Введение к работе
Актуальность проблемы. Эргатические системы управления (ЭСУ) являются в настоящее время наиболее распространенными в общественном производстве. Эффективность функционирования таких систем зависит как от их технического совершенства, так и от успешности профессиональной деятельности человека-оператора (ЧО), который является необходимой составной частью эргатической системы.
Современное состояние в области оценивания человеко-машинных систем характеризуется многообразием подходов к получению и интерпретации результатов. Вместе с тем появление новых информационных технологий, основанных на теории и методологии искусственного интеллекта и экспертных систем, а также прогресс в создании технических средств обработки и хранения информации делают актуальным создания мощных автоматических и (или) автоматизированных систем, предоставляющих лицам, принимающим решения, данные, адекватно характеризующие управляемый процесс - систем оценивания состояния и функционирования ЭСУ. Однако существенные различия в подходах к оцениванию ЭСУ, недостаточный уровень развития системной теории ее функционирования и оценивания в большой мере осложняют создание таких систем, что снижает эффективность применения человеко-машинных систем по назначению.
Одним из необходимых условий создання эффективных систем информационной поддержки управления состоянием ЭСУ является единство методологических подходов к синтезу таких систем, дающее возможность сформировать теоретический базис такого синтеза и позволяющее в дальнейшем обеспечить унификацию математического, информационного и программного обеспечения процессов оценивания состояния ЭСУ различных прикладных областей, в частности, эргатических систем управления летательными аппаратами. В настоящее время единая методология создания систем оценивания состояния и функционирования ЭСУ отсутствует, однако существует теоретическая база для ее разработки в виде общей теории систем, теории искусственного интеллекта, комбинаторной топологии, классической теории управления.
Научная проблема, решению которой посвящена диссертация - теоретическое обобщение и развитие методологии создании автоматических и(илн) автоматизированных систем оценивания состояния эргатических систем управления.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами заказ
ных и хоздоговорных научно-исследовательских работ Рижского высшего
военного авиационного инженерного училища нм.Я.Алксниса
(1976...1992 г.г.) и Тамбовского высшего военного авиационного инженерного училища (1995... 1996 г.г.).
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка методол гических основ, развитие теории и создание математических моделей д оценивания состояния эргатических систем управления, обеспечивающ построение инструментальных средств в виде математического и пр граммного обеспечения автоматических и автоматизированных систем и формационной поддержки управления состоянием эргатических сисп управления.
Поставленная цель достигается в результате решения следуют основных задач:
-
Системный анализ применяемых методов и средств оценивания эрг тических систем управления и уточнение роли и определение направлен разработок;
-
Системный анализ и определение компонентов обобщенного систе но-динамических моделей эргатических систем управления и ее составш частей, в том числе при структурной декомпозиции ЭСУ;
-
Развитие теории оценивания состояния ЭСУ и построения на основе классификации оценок эргатических систем управления;
-
Определение структуры, роли и места систем информационной па держки управления состоянием ЭСУ и их классификация;
-
Развитие методов анализа функциональных структур динамическі систем для случаев, когда известна лишь топология внутрисистемных си зен;
-
Разработка обобщенных системно-динамических моделей операто ской деятельности и конструирование пространства профессионального с стояния человека-оператора в эргатических системах управления обще вида и в ЭСУ ЛА и определение на их основе структуры и функций алг ритмического обеспечения систем информационной поддержки управлені состоянием ЭСУ;
-
Разработка алгоритмов оценивания операторской деятелыюст включая алгоритмы оценивания переменных пространства профессионал ного состояния человека-оператора;
-
Разработка алгоритмов предварительной обработки измеренш данных.
Методы исследований. Выполненные в работе теоретические и эксг риментальные исследования базируются на применении методов теорі сложных систем, теории множеств, комбинаторной топологии, теорі управления и регулирования, искусственного интеллекта, теории эргатп1 ских систем управления, а также инженерной психологии и эргономик Общей методологической основой в диссертации является системный по ход.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1.Построено обобщенной^ динамическоЩ описанше.функционирои ния эргатических систем управления и на их основе определены классы о і. нок для адекватного оценивания эффективности функционирования ЭСУ;
2.Применительно к эргатическим системам управления уточнено значение понятия состояния системы и введено в рассмотрение понятие профессионального состояния человека-оператора, что дает возможность рассматривать человека-оператора в виде формального системного объекта;
З.Разработан метод анализа топологической связности функциональных структур эргатических систем управления;
4.Доказаны теоремы о структурной, хроно- и динамической композициях, дающие обоснование допустимости осуществления просгранственно-временного разбиения ЭСУ на функциональные субсистемы и независимое оценивание их состояния;
5.Построено системно-динамическое описание концептуальных моделей человека-оператора в эргатических субсистемах управления и сконструировано пространство профессионального состояния летчика при пилотировании летательного аппарата;
6,Разработаны новые алгоритмы оценивания качества,рациональности и эффективности операторской деятельности летчика в ЭСУ ЛА, а также общая процедура и оригинальные алгоритмы оценивания переменных пространства профессионального состояния летчика при управлении угловым движением ЛА;
7.Разработаны процедуры синтеза многоуровневых поликаскадных фильтров и алгоритмы для предварительной обработки дискретных данных в системах оценивания компонентов состояния ЭСУ ЛА, позволяющие получить результаты с заданной точностью в темпе реального времени.
На защиту выносите»:
1.Методология и научные основы синтеза систем оценивания состояния эргатических систем управления;
2.Новые методы, модели и алгоритмы построения и оценивания компонентов пространства профессионального состояния, качества, рациональности и эффективности деятельности человека-оператора;
3.Метод анализа связности функциональных структур динамических систем;
4.Разработанные процедуры синтеза многоуровневых лоликаскадных фильтров и алгоритмы для предварительной обработки дискретных данных.
Практическая значимость работы определяется прикладным характером проведенных исследований, направленных на повышение качества информационного обеспечения процессов управления состоянием ЭСУ, достигаемого в результате применения разработанных и исследованных метода анализа топологии функциональных структур ЭСУ ЛА, метода конструирования пространства профессионального состояния человека-оператора, алгоритмов оценивания качества, рациональности и эффективности деятельности человека-оператора, алгоритмического обеспечения оценивания состояния многоуровневой системой обработки информации.
Разработанная в диссертации единая методология синтеза систем оценивания состояния и функционирования эргатических систем управления, а также методы и алгоритмы оценивания позволяют выполнить построение
пстроение унифицированных инструментальных средств в виде математического и программного обеспечения систем информационной поддержки управления состоянием ЭСУ.
Основные теоретические и практические результаты работы защище ны 14-ю авторскими свидетельствами на изобретения и реализованы в вид алгоритмического и программного обеспечения систем оценивания н; предприятиях авиационной промышленности, а также в организациях МС РФ и РАН.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион нон работы докладывались и обсуждались на конференцій "Психологические проблемы анализа и синтеза деятельности оператора (Звенигород, 1980 г.), Первой итоговой научной сессии Института психоло гии АН СССР (Москва, 1981 г.), конференции "Проблемы профессиональ ного отбора операторов" (Звенигород, 1983 г.), Гагаринских научных чтени ях по авиации и космонавтике (1983...1986г.г.), 1-й Всесоюзной научно технической конференции "Технические средства профессиональной подго товки" (Пермь, 1982г.), Всесоюзной научно-технической конференциі "Психологические основы тренажеростроения" (Ереван, 1984 г.), Всесоюз ной научно-технической конференции "Инженерно-авиационное обеспече нне безопасности полетов" (Москва, 1985 г.), Второй Всесоюзной научно технической конференции "Тренажеры в формировании профессиональны; навыков при подготовке специалистов" (Ульяновск, 1988 г.), 3-й и IV Все союзных научно-технических конференциях "Теория и практика имитацл онного моделирования и создания тренажеров" (Пенза,1988 г.,1991 г.), Пер вых международных Ломовских чтениях (Москва,1991 г.), Межвузовскод научно-техническом семинаре "Анализ и синтез авиационных эргатически: систем" (Киев, 1989 г.), научно-технических семинарах училища и кафедрі автоматизации управления летательными аппаратами Рижского ВВАИ^ им.Я.Алксниса (1976...1991 г.г.), научно-технических семинарах училища і кафедры вычислительной техники и автоматики Тамбовского ВВАИІ им.Ф.Э.Дзержннского (1995...1997 г.г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в Т работах, включая 14 авторских свидетельств СССР на изобретения, 29 ста тей и 35 отчетов о научно-исследовательских работах.
Объем работы. Диссертация изложена на 340 страницах машинопис ного текста, содержит 56 иллюстраций, 10 таблиц, состоит из введения восьми глав, заключения, списка литературы из 292 наименований и четы рех приложений.
