Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Анализ железнодорожных (ж.д.) аварий, катастроф, нарушений безопасности за последние десятилетия показывает, что главной их причиной стали ошибки человека. Во взаимосвязи "человек-техника-среда" человек оказался самым ненадежным и непредсказуемым звеном. Такая тенденция объективна и является результатом стремительного развития научно-технического прогресса в результате которого:
изменяется среда обитания человека;
практически не осталось принципиально неразрешимых проблем в области создания технических средств;
необходима адаптация человека к новым высокопроизводительным средствам труда и транспортным средствам;
неизмеримо возросла цена ошибки человека, управляющего сложными автоматизированными системами.
Известно, что надежность системы определяет самое ненадежное звено.
Длительное время человек в автоматизированных системах не включался в контур контроля вследствие его двойственной природы (как объекта и субъекта контроля) и невозможности технической реализащш этого контроля.
Существующие методы контроля функционального состояния человека анализируют деятельность отдельных физиологических систем организма. Они условны, основаны на усредненных нормативах, требуют для своей реализации использование датчиков на теле человека. Для увеличения точности оценки данные методы требуют увеличения контролируемых параметров. Такие особенности ограничивают использование традиционных методов в производственных условиях, не уменьшают противоречие тенденций индивидуального и группового в оценке состояния человека.
Все вышесказанное, а также осознание цивилизованным человечеством того факта, что человек - есть главная ценность общества и государства, делает чрезвычайно актуальной разработку новых подходов эффективного автоматизированного контроля действий человека в человеко-машинных системах на железнодорожном транспорте.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Данная работа выполнялась в рамках Государственной программы повышения безопасности движения на железных дорогах Украины на период 1995-2000 годы, отраслевой программы улучшения состояния безопасности, гигиены труда и производственной среды,
планов НИР Харьковской академии железнодорожного транспорта в 1986-1997 годах.
Цель работы. Теоретическое обоснование и формализация контроля функционального состояния ж.д. оператора как самоорганизующейся системы во взаимосвязи со средой на основе его индивидуальных особенностей.
Основные задачи исследования: - анализ существующих методов и видов контроля функционального состояния человека-оператора на ж.д. транспорте;
- формализация системного подхода оценки состояния челове
ка, его индивидуальной нормы и зоны функционального оптимума;
-.исследования поведения человека как самоорганизующейся системы в толерантных пространствах;
- моделирование интеллектуальной деятельности ж.д. операто
ра в поле системообразующих факторов;
-.. - разработка теоретических основ контроля и оценки функционального состояния человека во взаимосвязи "человек-хехника-среда" на ж.д. транспорте; .
реализация теоретических основ автоматизированного контроля состояния человека-оператора для конкретных профессий ж.д. транспорта; ..
разработка основных направлений контроля и влияния человека на безопасность функционирования ж.д. транспорта.
Научная новизна полученных результатов. Решена проблема контроля функционального состояния человека на основе его индивидуальной нормы в реальных (толерантных) условиях, что является новым.научным направлением. При этом:
- формализовано понятие индивидуальной нормы и функцио
нального оптимума состояния человека на ж.д. транспорте;
деятельность ж.д. оператора описана моделью репродуцирующего проточного процесса в толерантных пространствах;
сформулированы две основополагающие теоремы поведения человека как самоорганизующейся системы в толерантных, пространствах;
установлена связь между нормальным распределением плотности вероятности, распределением Ципфа-Парето и. раецределе-ниями, описывающимися кривыми 2-го порядка; .
- найдено эффективное соотношение между понятиями
"сложность-устойчивость-жизнеспособность" самоорганизующихся
систем; . , . .
- разработан функционально полный комплекс мрделей взаи
мообусловленных отношений системы "человек-объект управления-
среда" как самоорганизующейся.
Практическое значение полученных результатов. Показано, как разработанный теоретический аппарат применяется для построения индивидуальной нормы и поверхности функционального оптимума в системах контроля человеческого фактора: различного назначения (профессиональный отбор, текущий контроль, тренажер); различных контролируемых параметров (восприятие скорости движения, переключение внимания, деятельность сердечно-сосудистой системы); в различных профессиях ж.д. транспорта, связанных с безопасностью движения поездов.
Полученные в работе результаты были использованы при разработке и внедрении:
автоматизированной системы психофизиологического профотбора машинистов "Профотбор" и отдельных ее подсистем на Московском, Харьковском, Тбилисском метрополитенах, Приднепровской ж.д., Среднеазиатской ж.д.;
компьютерной системы профотбора водителей транспортных средств и диспетчерского аппарата "Допуск" на Харьковском метрополитене;
тренажера для машинистов метрополитена (1-я очередь) на Харьковском метрополитене.
Кроме того научные положения, выводы и рекомендации, представленные в диссертации, были использованы при подготовке и чтении учебных дисциплин "Основы микропроцессорной техники", "Охрана жизнедеятельности" на кафедрах Вычислительной техники и систем управления, а также Охрана труда и жизнедеятельности в Харьковской государственной академии ж.д. транспорта, "Количественные методы в социологии" на кафедре Социальное партнерство в Харьковском социально-экономическом институте, "Поведение человека в экстремальной ситуации" на кафедре психологии Университета внутренних дел МВД Украины.
Личный вклад автора. Все научные результаты, выносящиеся на защиту, получены лично автором. Внедренные разработки выполнялись под руководством автора. В публикациях, написанных в соавторстве, диссертанту принадлежат (согласно списку публикаций в конце автореферата): 1 - разделы 3 и 4, п.7.1; 2 - раздел 3; 3 - представление системы самонастраивающихся узкополосных фильтров в виде цифровой системы; 4 - описание системы самонастраивающихся цифровых фильтров в виде совокупности конечных автоматов; 5 -моделирование на ЭВМ нейроподобной структуры; 6 - разработка функциональной схемы и алгоритмов реализации психофизиологических тестов; 9,10 - разработка принципов построения тренажера, математической модели синтеза зоны и поверхности функционального оптимума; 13 - методология оценки состояния функциональной
системы; 15 - формализация контроля состояния ж.д. оператора по деятельности сердечно-сосудистой системы; 17,18 - обоснование профессионального отбора на основе индивидуальной нормы; 19,24 -методика контроля текущего состояния машиниста; 23 - классификация направлений влияния человеческого фактора на ж.д. транспорте.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Информатика и вычислительная техника" (апрель 1986г., г.Москва); школе-симпозиуме "Систематика, системотехника и междисциплинарные исследования (СМИ-86 и СМИ-88)" (апрель, 1986г., апрель 1989г. г.Львов); XI Всесоюзный научно-техническое совещание "Создание и внедрение систем автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами" (9-11 сентября 1986г., г.Новгород); Всесоюзном совещании "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов" (14-16 апреля 1987г. г.Новосибирск); школе-семинаре " Микропроцессорные системы связи и управления на ж.д. транспорте" (1991-1994 гг., г.Алушта); 2-м Международном семинаре по объектно-ориентированному программированию (18-21 мая 1992г., г.Минск); Международной конференции "Проблемы построения систем управления на ж.д. транспорте", (сентябрь 1995г. г.Алушта); конференции " Автоматизація фізичних методів контролю в технічній диапіостиці та медиціні (октябрь 1995г., г.Славско); международной конференции "Перспективные системы управления на ж.д. и городском транспорте" (сентябрь 1996г., г.Алушта); международной научно-практической конференции "Информационные технологии на ж.д. транспорте" (11-14 ноября 1996г., г.С.-Петербург); 1-й и 2-й международной конференциях " Человеческий фактор в вопросах безопасности: проблемы ж.д. медицины" (1994, 1996гг. г.Харьков); 2-й международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации" (17-19 сентября 1996г., г.Туапсе); Международной научной конференции "Математическое моделирование в психологических и педагогических исследованиях" (25-26 ноября 1996г., г. Днепропетровск); общесетевых совещаниях Укрзалізниці; 13-м конгрессе International Ergonomics Association (29 июня-3 июля 1997г., Финляндия); 3-м симпозиуме ИФАК "Computer Aided Control System Design" (28-30 апреля 1997г., Бельгия); 6-м симпозиуме ИФАК "Automatic Control Based on Human Skill" (16-18 сентября 1997г., Словения); ежегодных научно-технических конференциях ХИИТ - ХарГАЖТ в 1981-1997 годах.
Характеристика методологии и метода исследования. Системный подход к исследованию самоорганизующейся системы
"человек-ж.д. объект управления-среда" предопределил интегральный характер научных методов. В области физиологии это теория функциональной системы П.К.Анохина, элементы психологии и психофизиологии, основы гигиены труда на ж.д. транспорте. В области биологии - системы проточного хемостата, взаимодействие сообществ в экологии, идеи биокибернетики, нормология. В области кибернетики и самоорганизующихся систем - системный анализ, теория автоматического управления, теория флуктуации, элементы теории бифуркации, частотные и временные методы анализа систем, моделирование и модели. Разделы математики - дифференциальные уравнения, теория графов, "замечательные" кривые, геометрия, теория вероятностей и математическая статистика. Техника представлена компьютерными науками, электроникой, механикой.
Основная методология исследования такова: постановка задачи - обоснование способа решения - формализация - разработка обобщенной методики синтеза системы контроля - практическая реализация.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 учебных пособия и 22 статьи, из которых 9 - без соавторства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и содержит 295 страниц печатного текста, 86 иллюстраций на 87 страницах, 7 таблиц на семи страницах, списка использованных источников из 178 наименований, двух приложений на 15 страницах.