<<
>>

Надежность работы оператора в системе «человек — машина»

Понятия о системах. Под системой понимается совокупность объектов (элементов), связанных между собой определенными отношениями и взаимодействующих таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции.

Обязательными компонентами любой системы являются составляющие ее элементы (подсистемы). Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов.

Поскольку все подсистемы и элементы, из которых состоит система, определенным образом взаиморасположены и взаимосвязаны, образуя данную систему, можно говорить о структуре системы. Структура системы — это то, что остается неизменным в системе при сохранении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой операций и т. п.

Любая система имеет, как правило, иерархическую структуру, т. е. может быть представлена в виде совокупности подсистем разного уровня, расположенных в порядке постепенности. При анализе тех или иных конкретных систем достаточно оказывается выделения некоторого определенного числа ступеней иерархии.

Системы функционируют в пространстве и времени. Процесс функционирования систем представляет собой изменение их состояния, переход из одного состояния в другое. В соответствии с этим системы подразделяются на статические и динамические.

Статическая система — это система с одним возможным состоянием.

Динамическая система — система с множеством состояний, в которой с течением времени происходит переход из состояния в состояние.

Основой системного подхода является анализ, т. е. разделение целого на составляющие элементы в противоположность синтезу, который объединяет части в сложное целое.

С позиций безопасности производственных процессов одна из задач системного метода состоит в том, чтобы увидеть, как части системы функционируют в системе во взаимодействии с другими ее частями.

Понятие о надежности работы человека при взаимодействии с техническими системами. Технические системы становятся взаимосвязанными только благодаря наличию такого основного звена, как человек. Согласно данным, примерно 20...30% отказов прямо или косвенно связаны с ошибками человека; 10... 15 % всех отказов непосредственно связаны с ошибками человека.

Ввиду этого анализ надежности реальных систем должен обязательно включать и человеческий фактор.

Надежность работы человека определяется как потребность успешного выполнения им работы или поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы.

Ошибка человека определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может явиться причиной повреждения оборудования или имущества либо нарушения нормального хода запланированных операций.

В реальных условиях в большинстве систем независимо от степени их автоматизации требуется в той или иной мере участие человека.

Можно утверждать, что там, где работает человек, появляются ошибки. Они возникают независимо от уровня подготовки, квалификации или опыта. Поэтому прогнозирование надежности оборудования без учета надежности работы человека не может дать истинной картины.

Ошибки по вине человека могут возникнуть в следующих случаях: оператор или какое-либо лицо стремится к достижению ошибочной цели; поставленная цель не может быть достигнута из-за неправильных действий оператора; оператор бездействует в тот момент, когда его участие необходимо.

Виды ошибок, допускаемых человеком на различных стадиях взаимодействия в системе «человек — машина» можно классифицировать следующим образом: Ошибки проектирования: обусловлены неудовлетворительным качеством проектирования. Например, управляющие устройства и индикаторы могут быть расположены настолько далеко друг от друга, что оператор будет испытывать затруднения при одновременном пользовании ими.

Операторские ошибки: возникают при неправильном выполнении обслуживающим персоналом установленных процедур или в тех случаях, когда правильные процедуры вообще не предусмотрены. Ошибки изготовления: имеют место на этапе производства вследствие (а) неудовлетворительного качества работы, например неправильной сварки, (б) неправильного выбора материала, (в) изготовления изделия с отклонениями от конструкторской документации. Ошибки технического обслуживания: возникают в процессе эксплуатации и обычно вызваны некачественным ремонтом

оборудования или неправильным монтажом вследствие недостаточной подготовленности обслуживающего персонала, неудовлетворительного оснащения необходимой аппаратурой и инструментами. Внесение ошибок: как правило, это ошибки, для которых трудно установить причину их возникновения, т. е. определить, возникли они по вине человека или же связаны с оборудованием. Ошибки контроля: связаны с ошибочной приемкой как годного элемента или устройства, характеристики которого выходят за пределы 160 допусков, так и с ошибочной отбраковкой годного устройства или элемента с характеристиками в пределах допусков. Ошибки обращения: возникают вследствие неудовлетворительного хранения изделий или их транспортировки с отклонением от рекомендаций изготовителя. Ошибки организации рабочего места: теснота рабочего помещения, повышенная температура, шум, недостаточная освещенность и т. п. Ошибки управления коллективом: недостаточное стимулирование специалистов, их психологическая несовместимость, не позволяющие достичь оптимального качества работы.

Свойство человека ошибаться является функцией его психологического состояния. Интенсивность ошибок во многом определяется параметрами внешней среды, в которой человек работает.

Ошибки человека можно распределить по трем уровням (рис. 21) и на каждом уровне возможно предусмотрение ошибок. Например, на уровне 1 можно предотвратить ошибки человека; на уровне 2 можно избежать нежелательных последствий ошибок, корректируя неправильное функционирование системы вследствие ошибок, внесенных по вине человека; на уровне 3

Уровень I              Уровень 2              Уровень 3

Рис.

21. Категории ошибок человека

можно исключить повторное возникновение тех или иных ситуаций, приводящих к ошибкам человека.

Зависимость эффективности работы человека от уровня нагрузок. Соотношение между качеством работы человека и действующими нагрузками (рис. 22) показывает, что зависимость частоты появления ошибок от действующих нагрузок является нелинейной. При очень низком уровне нагрузок большинство операторов работают неэффективно (так как задание кажется скучным и не вызывает интереса) и качество работы далеко от оптимального. При умеренных нагрузках качество работы оператора оказывается оптимальным, и поэтому умеренную нагрузку можно рассматривать как достаточное условие обеспечения внимательной работы человека-оператора. При дальнейшем увеличении нагрузок качество работы человека начинает ухудшаться, что объясняется, главным образом, такими видами физиологического стресса, как страх, беспокойство и т. п.

Рнс. 22. Зависимость эффективности работы (А) оператора от действующей нагрузки (Р)

Критерии оценки деятельности оператора. В общем виде деятельность человека-оператора характеризуется быстродействием и надежностью.

Критерием быстродействия является время решения задачи, т. е. время от момента реагирования оператора на поступивший сигнал до момента окончания управляющих воздействий. Обычно это время прямо пропорционально количеству преобразуемой человеком информации:

где а — скрытое время реакции, т. е. промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора, и его значения находятся в пределах 0,2.,.0,6с; b — время переработки одной единицы информации (0,15...0,35с); Н — количество перерабатываемой информации; Von — средняя скорость переработки информации (2...

4 ед/с), или пропускная способность.

Пропускная способность (V^) характеризует время, в течение которого оператор постигает смысл информации. Зависит от его психологических особенностей, типа задач, технических и эргономических особенностей систем управления.

Надежность человека-оператора определяет его способность выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы. Надежность деятельности оператора характеризует его безошибочность, готовность, восстанавливаемость, своевременность и точность.

Безошибочность оценивается вероятностью безошибочной работы, которая определяется как на уровне отдельной операции, так и в целом.

Вероятность Pj безошибочного выполнения операций /-го вида и интенсивность ошибок Xj, допущенных при этом, применительно к фазе устойчивой работы определяется на основе статистических данных:

где Nj, Comj — общее число выполняемых операций /'-го вида и допущенное при этом число ошибок; Tj — среднее время выполнения операции /-го вида.

Вероятность безошибочного выполнения всей операции в целом определяется при экспоненциальном распределении времени:

где Kj — число выполняемых операций /-го вида; г — число различных видов операций (/ = 1, г).

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения человека-оператора в работу в любой произвольный момент времени:


где Tq — время, в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию; Т — общее время работы человека-оператора.

Восстанавливаемость оператора оценивается вероятностью исправлений допущенной им ошибки;

где Рк — вероятность выдачи сигнала контрольной системой; Робн — вероятность обнаружения сигнала оператором; Ри — вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении всей операции.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий оператора оценивается вероятностью выполнения задачи в течение заданного времени:

где f(t) — функция распределения времени решения задачи оператором; t" — лимит времени, превышение которого рассматривается как ошибка.

Эта же вероятность может быть определена и по статистическим данным:

где N и NHC — общее и несвоевременное выполненное число задач.

Точность — степень отклонения измеряемого оператором количественного параметра системы от его истинного, заданного или номинального значения.

Количественно этот параметр оценивается погрешностью, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

где Аи — истинное или номинальное значение параметра; Аоп — фактическое измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Значение погрешности, превысившее допустимые пределы, является ошибкой, и ее следует учитывать при оценке надежности.

Точность оператора зависит: от характеристик сигнала, сложности задачи, условий и темпа работы, функционального состояния нервной системы, квалификации, утомляемости и других факторов.

Оценка надежности системы «человек — машина». Прежде чем приступить к рассмотрению надежности системы «человек — машина» (СЧМ), следует пояснить основные положения теории надежности технических систем, поскольку эти понятия надежности (с учетом специфических особенностей человека) применимы к данной системе.

Под надежностью системы (или ее элемента) понимают свойство выполнять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Надежность следует понимать как совокупность трех свойств: безотказности, восстанавливаемости и долговечности. Фундаментальным понятием теории надежности является понятие отказа. Под отказом понимают случайное событие, состоящее в том, что система (элемент) полностью или частично утрачивает свою работоспособность, в результате чего заданные системе (элементу) функции не выполняются.

При оценке надежности системы «человек — машина» предполагается, что отказы техники и ошибки оператора являются редкими, случайными и независимыми событиями, что появление более одного однотипного события за время работы системы от to до t0 + t практически невозможно, что способности оператора к компенсации ошибок и безошибочной работе — независимые свойства оператора.

Если компенсация ошибок оператора и отказов техники невозможна, то вероятность безотказной работы системы:

где Рт(?0, 0 — вероятность безотказной работы технических средств в течение времени (t0, t0 + t); PQ(t) — вероятность безошибочной работы оператора в течение времени t при условии, что техника работает безотказно; ?0 — общее время эксплуатации системы; t — рассматриваемый период работы.

При «мгновенной» компенсации ошибок оператора с вероятностью р вероятность безотказной работы системы:

В случае компенсации только отказов технических средств вероятность безотказной работы системы:

где PK(t0, t, 5) — условная вероятность безотказной работы системы в течение времени (f0 + t) с компенсацией последствий отказов, при условии, что в момент 5 (f0 lt; 5 lt; t0 + t) произошел отказ.

Вероятность безотказной работы системы с компенсацией ошибок оператора и отказов технических средств:

Выигрыш в надежности по вероятности безотказной работы Gp за счет компенсации ошибок и отказов характеризуется отношением:

Выигрыш надежности увеличивается с ростом р и Рк (t0, t, 5), т. е. с увеличением уровня натренированности оператора на компенсации отказов и ошибок.

Если рассматривать системы по степени непрерывности участия человека в процессе управления, то для каждого из этих типов существуют соответствующие критерии надежности. Для систем первого типа таким критерием является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания управляемого процесса в течение заданного времени t. Такое протекание процесса возможно в следующих случаях: 1) технические средства работают исправно; 2) произошел отказ технических средств, но при этом оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной ситуации; 3) оператор допустил ошибочные действия, но своевременно их исправил.

В соответствии с ранее принятыми обозначениями надежность системы «человек — машина» запишется в виде

Для СЧМ второго типа критерием надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного выполнения возникающей задачи. Задача системой может быть выполнена в том случае, если в требуемый момент времени оператор готов к поступающей информации и кроме того: 1)в течение паузы и времени решения задачи техника работала безотказно, оператор

правильно и своевременно выполнял требуемые действия, или 2) произошел отказ техники, но оператор своевременно устранил его и при решении задачи не допускал ошибок, или 3) при безотказной работе техники оператор допустил ошибку, но своевременно компенсировал ее. Расчет надежности примет вид:

где Рвос — вероятность восстановления техники.

Для систем третьего типа критерий надежности такой же, как и во втором случае. Задача системой может считаться выполненной, если: 1) в требуемый момент времени техника находится в исправном состоянии, не отказала во время выполнения задачи, действия операторов были безошибочны и своевременны; 2) не готова или отказавшая техника была своевременно восстановлена, а операторы не допустили ошибок; 3) при безотказной работе техники оператор, допустив ошибку, своевременно компенсировал ее. Расчет надежности в этом случае можно вести по формуле

где КГ — коэффициент готовности техники.

Принципы учета человеческого фактора для достижения условий безопасности при эксплуатации технических систем. Широкое и многообразное применение техники предъявляет все более высокие требования к ее соответствию человеческим возможностям. Современные человеко-машинные системы следует рассматривать как сложные автоматизированные системы, в которые наряду с контурами чисто автоматического регулирования, состоящими только из технических звеньев, включены и функционируют контуры, замыкаемые через человеческое звено. В настоящее время при создании и эксплуатации подобных систем значительно возрастает роль человеческого фактора, который может быть учтен следующими положениями безопасности. Принцип минимального рабочего усилия. Человек-оператор должен выполнять только ту работу, которая необходима, но не может быть выполнена системой. Не должно быть повторений уже сделанной работы. Принцип максимального взаимопонимания. Система должна обеспечивать полную поддержку человеку. Это выражается, во-первых, в том, что он не должен заниматься поиском информации, во-вторых, в том, что выдаваемая информация не должна

требовать интерпретации или перекодировки, что значительно может загрузить оперативную память пользователя. Принцип минимального объема оперативной памяти пользователя. От человека требуется, чтобы он запоминал как можно меньше. Это объясняется тем, что скорость переработки информации оператором и его пропускная способность существенно ограничены. На них влияет множество факторов, начиная от качества средства взаимодействия человека с техническими средствами и всей информационной моделью и кончая уровнем напряженности операторской деятельности и общим психофизиологическим состоянием человека. Например, при чтении текста человек воспринимает примерно 16 бит/с, удерживая одновременно в оперативной памяти (сознании) около 160 бит информации. От человека нельзя требовать, чтобы он изучал что-то ненужное для выполнения оперативной задачи, знакомился с терминологией, не относящейся к этой задаче, занимался вторичной обработкой полученной информации. Принцип минимального расстройства человека-операто- ра. Расстройство пользователя (имеются в виду производственные, а не иные, например психологические, причины) может возникнуть: из-за какого-то препятствия в решении поставленной задачи; из-за появления и обнаружения ошибок.

Причиной расстройства могут быть: изменение методики руководства, изменение программы, отвлечение от работы, изменение приоритета выполняемых функций или задач, аварийные ситуации и др. Система обязана быстро сообщить об ошибках и по возможности указать случаи, где они могут появиться еще. Для повышения производительности оператора путем целенаправленного поиска информации целесообразно сигнал об ошибке отображать в точке аварийной фиксации внимания. После завершения исправления ошибок система должна возвратить операцию к той точке, где она была прервана. Принцип максимальных допусков изменений в технических системах. Изменение окружающей обстановки может возникнуть за счет добавления или ликвидации различных устройств либо замены оборудования. В данном случае приобретает особую значимость возможность использования технических систем с вновь введенными элементами. Принцип максимального контроля со стороны человека- оператора. Данный принцип можно охарактеризовать следующими требованиями к функционированию человека: оператор должен иметь возможность изменить очередность обработки, выполняемой системой; оператор должен контролировать последовательность работы, и особенно там, где нет последовательно определенных операций.

Задача распределения функций между операторами и техническими средствами имеет и надежностный аспект. Эта задача определяет принципы работы технических средств, их функциональные схемы и конструкцию, оборудование рабочих мест операторов, их загрузку и режим работы, состав эксплуатационной документации, требуемое количество и качество персонала. При решении задачи распределения функций помимо основного критерия — вероятности достижения поставленных перед системой целей — необходимо учитывать и другие критерии: реализуемость, стоимость, массу, мощность, надежность, простоту технического обслуживания и т. п.

При наличии различных подходов для решения задачи распределения, таких, например, как передача по возможности всех функций человека машине или передача техническим средствам всех формализованных функций человека, можно выделить следующие общие принципы решения этой задачи. Принцип преимущественных возможностей. Состоит в передаче человеку тех функций, которые он выполняет лучше машины, а машине тех, которые она выполняет лучше человека. Этот принцип в современных условиях рекомендует параллельную работу автомата, обеспечивающего управление со всей возможной для него точностью, и человека, наблюдающего за развитием ситуации, работой автомата и корректирующего, а при необходимости перестраивающего его, проявляя при этом свои творческие возможности, направленные на повышение качества управления и безопасность окружающей среды. Принцип технической реализуемости. Предлагает нереализуемые технические функции передать человеку и дополняет предыдущий принцип. Принцип оптимальной загрузки. Рекомендует такое распределение функций, при котором оператор по темпу поступления данных не испытывал бы ни сенсорного голода (потеря активности), ни сенсорной перегрузки (пропуск сигналов). Этот принцип допускает количественное решение задачи при наличии количественных оценок потоков информации, поступивших к операторам в системе.

Принцип максимизации надежности. Показатели надежности должны реагировать как на изменение загрузки операторов и включения их в систему, так и на изменение состава и структуры технических средств, Принцип максимизации эффективности. Этот принцип применим для систем, в которых допустимо выполнение задачи с различными уровнями качества, или систем, в которых отсутствие отказов техники и операторов не гарантирует выполнение задачи. Максимизируется математическое ожидание выходного эффекта системы. Принцип максимизации стоимости. Применим для массовых систем и выражается в том, что на человека возлагается множество стереотипных механических операций, которые технически реализуются дороже, тем самым давая большой экономический эффект. Принцип гуманизации труда. В соответствии с принципом гуманизации труда в противоположность предыдущему принципу человек привлекается для выполнения творческих действий с освобождением от выполнения механических, стереотипных, тяжелых, опасных видов труда. Принцип ответственности. Имеет особое значение в системах, где на человека возлагается ряд ответственных функций, даже при наличии технических возможностей их полной автоматизации.

Система «человек — машина» в своем развитии проходит три стадии: проектирование, изготовление и эксплуатацию. Правильный и обоснованный учет человеческого фактора на каждой из этих стадий способствует достижению максимальной эффективности и безопасности.

<< | >>
Источник: Бурашников Ю. М.. Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда на предприятиях пищевых производств : Учебник. 2007

Еще по теме Надежность работы оператора в системе «человек — машина»:

  1. Баладинский В. Л., Лобанов В. А., Галанов Б. А. Машины и механизмы для подводных работ., 1979
  2. 5.4.5. Задачи и функции оператора реестра
  3. 5.4.3. Права и обязанности оператора реестра
  4. 5.1. Надежность и устойчивость банка К понятиям надежности и устойчивости банка
  5. ИГРА «ПРОФКОНСУЛЬТАЦИЯ» (для работы с группой в 3—4 человека)
  6. Критерии отбора при приеме на работу - основной фактор обеспечения прав и свобод человека и гражданина
  7. Методы надежного удаления
  8. 8.7.3. Задача «Воздействие цвета на функции органови систем человека»
  9. § 2. Надежность и валидность
  10. О надежности прогноза
  11. 1. Проблема человека в системе современного научного знания. Личность в философии, социологии и психологии.
  12. Раздел III тРудовые пРава в сИстеме пРав человека
  13. 5.2. Государственное регулирование надежной деятельности банков
  14. 1.1. Надежность, ликвидность и платежеспособность коммерческого банка
  15. Потребность в надежности и безопасности
  16. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ RFID-СИСТЕМ
  17. ? Глава 5 ВЫБОР НАДЕЖНОГО БАНКА
  18. 5.7. Пример торговой системы для работы в коридоре