CC BY
22
Review of graduation methods of measuring systems taking into ergonomics requirements
Zhambalova S. (Russian Federation) Анализ методов градуировки измерительных систем с учетом юзабельных
требований Жамбалова С. Ц. (Российская Федерация)
Жамбалова Сарюна Цыренжаповна / Zhambalova Sariuna - аспирант, кафедра электронных систем, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассмотрены способы повышения точности психофизиологического восприятия оператора, который регистрирует технологические процессы. Средства измерений должны обеспечивать легкое и однозначное восприятие динамично изменяющейся информации оператором, для того чтобы увеличить оперативность оператора и уменьшить человеческий фактор. Улучшая юзабилительные качества, мы сможем снизить умственные и физические усилия и напряжения оператора. Abstract: there are ways to improve the accuracy of psycho-physiological perception by operator, who registers technological processes. Measuring instruments have to provide easy and unambiguous perceptions of dynamically changing information with the operator to increase operators efficiency and to reduce a human factor. Improving usability qualities, we will be able to reduce intellectual andphysical efforts and the operator's tension.
Ключевые слова: средства отображения информации, эргономические требования, градуировочная шкала, юзабилити.
Keywords: information display, ergonomic requirements, calibration scale, usability.
В современных условиях качество сырья становится важнейшим фактором конкурентной борьбы среди промышленных организаций. Повышение требований к качеству сырья во многих случаях проявляется в виде ужесточения требований к допускам на контролируемые параметры продукта. Для оценки качества сырья необходима достоверная информация о его измеренных параметрах и характеристиках. Основу любых измерительных действий составляют средства измерения. Они же, в свою очередь, являются составляющими информационно-измерительных и автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Использование измерительных устройств давно стало неотъемлемой частью промышленного технологического процесса. Средства измерений должны обеспечивать легкое и однозначное восприятия информации оператором. Следует учитывать эргономические требования для снижения умственных и физических усилий и напряжения оператора. Не нужно забывать про психофизиологическую совместимость, а именно, реакцию человека на форму, частотный диапазон подаваемых сигналов и многое другое.
Отображение информации современных средств измерений является свойством системы воспроизводить измеряемую информацию в удобной для восприятия оператора форме. Как правило, человек воспринимает более 80 % информации с помощью зрительных органов. При отображении информации используют различные визуальные элементы. Основная задача для современных средств отображения информации - это предъявление оператору данных, характеризующих параметры или состояние объекта управления. Данные, показания предъявляются оператору в количественной и качественной формах, а также в графической форме [1].
В тяжелой промышленности часто сталкиваются с быстроизменяющимися процессами. К сожалению, измерительные устройства для быстроменяющихся процессов не обладают достаточно высокой точностью измерения, существуют проблемы измерения быстро протекающих процессов. Наблюдается разброс градуировочной характеристики из-за быстро меняющегося потока. Погрешность измерения велика, т. к. между исследуемым процессом и моментом наблюдения этого процесса на экране проходит определенный промежуток времени. Перед операторами стоит задача обеспечения точной достоверной считываемой измерительной информации [3].
Такая научно-прикладная дисциплина, как юзабилити, поможет повысить эффективность работы оператора (пользователя), а не человеко-машинной системы в целом. Юзабилити технологии помогут спроектировать визуальную рабочую зону (дисплей) таким образом, что оператор будет считывать отображаемые информационные потоки с максимальной точностью [6].
При выполнении измерения величин невозможно учесть абсолютно все факторы, участвующие в процедуре измерения, на данном фоне результат измерения получается случайным. В связи с этим, для того чтобы получить максимально точный результат, при математическом моделировании используют теорию вероятностей. Математическая статистика используется для адекватности описания реальных случайных процессов и явлений. Реальная измерительная процедура всегда будет отлична от теоретической модели. Во время процедуры измерения на результат влияет ряд факторов, под влиянием которых точный контроль и учет невозможны. Ниже рассмотрим некоторые из них. Одним из таких факторов является наличие скрытого дефекта у средств измерений. К примеру, не стопроцентное соответствие нанесенных отметок на шкалах, соответствующих измеряемым величинам. Особое внимание следует уделить быстропеременным
процессам. Средства измерений не успевают достаточно точно отслеживать и фиксировать изменения входного сигнала, что приводит к искажению выходного сигнала. Очень важную роль играет психофизическое состояние оператора, выполняющего измерение. Психофизическое состояние оператора определяется восприятием измерительной информации. Восприятием называется процесс, который протекает в нервной системе оператора, с помощью восприятия оператор собирает информацию об окружающей среде. Восприятие относится к динамическим процессам, и из-за того, что оно зависит не только от свойств сигнала, то присутствует возможность искажения, недостоверности информации. На психофизическое состояние оператора влияют слух оператора, острота зрения, сосредоточенность, уравновешенность, внимательность, самочувствие и т. д. Данный фактор относится к факторам, влияющим на процедуру в процессе измерения, следовательно, мы можем лишь скомпенсировать его [4, 5].
У всех средств измерений шкалы изначально проградуированы, поэтому массив экспериментальных данных всегда подчиняется некоему закону распределения вероятностей. Как нам известно, измерительные приборы для быстропротекающих процессов бывают двух видов: аналоговые и цифровые. Массив данных у цифровых средств измерений подчиняется дискретному закону распределения, поэтому распределение вероятностей и функция эмпирического распределения вероятностей обеспечивают достаточно полную картину [4, 5]. Массив экспериментальных данных у аналоговых средств измерений подчиняется непрерывному закону распределения вероятностей. В данном случае измерительная информация извлекается из плотности вероятности данных. Плотность распределения вероятности, представленная в виде гистограммы, массив данных, функция распределения вероятности описывают полную картину для аналоговых средств измерений.
Градуировка используется как средство для повышения точности средств измерений быстроменяющихся процессов и не только. Градуировкой средств измерений принято считать нанесение отметок на градуировочную шкалу, отметки должны соответствовать показаниям образцового средства измерения или же это - процесс определения уточненных значений измеряемой величины по показаниям градуировочной характеристики. Также градуировкой называется экспериментальное или расчетное установление градуировочной характеристики. Градуировочная характеристика может быть выражена в виде формулы (см. уравнение 1) или графика (градуировочная функция, градуировочный график):
X = Щ) = а0 + + а^2 +... + ат<2т , (1)
где Q - это результат измерений, т- количество измерений, ат - коэффициенты уравнения.
X а
Рис. 1. Построение линейной градуировочной характеристики Проанализировав существующие методы градуировки средств измерений, хотелось бы остановиться на автоматизированной методике градуировки измерительных приборов по набору стандартных образцов [2]. Согласно данному методу, решаются следующие задачи: расчет градуировочных функций, анализ и выбор оптимальной градуировочной модели. К сожалению, данная методика не подходит для всех случаев изучения случайных быстроизменяющихся потоков, т. к. данный метод работает лишь при имеющихся базовых моделях или расчетных модифицированных моделях, полученных при интервальной градуировке.
При градуировке приборов, определяющих параметры быстро протекающих технологических процессов, целесообразнее применить индивидуальную градуировку. Данный способ используется при систематических составляющих погрешности средств измерений. Систематическая погрешность может быть снижена, если внести в результаты измерений поправки, полученные при индивидуальной градуировке. Систематическая погрешность многих средств измерений изменяется в течение небольших интервалов времени. Это необходимо учитывать при применении индивидуальной градуировки средств измерений. Индивидуальная градуировка шкал используется при нелинейных статических характеристиках
прибора или близких к линейной характеристике, но при этом изменения систематической погрешности меняются случайным образом на различных приборах [2].
Чаще всего быстроизменяющиеся процессы имеют нелинейные градуировочные характеристики. Для явно выраженных нелинейных градуировочных характеристик прибегают к разбивке диапазона измерений на участки, в которых вид зависимости может быть принят линейным. Существующие влияющие факторы и нестабильность работы средств измерений могут привести к возникновению случайных и систематических отклонений действительной градуировочной зависимости от экспериментально установленной.
Обобщая вышесказанное, отметим, что из множества вариантов разновидностей градуировки приборов очень важно выбрать наиболее подходящий метод для регистрации быстроизменяющихся процессов, который будет отображать измеренные результаты, наиболее близкие к действительности. Индивидуальная градуировка средств измерения чаще всего применяется для быстроизменяющихся технологических процессов. Стоит отметить, что очень важно соблюдать эргономические требования при разработке измерительных средств, это позволяет оператору максимально точно воспринимать измеряемую информацию, что, в свою очередь, повышает качество технологического процесса.
Литература
1. Бушмелева К. И., Яценко Е. А. Автоматизированная методика градуировки измерительных приборов по набору стандартных образцов. Труды Международного симпозиума. «Надежность и качество». Пенза: № 2, 2010.
2. Полякова О. В. Методы и способы повышения точности измерений. Главный метролог. М.: № 2, 2011 -52-58 с.
3. Бадекин С., Дегтяров Е., Критенко М. Средства отображения информации. М.: Электроника: Наука, Технология, Бизнес 5/2001 - 42-43 а
4. Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология, Часть 1. - Санкт-Петербург: Питер, 2010 - 192 с.
5. Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология, Часть 2. - Санкт-Петербург: Питер, 2010 - 192 с.
6. Ландауэр Т. К. Методы исследования взаимодействия человека с компьютером. / ТК Ландауэр // Справочник по человеко-компьютерного взаимодействия. / М. Хеландер (Ed.). Амстердам: Северная Голландия, 1988. 534-568 с.
