13
Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка
Эргономичность системы «человек-машина-среда»:
эргономическая оценка органов управления и оптимизации рабочего движения
Выполнила: студентка 3 курса 30 группы
Скочко Татьяна
Преподаватель: Касьяник Е.Л.
г. Минск
2010 г.
Содержание
1. Основные понятия
2. Структурная схема системы «человек-машина»
3. Оптимизация рабочих движений
4. Рабочие движения оператора
5. Оценка органов управления
6. Организация рабочего места оператора
Литература
Основные понятия
Система «человек – машина» – одно из основных понятий эргономики и инженерной психологии. Система «человек – машина» – это система, включающая в себя человека-оператора СЧМ, машину, посредством которой он осуществляет трудовую деятельность, и среду на рабочем месте. Состоит из двух принципиально разных подсистем: подсистемы, включающей технические звенья (машина), и подсистемы, которая представлена человеком-оператором СЧМ. Никакая автоматизация не может исключить человека из системы в целом.
С повышением степени автоматизации для сохранения управляемости системы мы всегда будем вынуждены иметь подсистему более высокого уровня, которая будет включать в себя подсистему «человек», а замкнутая система будет иметь свойства системы «человек – машина».
Человек, выполняющий функции управления в системе «человек-машина», называется оператором. В эргономике под человеком-оператором понимается человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с объектом воздействия, машиной и средой на рабочем месте при использовании информационной модели и органов управления. В узком смысле в рамках инженерной психологии под оператором понимают человека, выполняющего деятельность в СЧМ посредством взаимодействия с информационной моделью.
Информационная модель реализуется в технических средствах в виде средств отображения информации – индикаторов, дисплеев, сигнализаторов, содержания виртуальной реальности и т.п. и должна обеспечить оператору:
s понимание отображаемой информации;
s выделение сложных отношений в ситуации;
s эффективное информационное взаимодействие человека и технических устройств;
s максимальную надёжность деятельности человека и системы управления;
s возможность легко и свободно менять способы действия, гибкость поведения человека и взаимозаменяемость наблюдателей;
s условия координации действий, если системой управляет не один человек, а коллектив.
Информационная модель – это организованное в соответствии с определённой системой правил отображение состояния предмета труда, технической системы, внешней среды и способов воздействия на них.
2. Структурная схема системы «человек-машина»
13
3. Оптимизация рабочих движений
Создание эффективной СЧМС заключается в поиске оптимального сочетания возможностей машины и человека.
На человека следует возлагать выполнение функций по:
s распознаванию ситуации в целом по ее многим сложно связанным характеристикам, а также при неполной информации о ней;
s осуществлению функций индуктивного вывода, т.е. обобщению отдельных фактов в единую систему;
s решению задач, в которых отсутствует единый алгоритм или нет четко определенных правил обработки информации;
s решению задач, в которых требуется гибкость и приспособляемость к изменяющимся условиям, особенно задач, появление которых заранее трудно предвидеть;
s решению задач с высокой ответственностью в случае возникновения ошибки.
Машине следует поручать:
s выполнение всех видов математических расчетов;
s выполнение однообразных, постоянно повторяющихся операций, реализуемых по заданному алгоритму;
s хранение и динамическое представление больших объемов однородной информации;
s решение задач, требующих дедуктивного вывода, т.е. получения на основе общих правил решений для частных случаев;
s выполнение действий, требующих высокой скорости реакции на команду.
Не следует прямо воспринимать методологию распределения функций как проектировочную дисциплину, а приведенные рекомендации как руководство к действию. Это лишь иллюстрация различий, присущих основным элементам человеко-машинной системы. Все в действительности гораздо сложнее, требует тонкого анализа содержания деятельности оператора и учета возникающих артефактов. Несмотря на значительный прогресс в создании сложных технических систем, человек во многих случаях незаменим. Особенно это касается его возможностей по работе в условиях неполноты информации и использовании эвристических методов решения проблем. Кроме того, только человек обладает способностью учитывать разнокачественный, в том числе и социальный, опыт для достижения своих целей.
Человечеством создано огромное разнообразие человеко-машинных систем, ориентироваться в котором достаточно трудно.
Для упрощения ориентирования в технологических и целевых нюансах технических систем создаются различные классификационные системы и схемы.
В зависимости от технического назначения человеко-машинных систем различают:
s системы управления движущимися объектами с управлением как с объекта, так и извне;
s системы управления энергетическими установками;
s системы управления технологическими процессами циклического типа;
s системы наблюдения за обстановкой и обнаружения объектов;
s системы диспетчерского типа, управляющие транспортными средствами, распределением энергии и т.п.
Приведенная классификация, несмотря на свою условность и простоту, выполняет задачу по уменьшению многообразия возникающих в практике реальных систем.
В процессе развития инженерной психологии как научно-практической дисциплины наблюдается возникновение и смена парадигм проектирования и соответственно взглядов на роль и положение человека в технической системе.
В начальном периоде эволюции технических систем большую роль играл машиноцентрический подход, в соответствии с которым человек рассматривался как звено технической системы, решающее ту или иную ее задачу. Описание оператора осуществляется в терминах анализа технических средств. Определяются входные и выходные параметры человека, составляется его передаточная функция. Задачей исследователя является поиск некоторых констант, не зависящих от условий работы человека. Такой подход оказался малопродуктивным при анализе сложных систем, так как поведение человека осуществляется сложным, плохо формализуемым образом.
В процессе тематической проработки технических решений человеко-машинной системы должны оцениваться вклады каждой новой подсистемы в увеличение возможностей тех или иных систем человека. Речь идет об усилении его перцептивных возможностей, возможностей антиципации, памяти, внимания, принятия решения, мышления, включения в социальные системы и системы коллективного принятия решений и т. д. Необходимо учитывать синергетические эффекты, возникающие вследствие появления новых технических и психологических элементов в проектируемой системе. Особое внимание уделяется и новым способностям, которыми наделяется человек при внедрении той или иной системы. Например, в авиации сверхманевренность самолетов с изменяемым вектором тяги двигателя позволяет снять ограничения по пространственному маневру, что дает пилоту новую способность – свободно перемещаться в пространстве на низких скоростях. Введение систем обеспечения невидимости в радиолокационном диапазоне дает летчику уверенность и превосходство над противником при выполнении задач, требующих внезапного появления и ухода с поля боя. Машина усиливает возможности пилота.
Человеко-машинные системы создаются в рамках совместной деятельности коллективов, состоящих из специалистов разного профиля, включающей этапы формирования технического проекта, конструирования, создания и испытаний опытного образца, разработки технической и технологической документации, проведения государственных испытаний и внедрения в производство.
На каждом этапе решаются специфические задачи, в том числе и задачи учета человеческого фактора. Система учета особенностей человека в процессе разработки человеко-машинных комплексов называется системой эргономического обеспечения разработки и эксплуатации (СЭОРЭ). В первую очередь эта система занимается вопросами рационального учета характеристик системы «человек – машина», согласования свойств ее человеческого и машинного звеньев с целью достижения требуемого (заранее заданного) качества деятельности. СЭОРЭ планомерно использует научно-технические, производственные и социально-экономические возможности страны и международного сообщества для совершенствования эргономических качеств образцов человеко-машинных систем. Эти возможности непрерывно увеличиваются и изменяются вместе с прогрессом человеческой цивилизации.
4. Рабочие движения оператора
Любая профессиональная деятельность осуществляется в форме моторных действий руками. Эти действия представляют собой сложно координированную деятельность, в которую вовлечены практически все системы организма. Дистальные части руки не ограничены в формировании различных траекторий перемещений в пространстве. Кисть по отношению к плечевому поясу имеет семь степеней свободы, по отношению к грудной клетке – 16 степеней свободы, а по отношению к опоре (стопам) – около 30. Это обеспечивает «безграничную» свободу перемещений дистальных частей руки: они могут перемещаться по любым траекториям, словно не имеют никакой связи с туловищем.
Любое управляющее действие человека состоит из «микродвижений», корректируемых и осуществляемых под контролем центральных механизмов регуляции мозга. Действие не воспроизводится, а строится в процессе своего выполнения, поэтому его нельзя повторить в пространстве, а можно лишь создать новое действие, близкое по целям и структуре ранее выполненному.
Движения, возникающие при решении двигательной задачи, разделяют на три группы:
s рабочие или исполнительные, с помощью которых осуществляется воздействие на орган управления;
s гностические, направленные на познание объекта. К ним относятся осязательные, ощупывающие, измерительные и другие движения;
s приспособительные, состоящие из установочных, уравновешивающих и других движений.
Рабочие движения оператора осуществляются в пределах моторного поля – части рабочего места, на которой расположены органы управления.
Исполнительные рабочие движения (операции) по назначению органов управления разделяют на:
s операции включения, выключения и переключения (их основная характеристика – время реакции);
s выполнение последовательного ряда повторяющихся движений при операциях кодирования и передачи информации (их характеристики – темп и ритм движений);
s манипуляционные, связанные с дозированием движений по силовым, пространственным и временным параметрам (используются при настройке аппаратуры и точной установке управляемого объекта; основной параметр – точность дозировочных реакций);
s операции сенсомоторного слежения (заключаются в непрерывном решении задачи согласования положения управляемого объекта в пространстве с перемещающимся объектом – целью).
Большинство управляющих движений выполняется после восприятия и анализа информации в сенсомоторных системах, включающих совместную деятельность анализаторных, воспринимающих органов и исполнительных движений. Различают три типа сенсомоторных реакций:
s простая сенсомоторная реакция;
s сложная сенсомоторная реакция;
s реакция на движущийся объект в формах компенсаторного и преследующего слежения.
Простая сенсомоторная реакция заключается в ответе заранее известным способом (например, нажатием на кнопку) на внезапно появляющийся, но заранее известный сигнал.
Сложная сенсомоторная реакция включает задачу выбора. Каждому из входных сигналов соответствует определенное действие, например, нажатие тумблера. Время реакции при этом является функцией, зависящей от сложности выбора, количества поступающей оператору информации, направления и формы движений, предыдущего опыта оператора.
При проектировании систем, включающих задачи слежения, необходимо учитывать наличие ограничений в деятельности оператора, возникающих вследствие его невысокой пропускной способности и задержек в биомеханических системах. Квалифицированное управление и слежение должны использовать имеющиеся у человека механизмы предвидения и предвосхищения динамики движения объекта и поведения управляемой системы диапазоном вибрационных частот, количеством интенсивности и вида воздействия.
5. Оценка органов управления
Органы управления представляют собой элементы интерфейса (связи) в СЧМ, с помощью которых оператор передает механическую энергию или информацию технической части системы для выполнения автоматических функций управления. Организация, отбор и размещение органов управления осуществляются с учетом анатомических, антропометрических, биомеханических и физиологических характеристик человека. Учитываются и алгоритмические особенности деятельности оператора с органами управления, характер задачи, вид управления, его динамические и точностные характеристики. Деятельность оператора определяет и выбор средств управления.
Различают органы управления:
s по назначению: для ввода информации, для установки режимов;
s по характеру движений: не требующие движений включения, требующие повторяющихся, дозированных движений;
s по характеру использования – оперативные, используемые периодически или эпизодически;
s по конструктивному исполнению: кнопки, тумблеры, переключатели, штурвалы, манипуляторы;
s по значению: главные, вспомогательные.
Существующее многообразие органов управления отражено в справочной и нормативной документации, но отметим, что идеального органа управления не создано. Каждая проектировочная организация, продолжая опыт и традиции проектирования, использует свои органы управления. Например, в автомобиле это – руль, а в самолёте – ручка управления и штурвал.
6. Организация рабочего места оператора
Размещение органов управления и средств отображения информации на рабочем месте оператора в значительной мере определяет эффективность его деятельности. Отметим наиболее важные критерии, которые нужно учитывать при организации рабочего пространства:
s размеры моторного пространства;
s двигательно-физиологические предельные условия (требования к точности, скорости, силе, вращающему моменту и т.д.);
s условия взаимодействия;
s частота и значимость входной информации;
s возможности зрительной и слуховой обратной связи;
s алгоритм управления (последовательность действий);
s пространственная совместимость с технической системой или дисплеями;
s гарантия против случайных действий;
s выполнение действий сидя или стоя.
Учитывается пол оператора, так как физические и психофизиологические возможности мужчин и женщин не одинаковы.
При большом количестве приборов на панелях управления используют методы группировки, учитывая при этом частоту обращения к тем или иным приборам во время выполнения рабочего алгоритма. Часто используемые органы управления и индикации следует помещать в центральной зоне, редко – на периферии. В центральной зоне также располагают аварийные средства отображения и управления, обеспечить пространственное и функциональное соответствие между органами управления и дисплеями. Необходимо выдерживать дистанцию между определёнными типами органов управления и индикации для уменьшения явлений интерференции и перепутывания.
Динамические характеристики органов управления должны соответствовать скоростным характеристикам человека. СЧМ должна препятствовать возникновению случайных режимов работы с органами управления и индикации, ведущих к аварийным режимам. Реализуется так называемая защита от дурака.
Цветовое и эргономическое решения рабочего места не должны приводить к утомлению оператора, состояниям монотонии, гипнотическим фазам.
Литература
1. Климов Е.А. Введение в психологию труда / Е.А. Климов. – М.: 1998
2. Сергеев С.Ф. Инженерная психология и эргономика: Учебное пособие. М.: НИИ школьных технологий, 2008. – 176 с.
3. Толочек В.А. Современная психология труда: Учебное пособие. / В.А. Толочек. – СПб.: Питер, 2005
4. http://www.myword.ru
