аппаратов, г. Самара, 2005 г., на ежегодных научно-технических конференциях и семинарах «Безопасность и эффективность эксплуатации ВС» эксплуатантов самолета Ан-124-100, ежегодно проводимых в авиакомпании «Волга-Днепр», г. Ульяновск, 2002 - 2005 гг.
Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 13 печатных работах.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений А и Б.
Основная часть работы изложена на 148 страницах текста. Работа содержит 25 рисунков 6 таблиц и 85 библиографических названий. Общий объем работы 180 страниц.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и определяется цель исследований. На основании анализа современного уровня безопасности и эффективности летной эксплуатации (ЛЭ) ВС формулируются задачи исследований. Излагается краткое содержание диссертации, описывается последовательность выполненных исследований и приводятся полученные результаты.
В первой главе «Состояние теории и практики качественной и количественной оценки человеческого фактора в процессах управления» дается анализ традиционных подходов современных тенденций к совершенствова- нию функционирования современных авиатранспортных систем (АТС), который выявил проблемы и невозможность решения этих проблем старыми способами. В их числе выделена область ЧФ.
Статистика тяжелых авиационных происшествий упорно из года в год убеждает, что порядка 70% из них так или иначе связано с ЧФ. На этапе захода на посадку и посадки, на который приходится 4% из общего времени нахождения и который является наиболее насыщенным в области взаимодействия членов экипажа, ошибка летного экипажа как причинный фактор со- * ставляет 80%. Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что человече ские качества и проблемы в области взаимодействия в экипаже представляют критическую и долговременную проблему, стоящую перед теми, кто несет ответственность, в частности за эксплуатацию, и, как следствие, за подготов ку авиационных специалистов в этой отрасли. Этим определяется необходи мость поиска решения трудных проблем, связанных с ЧФ.
В настоящее время сформирована концепция международной организации гражданской авиации (ИКАО) по человеческому фактору; для ее понимания в главе использована модель SHELL, предложенная профессором Эдвардсом и усовершенствованная Ф. Хоукинсом. Очень важной составляющей этой модели является цепочка, затрагивающая схему SHELL - это взаимодействие между людьми. Традиционно, вопросы показателей при полете были сфокусированы на отдельных членах экипажа. Однако все больше внимания стало уделяться проблемам в совместной работе экипажа или системе обеспечения безопасности путем формирования ее резервов в рамках отмеченного использования ЧФ. Летные экипажи функционируют как группы, поэтому здесь можно ожидать влияния групповых факторов на определение поведения и показателей деятельности. Здесь интересуют L-L взаимодействия, прежде всего, в плане лидерства, сотрудничества внутри экипажа, коллективной работы и личных взаимодействий между членами экипажа. Современные программы по управлению ресурсами экипажа (CRM) серьезно * занимаются этими вопросами.
Фактически, управление ресурсами в кабине можно рассматривать как особый случай управления системой SHELL.
Понимание значения человеческого фактора является только основанием, хотя и наиболее важным, для приобретения опыта в области работы по этим проблемам для эксплуатантов авиационной техники и создания ими специальной подготовки авиаспециалистов.
В этой связи рассмотрены состояние проблемы ЧФ в ЧМС, количественной оценки субъективности и интеллекта в процессах управления, моделирования поведения человека в малых коллективах. В частности, исследованы типы отношений в экипаже и существующие подходы к их моделированию.
Проведенный анализ проблем проявления ЧФ в ЧМС позволил определить цели и задачи диссертационной работы.
Во второй главе «Формальные основы теории представлений целенаправленных действий членов экипажа воздушного судна» рассмотрена проблема целостного подхода к взаимодействию ЧЭ.
Целостный подход определен как функциональный или целеустремленный, что потребовало концептуального анализа опыта как целого, являющегося исходным пунктом научного анализа.
Решение задач о ЦД ЧЭ в достаточно узкой сфере эксплуатации воздушных судов (ВС) так же, как и в случае общих постановок, требует во-первых, создания концептуальной системы для определения некоторых логических, временных и пространственных понятий для описания поведения ЧЭ, во-вторых, разработки формальных, в некотором смысле фундаментальных понятий, для разработки моделей и методов исследования деятельности ЧЭ.
В рамках такого подхода построена система взаимосвязанных понятий и определений, связанных с человеческим поведением при решении специальных задач управления и эксплуатации ВС, на основе функциональной концепции действий ЧЭ.
Для описания важных свойств ЧЭ, связанных со структурностью, сложностью, пространственно-временными аспектами, многоплановостью введен язык для их представления, включающий образующие, как некоторые элементы. В качестве таких элементов выступает набор абстрактных символов, множества, отношения и функции, характеризуемые определенными признаками, связями. Для представления ЦД необходим целостный образ объекта, события или действия.
Представление образов на основе образующих определено совокупностью правил и ограничений относительно того, как описывать целеустремленное поведение ЧЭ. Эти правила приводят к типичным регулярностям образов и представляют собой комбинаторную структуру. Структурное объединение стандартных блоков-образующих позволят строить конфигурации, описывающие поведение ЧЭ.
Рассмотрена формализация представления ЦД ЧЭ в сложном пространстве с размерностью более трех, в частности, наиболее часто используемое четырехмерное пространство для представления пространственно-временных образов, которые описывают движения.
В заключение рассмотрен вопрос представления изображения из образующих, представленных булевыми образами и подграфами с полной графовой структурой.
В третьей главе «Разработка методов анализа и синтеза целенаправленных действий деятельности членов экипажа и авиаспециалистов воздушного судна» рассмотрены задачи моделирования ЦД в условиях функционирования человека в контуре АСУ. Проведенные автором исследования показали, что существующие в практике моделирования ЦД с целью ее анализа математические модели и методы исследования не охватывают в совокупности такие ее важные свойства, как иерархическая структурность, логическая и операционная сложность, пространственно-временной и вероятностный характер, многоплановость, свернутость или развернутость осуществления.
Для устранения этих недостаток в работе предложена абстрактная модель ЦД, в основу которой положены разработанный в предыдущей главе язык представлений ЦД как образа, теория графов как основа актуальной абстракции и структурно-алгоритмическая интерпретация любых ЦД в виде системы взаимосвязанных элементов (образующих). В рамках такого подхода разработана структурно-алгоритмическая модель ЦД.
В основу структурно-алгоритмической модели в работе положены следующие три группы универсальных принципов: принципы исходного описания субъектов и объектов ЦД, принципы результирующего описания структуры ЦД и принципы процедуры моделирования. Используя эту модель, определены задачи и режим работы членов экипажа, получены модели индивидуальных и коллективных ЦД. Эти результаты позволяют различать математические модели на разных структурно-алгоритмических уровнях: реализация алгоритма, алгоритма задачи, режима работы, индивидуальных и коллективных ЦД, причем каждая из моделей может быть построена в двух специфических формах - операционно-логической или предметно-функциональной.
В заключение главы предложена методика структурно-алгоритмического моделирования ЦД.
Введенные теория представлений ЦД, абстрактная модель ЦД позволяют охарактеризовать поведение члена экипажа или экипажа как малого коллектива, исходя из множества доступных действий - образующих. Понимая поведение как способ выбора и комбинирования действий в некоторой заданной среде, можно построить образы ЦД, их структуру, в которых образующими служат действия, и образующие можно рассматривать в качестве пространства действий.
Процедура моделирования расчленена на три этапа, основная направленность которых: структурный анализ, алгоритмизация и структурно-алгоритмический синтез. Определены цели и задачи каждого из этих этапов, составляющие их операций, а затем рассмотрены процедуры, реализуемые на каждом из этих этапов.
В четвертой главе «Система контроля и управления безопасностью и эффективностью целенаправленных действий экипажа с учетом человеческого фактора» на основе обработки полученных научных и практических результатов проведенных исследований, анализа качества выполненного полета, охватывающих основные стороны ЦЦ экипажа при управлении полетом ВС, предложена система оценки, которая позволяет: определять причины массовых отклонений; выявлять экипажи, требующие особого внимания, и определять стереотипы их действий; оценивать динамику изменения основных показателей качества пилотирования выбранных экипажей летной эксплуатации за заданные периоды.
Предложена методика и программа корректировки подготовки экипажей на основе анализа достоверных результатов компьютерного контроля отдельных этапов полетов, а также выявленных путем обобщения по результатам оценки совокупности полетов систематических ошибок и отклонений.
Состояние теории и практики качественной оценки человеческого фактора
Принципиально новые возможности при анализе авиационных событий раскрываются в случае использования методологии ЧФ, основы которой начали закладываться в 1920-1930 года. По мнению ряда исследователей, предрасположенность к несчастным случаям не только обусловлена индивидуально - психологическими качествами человека, но и выступает как результат соединения этих качеств с определенными характеристиками техни-ки и условиями деятельности авиационного производства.
В 30-е годы сформировалась научная методология, определяющая необходимость совместного изучения человеческих и технических составляющих каждого авиационного инцидента, т.е. комплексного исследования качеств и свойств личности, особенностей деятельности и условий труда.
Это направление в 1940-1950 годы получило дальнейшее развитие применительно к обеспечению эффективности и безопасности полетов в ра-ботах В.В. Козлова, А.Г. Шишова, A.M. Пиковского, В.А. Попова и других /31,32/.
Новый импульс в своем развитии методология ЧФ получила в 1960 1970 года, благодаря работам Н.Д. Заваловой, В.А. Пономаренко /23, 61/.
Этими учеными было вновь показано, что причиной ошибочных действий летчика могут выступать не только его индивидуально-психологические особенности, но и эргономические недостатки авиатехники. Несколько поз i: же установлено и снижение профессиональной надежности летчика из-за не совершенства других системных характеристик, а именно: организации, содержания и условий деятельности летного состава.
Центральными факторами ЧФ являются человеческая деятельность, поведение и пределы возможностей человека.
Остановимся на определении ЧФ и моделях, используемых в ИКАО. Предложенное профессором Эдвардсом определение гласит, что "человеческий фактор имеют целью оптимизировать взаимоотношения между людьми и их деятельность путем систематического применения знаний о человека, интегрированных рамками конструирования систем".
Для лучшего понимания концепции ИКАО по человеческому фактору целесообразно использовать модель SHELL, предложенную Эдвардсом и позднее усовершенствованную Ф.Хоукинсом .
Она нацеливает на исследование факторов, которые воздействуют на летчика, акцентируя внимание на его взаимодействие с разными компонентами авиационно-транспортной системы. Оригинальная концепция SHEL, названная так по начальным буквам ее компонентов - Software (программное обеспечение), Hardware (компьютерное оборудование), Environment (окружающая среда) и Liveware (собственно человеческий компонент, персонал) была впервые разработана (Эдварде, 1972 год) с использованием модели, отличающейся от использованной здесь.
Аббревиатура расшифровывается так:
S - означает обмен информацией между летчиком и поддерживающими системами, куда входят руководства, требования эксплуатационных документов, контрольно-опросные листы и т.д.
Н - включает любые физические и психические взаимодействия между летчиком и самолетом, которые определяются конструктивными ограниче-ниями, конструкцией и расположением управления, приборов, кресел и т.д,
Е - это окружающая среда (сюда входят факторы, определяющие личностный комфорт в кабине: температура, влажность, освещенность, шум, вибрация, характеристики газовой среды и т.д.)
L - характеризует природу взаимодействия и связи в экипаже, такие как голосовая (фразеология, содержание речи, языковой барьер, обратная связь), невербальные (неречевые) ключевые сигналы, трудовые отношения.
Неровные края между компонентами в модели символически отражают тот факт, что взаимодействие между экипажем и этими компонентами имеет исключительно важное значение и любое рассогласование между ними может привести к ошибке.
Блоки компоненты концепции:
L - Liveware (человек) - субъект;
Н - Hardware (машина)- машина;
Ї S -Software (установки) - правила, символы;
Е - Environment - обстановка (окружающая среда).
Центр модели - человек, самый значимый, сложный и в то же время наиболее гибкий. Человек всегда связан условностями, ограничениями, в этом сложность системы, обладает физическими размерами и формой, фи зиологическими потребностями. Возможности человека в сфере обработки v информации серьезно ограничены. Игнорирование возможностей системы обработки информации человеком зачастую приводит к несовершенству приборов и систем предупреждения об опасности. К числу требующих учета факторов относятся кратковременная и долговременная память, а также мотивация и стресс.
Liveware (человек). В центре данной модели находится человек-оператор. Ему свойственно множество вариаций в показателях деятельности и множество ограничений, многие из которых сейчас предсказуемы в общих чертах. Можно сказать, что «края» данного блока не являются простыми и прямыми, поэтому, при необходимости избежания смещений и возможных нарушений в системе, нужно тщательно и внимательно совмещать и состыковывать с ними другие элементы.
Для того чтобы добиться такой точности состыковки, крайне необходимо высокая степень понимания центрального элемента. Так как многие элементы, касающиеся ЧФ имеют ориентацию на инженерию, было бы полезно рассмотреть такой фактор, как человек, в контексте инженерных терминов.
Физические размеры и формы. В дизайне большинства рабочих мест и оборудования ведущую роль играют физические размеры человека и движение. Эти характеристики могут варьироваться не только в зависимости от этнических, возрастных или половых факторов, но также заметные различия могут иметь место и внутри каждой такой группы. Фундаментальные решения в плане физических размеров человека должны приниматься на ранних стадиях процесса дизайна, и, следовательно, должен учитываться процент населения, которому подходит данный дизайн. Информация для принятия таких решений может быть получена с помощью методов антропометрии и биомеханики.
Потребности. Для нормального функционирования человеку необходимо «заправляться» пищей, водой и воздухом. Нарушения в заправке этим "топливом" могут повлиять на благосостояние и функциональные показатели человека. Информация этого типа может быть получена с помощью методов физиологии и биологии.
Входные характеристики. Человек обладает обширной системой сбора сенсорной информации об окружающем мире. Он имеет средства восприятия света, звука, запаха, вкуса, движения, прикосновения, тепла и холода. Эта информация необходима для того, чтобы дать человеку возможность реагировать на внешние события и выполнять требуемые задачи. Некоторые органы чувств человека направлены больше на сбор направленной информации; некоторые же чувства более остры, чем другие. Все они могут постепенно притупляться по тем или иным причинам. Главные источники информации в этом вопросе - физиология и биология.
Состояние теории и практики количественной оценки субъективности и интеллекта в процессах управления
Прежде чем перейти к количественным оценкам субъективности и ин $ теллекта, введем понятие субъективности.
Под «субъективным» часто понимается такое суждение об объекте, которое высказывается субъектом и в той или иной степени отличается от действительности, т.е. тем самым подчеркивается индивидуальность и неадекватность суждения субъекта. Субъектом обычно бывает человек, познающий закономерности объективного мира и на этой основе преобразующий его. В последнее время, в связи с широким использованием понятия «искусственный интеллект» /19,25,29,42/ и некоторыми возможностями моделирования психических типов нервной деятельности и механизма эмоций, к понятию «субъект» все чаще подходят с кибернетических позиций, из которых вытекает, что любую структуру, способную воспринимать информацию об объекте, классифицировать ситуацию в нем, предсказывать его поведение и принимать решения, обеспечивающие при воздействии на объект результативность в отношении достижения цели, можно считать субъектом. Таким образом, понятие «субъект» в информационном плане становится относительным - применимым не только к человеку, но и к машине.
Каждый субъект имеет свою индивидуальность, хотя бы потому, что системы со сложной структурой всегда обладают той или иной степенью различия. Кроме того, решения, принимаемые субъектом в сложных ситуациях, как правило, отличаются от оптимальных, так как для субъекта объект всегда лишь частично познаваем, частично наблюдаем и частично управляем. Однако степень субъективности может быть разной, и только в том случае, когда она существенна с точки зрения информационного процесса, целесообразно говорить о субъективности.
Известны различные оценки субъективности. Значительный вклад в формализацию таких оценок внес Горский Ю.М. / 7 /. В них отмечено, что существует пять основных причин, вызывающих субъективные эффекты в процессах преобразования информации в мозгу человека:
- психологические (неадекватность отражения, нереалистическое предсказание, принятие неоптимальной стратегии); - мотивационные (неправильная постановка задачи, несогласованность целей субъекта с целями управления, которые он призван достигать);
- эмоциональные (быстрые и неустойчивые изменения преобразующих свойств субъекта, вызванные сильно действующими внешними и внутренними причинами);
- интуитивные (опыт, не формализуемый в сознании субъекта);
- эволюционные (медленные изменения преобразующих свойств субъекта в результате обучения или забывания).
Названные причины, если не считать опыта и результата обучения, в большинстве случаев будут оказывать негативное влияние на информационные процессы. Упрощенно можно считать, что их действие вызывает три основных следствия: аддитивную, мультипликативную и «собственную» составляющие субъективности. Рассмотрим эти составляющие на примере отражения объекта в субъекте (приемнике информации). Субъективными составляющими будут: аддитивная - потеря части полезной информации; мультипликативная - неадекватность преобразования информации в приемнике (искажение реальной действительности); «собственная» - внесение дополнительной (полезной или вредной) информации, непосредственно не содержащейся в информации, поступающей от объекта.
Им введен ряд взаимосвязанных понятий, таких как отражаемая действительность, набор эталонных образов, размытость отражения, неадекватность отражения и связанная с ней мультипликативная составляющая субъективности. Собственная составляющая субъективности, вызываемая наличием в тезаурусе объекта собственной информации (это положительный опыт и интуиция или, наоборот, закрепленные ошибочные представления и навыки), будет уменьшать или увеличивать различимую область реальной действительности.
Приведенный анализ показывает, что если рассматривать задачу отражения в системе объект - субъект и идеальный наблюдатель, то, с точки зрения наблюдателя, при условии формализации и измеримости реальной и отраженной действительности имеется возможность для количественной оценки функционирования субъекта. То же можно сказать и в отношении других этапов преобразования информации: предсказания и принятия решения. Хотя формализация этих этапов представляет дополнительные трудности, но и здесь проявление субъективности можно свести только к трем составляющим: потере информации, неадекватности преобразования информации и внесению «своей» информации.
Остановимся на вопросах формализации оценки субъективности ЧЭ в процессах функционирования.
Имеется большое число работ, в которых ЧЭ рассматривается с психологических, управленческих и информационных позиций / 30,38, 45/. Ниже будут показаны некоторые возможности применения предлагаемого аппарата для учета фактора субъективности при анализе информационных процессов.
Функционирование ЧЭ, с точки зрения наблюдателя, упрощенно можно рассматривать как целенаправленные действия согласно заданным наборам алгоритмов при конечном множестве возможных ситуаций и конечном множестве управляющих воздействий.
При решении сложных задач управления ЧЭ всегда будет вносить в этот процесс элементы субъективности. Причем при оценке фактора субъективности часто достаточно их учитывать только в преобразующих свойствах оператора (L) и только с двух позиций: какая часть полезной информации, образующей тезаурусы, забывается ЧЭ и на какую величину изменяется L ЧЭС из-за его индивидуальностей (опыт, интуиция, психологический склад характера, эмоциональное напряжение) и действующих ограничений (временные ограничения, штрафные функции при принятии неправильных решений и т.д.). Соответственно при информационном анализе проявления субъективности будем учитывать только в L посредством двух коэффициентов: забывания (т3) и неадекватности преобразования (тп).
Эти коэффициенты в общем случае являются временными функциями, однако мы ограничимся рассмотрением установившихся информационных режимов, поэтому (х3) и (хп) будем также считать постоянными.
Коэффициентом забывания называется величина уменьшения полезной информации в тезаурусах ЧЭ, вызванных эффектом забывания. Поскольку количество информации, содержащееся в тезаурусе, связано с преобразующими свойствами алгоритма, (т3) будет отражать отношение действительных полезных преобразующих свойств Ь(д ;, которыми характеризуется работа
ЧЭ в данный момент времени при тп = 1, к полезным преобразующим свойствам алгоритма L(0) \, которыми ранее обладал ЧЭ после завершения периода обучения.
При рассмотрении общих вопросов преобразования информации, представлялось возможным не акцентировать внимание на особенностях функциональной связи между L и количеством информации, содержащейся в тезаурусах эталонов и методах преобразования.
Основные понятия и определения
Первое, что здесь представляется важным, это рассмотрение ЧФ не вообще, а относительно степени достижения j-й цели системы, причем конкретным человеком, находящимся на і-м месте в иерархии управления.
Второе - учет определенной этапности решений, принимаемых ЧЭ в процессе управления, т.е. исходя из двух разных форм проявления ЧФ: на этапе формирования цели (выбор компромиссной цели) и на этапе самого управления. Соответственно в дальнейшем будем говорить о ЧФ первого и второго рода. Кроме основного действия ЧФ в контуре управления он будет еще накладывать определенный фон на всю деятельность ЧЭ. Характер фона зависит от условий комфортности его работы и среды обитания, а также рациональности использования его внутреннего ресурса. Это будут проявления ЧФ третьего и четвертого рода.
Применительно к ЧФ первого рода необходимо выделение того главного, что будет определять личную мотивационную установку человека, которая может конкурировать в j-й целью системы. Такую установку, формируемую под воздействием потребностей, будем представлять в виде j-й личной цели человека. Заметим, что вообще личных целей у человека может быть много и j-я личная цель - это своего рода их интегральная проекция на пространство, в котором задана j-я цель системы.
Возможны три предельных случая отношений между j-й целью системы и j-й личной целью человека: j-я личная цель отсутствует, т.е. личные цели человека никак не проецируются на пространство, в котором расположена j-я цель системы; цели совпадают; между целями имеется противоречие (ориентация человека на свою }-ю личную цель вызовет негативные последствия в системе). В первых двух случаях создаются условия для принятия человеком в качестве руководства при управлении объектом j-й цели системы, а в последнем - он стоит перед выбором компромиссного решения.
Многочисленные причины, которые оказывают влияние на принятие компромиссного решения, можно свести только к внутренним и внешним стимулам. Внутренние стимулы в основном будут определяться двумя составляющими: верой человека в то, что цели системы имеют приоритет по сравнению с его личной целью, и самосознанием, т.е. сознанием человеком того, что он должен отдавать приоритет целям системы. Внешние стимулы, вынуждающие человека идти на компромисс в сторону цели системы, имеют три основные составляющие: материальные и моральные поощрения, материальные и моральные наказания и эмоционально-личностное давление на рассматриваемого человека со стороны внешней среды и других людей, участвующих в процессе управления / 35 /.
Фактически внешние и внутренние стимулы здесь направлены на уменьшение возможного негативного проявления ЧФ первого рода. Но возможны ситуации, когда эти стимулы будут иметь противоположную направленность: например, если ЧЭС за счет своего высокого интеллекта приходит к выводу о том, что с точки зрения интересов системы следует руководствоваться не j-й целью системы, а какой-то другой d-й целью, и соответственно на это направлены внутренние стимулы. В то же время командир экипажа ВС (КЭВС) и коллектив формируют стимулы, направленные на поддержку j-й цели системы. Здесь отражено позитивное проявление ЧФ первого рода.
Поскольку j-я цель системы может быть оптимальной для системы, а может и не быть таковой (имеется какая-то другая d-я оптимальная цель), следует выделить три позиции КЭВС или коллектива:
- «консервативная», когда поддерживается j-я цель системы, хотя оптимальной является d-я цель;
- «прогрессивная», когда поддерживается оптимальная d-я цель системы, хотя задана j-я цель системы;
- «ординарная», когда поддерживается заданная d-я цель системы и не делается проверка ее на оптимальность.
Следовательно, ЧФ первого рода применительно к ЧЭ будем определять как имеющий ij-ориентированность.
Проявление ЧФ первого рода будет иметь свою специфику в зависимости от структуры управления, позиций, занимаемых разными людьми в этой структуре, и т.д., но во всех случаях определяющими будут негативные и позитивные последствия, вызванные тем, что человек в качестве руководства для управления выбирает цель, отличающуюся от той, которая ему задана.
Переходя к определению ЧФ второго рода, будем полагать, что, выбрав [3-ю цель управления, ЧЭ на рассматриваемом временном интервале ее уже больше не меняет, а всякие внешние факторы и воздействия на него со стороны других людей могут лишь повлиять на его способности (качественные и временные) формировать полезную информацию для принятия решения об управлении. Здесь для оценки ЧФ можно использовать такие показатели, как потеря части полезной или вредной информации, дополнительные задержки или, наоборот, опережения в процессе преобразования информации. Судить о работе ЧЭ с точки зрения негативного или позитивного проявления ЧФ второго рода можно, только если для і-го места, которое занимает ЧЭ в иерархии управления, существуют нормированные требования к процессу переработки информации.
Детализируя различные формы проявления ЧФ второго рода, следует выделить три их группы по следующим признакам: все отмеченные выше показатели имеют негативный характер; все показатели позитивны; наблюдается смешение - часть показателей негативна, а часть позитивна.
ЧФ третьего рода для основного процесса управления является как бы фоновым, поскольку связан с комфортностью обстановки для ЧЭ. Этот фон в ряде случаев может играть решающую роль и обусловливаться причинами, которые можно разбить на три основные группы:
Основные типы отношений в экипаже и существующие подходы к их моделированию
Говоря о системах управления, в которых участвуют люди, следует отметить в соответствии с различными регламентирующими документами наличие зон человеческого взаимодействия, и они во многом определяют необходимый комфорт на рабочем месте и в коллективе. В свою очередь, взаимодействия порождаются отношениями между людьми и действующими между ними противоречиями. Причем эти отношения должны рассматриваться в общей схеме управления, поскольку интересуют отношения не вообще, а только те, которые могут позитивно или негативно влиять на достижение целей системы.
При этом важно выбрать минимально достаточную модель связей между участвующими в управлении людьми, используя которую можно выявить основные типы отношений и дать их классификацию. В качестве такой модели в дальнейшем нами принимаются: командир ВС (КВС) - члены экипажа (ЧЭ) - общий объект - ВС. КВС и ЧЭ - независимые объекты. Обе модели содержат три в определенной степени независимых уровня отношений, к ним относятся уровни воздействия со стороны ЧЭ на объект, взаимодействия между ЧЭ, воздействия КВС. Эти модели с точки зрения заданной цели системы находятся в устойчивом состоянии - цель полностью
В дальнейшем будем вести рассмотрение типов отношений в основном применительно к устойчивым системам.
На уровне R.! для общего объекта возможны при неизменности качества единицы информации следующие отношения:
- союзнические (Ai) - воздействия от ЧЭ имеют одинаковую направленность; - конкурентные (Сі) - воздействия от ЧЭ имеют разную направленность (необходимость такого характера воздействия на объект со стороны ЧЭ может определяться спецификой технологического процесса;
- партнерские (Pi) - воздействия от ЧЭ в объекте приобретают мультипликативный характер (содержательно это означает, что необходимым условием получения полезного результата на выходе объекта является работа обоих ЧЭ;
- нейтральные (Ni) - воздействия ЧЭ осуществляются на два независимых объекта.
Помимо воздействия на объект ЧЭ на уровне R2 могут еще взаимодействовать между собой, при этом возможны следующие отношения:
- союзничество (А2) - ЧЭ передают друг другу часть своего информационного ресурса; если один из них не может обеспечить выполнение своего задания;
- конкурентность (Сг) - ЧЭ часть своего информационного ресурса используют на взаимный контроль, обеспечивая тем самым повышение показателей качества единиц информации каждого ЧЭ;
- партнерство (Р2) - ЧЭ могут обеспечить выполнение заданий только в случае совместного формирования управляющих воздействий;
- нейтральность (N2) - ЧЭ никак не взаимодействуют между собой;
- конфликт (Кг) - ЧЭ пытаются подавить друг друга (возможна широкая интерпретация таких отношений, здесь примем, что каждый ЧЭ пытается уменьшить выходной сигнал другого).
Управление ЧЭ может осуществляться четырьмя способами: изменением их загрузки, вариацией требований к качеству их работы, стимулированием их работы и корректировкой отношений между ЧЭ (R2). Следует учитывать, что само управление ЧЭ происходит как бы по двум каналам - через постоянную программу управления (ІШУ), которая определяется различными нормативными документами и аттестацией рабочего места ЧЭ (здесь функции КВС сводятся к контролю за исполнением ППУ), и путем адаптивного управления (АУ), осуществляемого непосредственно КВС. Под адаптацией нами понимается возможность КВС корректировать и даже отступать от ППУ исходя из текущей ситуации. Использование КВС АУ может быть регламентированным рамками должностной инструкции (АУР) и инициативным (АУИ). В последнем случае КВС, даже если инициатива дает большой эффект для системы, вступает в противоречие со своими полномочиями и сам может быть наказан со стороны более высокого ранга, если таковой проводит консервативную политику, т.е. не считается с тем, что развитие ППУ отстает от требований развития самой системы.
Изучая в течение ряда лет различные аспекты профессиональной деятельности ЧЭ, автор убедился в том, что существующие в этой области математические модели и методы исследования деятельности не охватывают в совокупности такие ее важные свойства как иерархическую структурность, логическую и операционную сложность, пространственно-временной характер, многоплановость или развернутость осуществления. Ограничиваясь лишь анализом деятельности, инженерная психология фактически не выработала принципов и методов синтеза моделей целостной сложной деятельности, необходимой для ее проектирования. В работе в рамках требований практики по обеспечению безопасности полетов в условиях эксплуатации уникальных ВС Ан-124-100 в международном транспортном пространстве заставили автора искать пути математического моделирования указанных свойств профессиональной деятельности.
Цели и задачи диссертационной работы Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание комплекса моделей для решения задач повышения уровня безопасности и обеспечения эффективности управления ВС на основе учета влияния ЧФ.
Для достижения этой цели работы необходимо решить следующие задачи:
- анализ существующих методов оценки влияния ЧФ на процессы управления ВС;
- разработка методов формального представления действий членов экипажа (ЧЭ) в автоматизированных системах управления (АСУ);
-разработка методов анализа функционирования экипажа ВС в АСУ;
- разработка методов синтеза индивидуальных и коллективных струк тур действий ЧЭ;
- разработка системы контроля и управления безопасностью и эффек тивностью управления ВС с учетом ЧФ.
