CC BY
373
Для сравнения качества представления сигнала были выбраны вейвлеты МОКЬЕТ и МНАТ.
ЭКГ сигнал смешивался с нормальным шумом различной амплитуды. На основе анализа 1000 комплексов QRS для каждого уровня шума вычислены относительные погрешности. Результаты представлены табл. 1. Зависимость относительной погрешности от отношения с/ш для различных вейвлет-базисов.
Таблица 1
Базис с/ш =100 с/ш =50 с/ш =20 с/ш =10 с/ш =4
На основе QRS комплекса 0.9 % 1.1 % 1.5 % 2.0 % 8.5 %
MORLET 1.2 % 2.3 % 3.6 % 6.7 % 18.3 %
MHAT 1.6 % 3.1 % 4.9 % 7.8 % 22.5 %
Полученные значения погрешностей представления ЭКГ хорошо характеризует устойчивость применяемого метода к шумам различной амплитуды. Видно, что применение базисов на основе усредненного комплекса позволяет значительно снизить погрешность, вызываемую внешними артефактами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Новиков Л.В. Адаптивный вейвлет-анализ сигналов. Научное приборостроение, 1999. Т.9. - №2.
2. www.wavelet.org
3. Дремин И. М., Иванов О. В. Вейвлеты и их применение // Успехи физических наук. - 2001. - №5. - С. 465-501.
4. Torrence C., Combo G.P. A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bulletin of the American Meteorological Society, 1998. - № 1. Vol. 79. Р. 61-78.
Е.С. Семенистая, О.Н. Подопрыголова, Н.С. Семунина
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА
Зарождение направления по изучению, оценке и обеспечению надежности деятельности человека-оператора во многом связано с ростом техни -ческого прогресса в обществе и сопровождающими его неблагоприятными последствиями в виде ошибочных действий и отказов техники, аварий, профессионального травматизма.
Содержание и направления развития этой проблемы определялись достижениями в области психологии, физиологии труда, инженерной психологии, эргономики, авариологии и других научных дисциплин.
Основным предметом исследований в этой области явилась проблема ошибок человека в процессе деятельности, их причин, проявлений и последствий.
Понятие «надежность» возникло как одна из основных характеристик технических средств деятельности. Объективными причинами постановки проблемы надежности явился непрерывный рост сложности технических средств, повышение ответственности функций, выполняемых ими и их отдельными элементами, расширение диапазона и одновременное усложнение условий их эксплуатации.
В наиболее общем виде надежность обычно определяют как вероят -ность успешного выполнения задания [1].
В технике под надежностью понимают свойства объекта сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях. Понятие надежности технических средств входит в категорию «качества», так же как определение надежности человека-оператора в понятие «совокупное профессиональное качество».
Надежность как качество является свойством системы (или ее составных частей), которые определяются через категорию состояний, а состояние оценивается по тому, насколько в данный момент времени человек-оператор или система управления удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним [2].
В количественном определении надежность есть вероятность того, что система или ее элемент будут выполнять требуемые функции удовлетворительно в течение заданного времени и в заданных условиях [2]. Включение человека в работу систем управления в качестве его регулирующего контура определяет зависимость эффективности и качества функционирования системы от своевременности, точности и безошибочности выполнения человеком-оператором возложенных на него функций в заданных условиях деятельности.
Надежность системы «человек-машина» (СЧМ) отражает значения данного показателя у человека-оператора и технических средств этой системы, но не является простым их произведением, так как взаимодействие компонентов системы порождает ее новые качества и свойства.
Именно поэтому при анализе надежности системы «человек-машина» ряд авторов рекомендует оценивать следующие свойства системы :
• безотказность технических средств;
• восстанавливаемость их работоспособности ;
• безошибочность управления;
• готовность оператора к выполнению работ;
• биологическую надежность оператора [3,4,5].
Возникнув первоначально как теоретическая концепция инженернопсихологических исследований, методический подход с позиций человеческого фактора в дальнейшем трансформируется в методологию анализа причин аварийности в более широком понимании, а именно с учетом недостатков не только в средствах деятельности, но и в условиях, содержа-
нии и организации операторской деятельности. Такой подход позволил отойти от отождествления ошибки человека-оператора с его виной в снижении надежности функционирования СЧМ. Результаты анализа причин ошибочных действий с позиций концепции о человеческом факторе ориентируют на предупреждение закономерной ошибки, которая не зависит от индивидуальных особенностей конкретной личности, а является заложенной в конструкции техники, в неблагоприятных условиях и неудовлетворительной организации деятельности.
Таким образом, первый принцип методологического подхода к изучению причин аварийности заключается в том, что причиной ошибочных действий могут являться как технический компонент СЧМ, так и неблагоприятные условия организации рабочего места человека-оператора.
Разделение понятий личный и человеческий фактор отражает более выраженную направленность на гуманизацию труда человека-оператора, так как в большей степени заостряет внимание на необходимости приспособления техники к возможностям человека. Вместе с тем такое разделение понимается исключительно как методологический принцип проведения анализа ошибочных действий. Каждое конкретное ошибочное действие, как правило, является следствием ряда причин, относящихся как к личному, так и к человеческому факторам. Поэтому вторым основным принципом современного методического подхода к изучению причин аварийности является системный анализ ошибочных действий с координированных позиций как личного, так и человеческого факторов. При этом имеет место существенная взаимосвязь составляющих этих факторов не только для изучения причин ошибочных действий, но и для компенсации одних неблагоприятных явлений за счет положительного влияния на надежность деятельности других.
В ходе развития инженерной психологии и общей теории надежности был разработан целый ряд количественных методов оценки надежности. Основными из них являются обобщенный структурный, системный, операционно-психофизиологический и системотехнический методы.
1. Обобщенный структурный метод (А.И.Губинский и
В.Г.Ефграфов [6])
Деятельность оператора разлагается на иерархический ряд уровней, каждый из которых представляется в виде определенной структуры: оперативный уровень (является высшим) - отражает структуру взаимодействия решаемых задач; уровень отдельной задачи; уровень блока операций; уровень оперативных единиц деятельности.
2. Системный метод (Ю.Г.Фокин [7])
Основан на использовании восьми направлений анализа и оценки надежности СЧМ: аппаратурной безотказности применяемых средств; полной аппаратной безотказности; восстанавливающего оператора; обслуживающего оператора; подготавливающего оператора; управляющего опера -тора; дежурного оператора; биологически надежного оператора.
3. Операционно-психофизиологический метод (Г.М.Зараковский
[8]).
В основе этого метода лежит расчленение деятельности оператора на отдельные действия, для которых известны исходные значения времени и точности их выполнения, а также значения психофизиологической напряженности. На основании этого осуществляется синтез структуры деятельности и получение интегральных характеристик надежности СЧМ. При этом учитываются закономерности изменения характеристик в различных условиях деятельности и интеграции отдельных действий в единый процесс. Предлагается перечень и цифровые значения исходных показателей надежности типовых действий человека, которые входят в состав любого вида деятельности.
4. Системотехнический метод (Г.Г.Маньшин) [9]
При использовании системотехнического метода вводят четыре типа условных СЧМ: с некомпенсируемыми ошибками операторов и отказами техники; с компенсацией ошибок операторов; с компенсацией последствий отказов технических средств; с компенсацией ошибок операторов и последствий отказов техники. Для каждого типа СЧМ определены условия, приводящие к отказу системы. На основании этого получены расчетные формулы для определения надежности СЧМ.
Одним из основных направлений изучения надежности человека-оператора является изучение роли физиологических и психических реакций и состояний организма здорового человека в обеспечении эффективной и надежной работы. Методы этого направления позволяют параллельно проводить качественный и количественный анализ динамики деятельности. Качественный анализ направлен на раскрытие сущности психической регуляции, в частности регистрируются внешние проявления деятельности, форма и содержание речевых сообщений оператора, объяснение происходящих событий с точки зрения оператора, что позволяет судить о характере и причинах возникающих проблемных ситуациях в ходе операторской деятельности. Количественный анализ позволяет на основе физиологических показателей достоверно интерпретировать данные, полученные при использовании качественного метода оценки надёжности деятельности человека-оператора. Для этих целей используются оценки разных психофизиологический показателей (ЭЭГ, ЭОГ, КГР, ЧСС и др.), а также данные психологического тестирования и субъективного шкалирования.
Все перечисленные подходы и методы анализа надежности человека-оператора нашли отражение при построении человеко-машинных систем, а также интеллектуальных информационных систем сопровождения и анализа деятельности оператора. По результатам анализа систем предназначенных для контроля за психофизиологическим состоянием человека-оператора, выделяют следующие типы комплексов контроля психофизиологического состояния человека-оператора [7,10]:
• автономный комплекс на базе персонального компьютера обеспечивающий обследование персонала с использованием следующих методик: САН (самочувствие, активность, настроение), тест Спилбергера-Ханина
(личностная и ситуативная тревожность), методика многостороннего исследования личности, тесты Кеттела, Ровена, эмоциональной напряженности, простой и сложной сенсомоторной реакции, реакции на движущийся объект, оценки внимания, поиск закономерностей, ассоциативный эксперимент с возможностью одновременной регистрации сердечного ритма. Предназначен для углубленного психофизиологического обследования всех категорий оперативного персонала и реализации различных дисплейных вариантов диагностических моделей поведения человека-оператора;
• стационарный комплекс оперативного физиологического контроля, работающий в составе локальной вычислительной сети и позволяющий регистрировать электрокардиограмму, частоту дыхания, а также выборочно электроэнцефалограмму, электроокулограмму и актограмму. Предназначен для постоянного контроля за психофизиологическим состоянием операторов, работа которых связана с повышенным уровнем ответственности (в экспериментальных и реальных условиях), а также для полиграфического анализа ночного сна в условиях длительной автономной деятельности операторов;
• автономный комплекс на базе персонального компьютера, позволяющий осуществлять по телеметрическим каналам регистрацию сердечного ритма и времени простой зрительно-моторной реакции одновременно у 3 человек. Предназначен для контроля за психофизиологическим состоянием операторов-обходчиков;
• автономный комплекс на базе персонального компьютера, позволяющий регистрировать с помощью стабилоплощадки, на которой расположено кресло оператора, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и уровень двигательной активности. Предназначен для контроля за физиологическими показателями у операторов, принимающих решения;
• автономный комплекс на базе персонального компьютера, позволяющий осуществлять одновременно у 8 человек регистрацию простой зрительно-моторной реакции и сердечного ритма, а также тестирование с использованием методики мини-мульт и теста Спилбергера-Ханина;
• 8-канальная телеметрическая система для контроля за состоянием операторов, работающих в СИЗ, по показателям частоты сердечного ритма и речевых сообщений;
• 8-канальная система функционального контроля и реабилитации, основанная на принципах обратной биологической связи;
• пакеты прикладных программ контроля за психофизиологическим состоянием человека-оператора позволяют проводить различные виды контролирующих процедур с применением разработанной автоматизированной техники.
В ходе исследований в рамках программы «Эксперимент-2000» был разработана и апробирована информационная система на основе персонального компьютера, телеметрического аппаратного комплекса съема пяти отведений ЭКГ и специализированного программного обеспечения. Программное обеспечение представляет собой совокупность модулей съе -ма ЭКГ, анализа получаемого сигнала, визуализации ЭКГ, а также специа-
лизированной среды оценки надежности на основе цветовых таблиц Шульте-Горбова.
В качестве специализированной среды оценки надежности деятельности человека-оператора на основе таблиц Шульте-Горбова применяется программный продукт «Цифровые таблицы». При запуске данной программы необходимо задать параметры эксперимента, а именно: размер таблицы и количество цветов и продолжительность эксперимента. Соответствующее окно программы представлено на рис. 1.
Рис. 1. Окно программ «Цифровые таблицы»
Рабочее окно программы представлено на рис. 2. В центре рабочего окна располагается цветовая таблица, в правом верхнем углу отображается общая продолжительность эксперимента, а также время, прошедшее с момента его начала. В левом верхнем углу рабочего окна программы расположены «подсказки», т. е. указаны максимально допустимое число для данной серии экспериментов, а также направления по цветам.
Для более полной оценки деятельности человека-оператора проводились различные серии экспериментов при различных параметрах самих цветовых таблиц, а также при наличии либо отсутствии помех. Помеха представляет собой динамичное изображение, которое проецируется поверх цветовой таблицы, затрудняя тем самым ее восприятие.
Мах 32
Направление
18 29 4 28 15 20 31 32
23 10 30 7 22 17 5 20
12 7 21 18 11 17 13 24
25 14 8 3 8 3 15 30
5 6 21 6 10 16 24 1
26 32 1 12 28 9 19 2
26 11 27 27 25 31 16 19
4 29 14 23 9 13 22 2
ЩЦ
іремя эксперимента 5:0 -0:1
Пуск| ^ [¡0 (Й ” 1|Г] слайды доработанные ... | [рР] Презентация!_____________11 83 Цифровые таблицы
Ольга Пена
Рис. 2. Рабочее окно программы «Цифровые таблицы»
Изображение помехи, используемой при проведении эксперимента, приведено на рис. 3.
Рис. 3. Помеха
Эксперименты проводились с группами здоровых молодых людей в возрасте до 20 лет. Каждый из экспериментов проводился по возможности при одинаковом состоянии (примерно в одно и то же время и в том же помещении). Перед проведением экспериментов участники заполняли специальные анкеты-опросники, для фиксации их психоэмоционального статуса. В результате проведения серии экспериментов, были собраны и проанализированы некоторые статистические сведения. Обобщенная статистика эксперимента приведена в табл. 1.
Таблица 1
Статистика эксперимента
Порядковый Количесво Продолжительность Количество Количество
номер эксперимента рядов эксперимента пройденных таблиц допущенных ошибок
Размер цветовой таблицы 5х5 без помех
1 2 1 час 68 129
2 2 1 час 88 40
3 2 1 час 42 44
4 2 1 час 70 40
Размер цветовой таблицы 5х5 с помехой
5 2 5 минут 8 3
6 2 20 минут 6 32
7 2 20 минут 30 24
8 2 30 минут 24 71
Размер цветовой таблицы 8х8 без помех
9 2 1 час 11 150
10 2 30 минут 5 33
11 2 30 5 14
12 2 1 час 16 20
Размер цветовой таблицы 8х8 с помехой
13 2 1 час 7 101
14 2 40 минут 5 10
15 2 1 час 11 57
16 2 45 7 107
Из эксперимента видно, что на относительную частоту ошибок влияет как продолжительность, так и наличие помех, причем продолжительность для разных участников влияет по-разному. Очевидно, это зависит как от особенностей испытуемого, так и от его психоэмоционального со -стояния. При наличии помех в данных экспериментах индивидуальные различия сглаживаются. Отсюда можно сделать вывод, что для подготовки операторов с предполагаемой деятельностью в условиях сильных помех можно воспользоваться одной методикой, общей для всех. Для повышения уровня деятельности каждого оператора, без помех очевидно необходимы методики, учитывающие его индивидуальные особенности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зинченко Т.П. Оценка эффективности кодирования информации / Эргономика. Принципы и рекомендации. Вып. 4. М.: ВНИИТЭ, 1972. С. 27-34.
2. Ломов Б.Ф. Деятельность оператора в системе «человек—машина» / Основы инженерной психологии. Под ред. Б.Ф. Ломова. М.: Высшая школа. 1986. С. 169-196.
3. Котик М.А., Емельянов А.М. Природа ошибок человека-оператора. М.: Транспорт, 1993. 252 с.
4. Крылов А.А. Человек в автоматизированных системах управления. Л.: ЛГУ, 1972. 192 с.
5. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Медицина, 1979. 298 с.
6. Губинский А.И., Евграфов В.Г. Эргономическое проектирование судовых систем управления. Л.: Судостроение, 1977. 224 с.
7. Фокин Ю.Г. Надежность при эксплуатации технических средств. М.: Воен-издат, 1970. 224 с.
8. Зараковский Г.М., Медведев В.И. Классификация ошибок оператора // Техническая эстетика. 1971. № 10. С. 49-50.
9. Маньшин Г.Г. Управление режимами профилактики сложных систем. Минск, 1976. 256 с.
