CC BY
112
УДК 62.50.23:517.8
СКЛАДАННЯ АЛГОРИТМУ РАЦ1ОНАЛЬНО1 РОБОТИ ОПЕРАТОРА ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ
Ю.С. Овчаренко, доцент, к. т.н., С.К. Жарко, студент, ХНАДУ
Анотащя. Наведено обтрунтування складання алгоритму дгяльностг ергатично'1 сис-теми.
Ключов1 слова: оператор, проблемно ор1ентована ергатична система «оператор— транспортний засгб-середовище застосування», алгоритм дгяльностг, концептуаль-т моделг, машинне забезпечення.
Вступ
Системи оцшювання проблемно орiентованоl ер-гатично1 системи «оператор-транспортний зааб-середовище застосування» (О-ТЗ-СЗ) е системами з пбридним iнтелектом, в яких для формування та прийняття рiшень притягуеться як експертна шформащя, що одержуеться ввд досввдчених фа-хiвцiв з будування та експлуатаци транспортних засобiв (ТЗ), психологи, педагопки i т. ш., так i методами чисельних та аналггачних розрахунк1в.
Аналiз публiкацiй
У працях [1] показано, що застосування функцю-нально-модульно! оргашзацп алгоритмiчного i програмного забезпечення при побудовi систем об'ективного оцшювання дiяльностi операторiв дозволяе iстотно полiпшити характеристики системи оцшювання керованосп, зменшуючи вимоги до пам'яп i швидкоди обчислювальних засобiв та збiльшуючи гнучк1сть шформацшно1 системи, яку одержуемо при цьому.
Теорiя i алгоритми оцiнювання стану машинное' частини ергатично1 системи в наш час достатньо добре розроблеш i опублiкованi в роботах [2, 3, 4, 5] що дозволяе в рамках нашого дослщження ра-хувати алгоритмiчне наповнення системи оцшю-вання стану машинно1 частини вiдомим.
Мета та постановка задачi
Достовiрнiсть шформацп на виходi системи про-гнозування стану i обгрунтованiсть рекомендацiй, що одержуються ввд системи рацiональних рь шень [6], визначаеться як змютом баз даних про ТЗ та математичш моделi процесiв, що вщбува-ються в ТЗ та зовшшньому середовищi, так i точ-шстю i достовiрнiстю шформацп, яка надходить з виходiв системи збору шформацп. Об'ем шфор-
мацп, одержуваний за допомогою системи вимь рювання даних, повнютю визначаеться потребами системи ощнювання i системи прогнозування стану, причому повнота перелiку вимiрюваних i оброблюваних системою попередньо1 обробки даних може бути перевiрена методами аналiзу зв'язносп, виходячи з потреб системи оцшювання стану, системи прогнозування змши стану, системи розробки рекомендацiй та системи прийняття ршення.
Проблемно орiентована ергатична система О-ТЗ-СЗ мае ряд специфiчних особливостей, що дозво-ляють вiднести И до найскладшших ергатичних систем, тому однозначну, жорстку схему оргашзацп алгоршшчного забезпечення оцiнювання проблемно орiентованоl ергатично1 системи фш-сувати недоцiльно.
Метою дослвджень е формулювання основного принципу алгорштшчно1 оргашзацп при побудовi систем шформацшно1 пвдтримки керування станом проблемно орiентованоl ергатично1 системи: алгорштшчне i програмне забезпечення ощню-вання системи повинне мати функцюнально-модульну органiзацiю, вiдповiдно до яко1 алгоритми i програми групуються в модулi за функцю-нальною ознакою (тобто в модулi рiшення окре-мих прикладних задач).
Синтез структури i функцш алгоритмiчного забезпечення системи
Розглянемо алгоритм перетворення шформацп оператором у виглядi мережа: «виявлення ^ роз-пiзнавання ^ iдентифiкацiя ^ рiшення щодо си-туацп ^ рiшення щодо методу ^ вибiр ди ^ сама дiя». Виявляеться, що логiчнi обмiркованi ди вже розпочинаються на етат розпiзнавання та щентифжацп i здшснюються операторами аж до етапу вибору ди. Але до теперiшнього часу хара-
ктеристики мозково! дiяльностi операторiв проблемно орieнтованих ергатичних систем О-ТЗ-СЗ вивчеш недостатньо повно, i зачасту носять супе-речний характер. Тому для одержання позитивного результату цшьового завдання звернемо увагу на питання оргашзаци та рацiональностi процесу цшьово! дiяльностi оператора.
Стверджуемо, що застосування принципу функ-цюнально-модульно! оргашзаци дозволяе видши-ти так1 алгоритмiчнi модулi оцiнювання проблемно орiентовано! ергатично! системи ББМ:
- алгоритми попередньо! обробки даних;
- алгоритми ощнювання стану;
- алгоритми прогнозування змши стану;
- алгоритми розробки рекомендацш для прийнят-тя рiшення;
- алгоритми бази даних про стан;
- алгоритми бази знань моделей.
Головною складовою шформацшно! пiдтримки керування станом проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ е система оцшювання стану, яка складаеться з двох окремих систем -системи ощнювання стану ТЗ та системи ощнювання стану зовшшнього середовища дiяльностi. Вхщною шформащею для них служать данi, що одержанi ввд датчиков, вимiрювальних систем та комплексiв i так1, що пройшли через систему попередньо! обробки шформаци проблемно орiен-товано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ.
Отже, ввд якостi iнформацi! на виходi системи попередньо! обробки напряму залежить як1сть виходiв системи ощнювання стану ТЗ та системи ощнювання стану зовшшнього середовища дiя-льносп, тому спочатку розглянемо структуру та функци системи попередньо! обробки шформаци ергатично! системи О-ТЗ-СЗ.
Розробка структури та алгоритмiв дiяльностi операторiв
Розробку структури та алгоритмiв дiяльностi оператора проводимо водночас з розробкою машинно! частини проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ. Структура та алгоритм дiяль-носп повиннi забезпечувати виршення оператором передбачених завдань функщонально! дiяль-ностi особливо в умовах виконання цiльових конкретних завдань.
Розробку структури та алгоршшв дiяльностi оператора здшснюемо на основi рацiонального роз-подшення функцiй людина-машина таким чином:
- складаемо перелiк операцiй та дш для включен-ня в алгоритм дiяльностi оператора;
- визначаемо послвдовшсть виконання операцiй та дiй;
- проводимо опис психолопчного та психофiзiо-логiчного змiсту операцiй та дш операторiв за умови реалiзацi! алгоршшв в типовому та най-бшьш критичному варiантах вирiшення цiльових конкретних завдань;
- складаемо схему просторово-часово! реалiзацi! алгорштшв;
- розраховуемо узагальненi показники алгоритму дiяльностi (типово! напруженостi, коефiцiента часового завантаження, логiчно! складностi та стереотипносп);
- складаемо хронодiаграми реалiзацi! алгоршшв;
- проводимо вибiр к1льк1сних показнишв якостi виконання операцiй та дш;
- проводимо вибiр вихiдних значень для розраху-нку показник1в якосп виконання операцiй та дiй;
- визначаемо яшсть виконання операцiй, дш та алгоритмiв в цiлому;
- проводимо оцшку варiанта алгоритму та структури дiяльностi i надаемо пропозицi! щодо !х до-опрацювання.
Структуру та алгоритми дiяльностi оператора грунтуемо на уявленш процесiв iнформацiйного обм^ мiж оператором i машинною частиною проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ у виглядi iерархiчних функщональних схем, на основi аналiзу та опису дiяльностi опера-торiв на технолопчному та психофiзiологiчному рiвнях. Описуемо дiяльнiсть оператора на техно-лопчному рiвнi та видiляемо багатокритерiальнi завдання, як базуються на вирiшеннi локальних завдань i ведуть до виршення цiльових конкрет-них завдань.
У деяких випадках технологична операцiя спiвпа-дае з комплексними дiями оператора, а завдання и опису заключаеться в складаннi перелiку операцiй та подання !х зв'язк1в мiж собою в процеа вирi-шення завдань цiльово! конкретно! дiяльностi.
В ходi проведення психофiзiологiчного аналiзу, процес дiяльностi оператора подаемо у виглядi сукупностi взаемопов'язаних локальних операцш, як1 складаються з локальних дш та логiчних умов. Завдання виявлення локальних дiй та лопчних умов зведемо до виявлення сшвввдносин мiж зов-нiшньою (по вщношенню до оператора) iнформа-цiйною моделлю та внутрiшньою концептуальною моделлю.
Практичне виршення цього завдання пов'язане з застосуванням типових дiй, якi приводять до фо-рмування одно! керуючо! дп, наприклад, пере-ключення тумблера, речова команда, або одер-жання сигналу, який фiгуруе в процесi прийняття ршення як одна логiчна умова. Шзнавальш та виконавчi дi! оператора е адекватними постiйнiй та оперативнiй концептуальним моделям оператора, що спираються на високий рiвень його на-вичок в реалiзацi! керуючих впливiв [7]. За умови адекватностi постшно! i оперативно! концептуа-
льних моделей та щеальному виконаннi оператором керуючих впливiв, рацiональне та фактичне функцiонування проблемно орiентовано! ергатично! системи будуть спiвпадати.
Якщо постiйна концептуальна модель не буде ствпадати з оперативною концептуальною мо-деллю, то й рацiональне i фактичне функщону-вання проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ теж не будуть сшвпадати. Постiйнi концептуальш моделi операторiв являються нас-лщком професiйного навчання оператора та на-буваються з досввдом практично! роботи. Оперативна концептуальна модель формуеться в ходi пiзнавальних дiй оператора сприйняттям на осно-вi аналiзу порiвняння сигналiв керування з ета-лонними; iнформацiйним пошуком, що склада-еться з послвдовних дiй сприйняття та обробки сигналу до моменту вдентифжаци сигналу; при-йняття ршення. Вона формуеться в ходi вико-нання цiльових конкретних завдань, спираючись на постiйну концептуальну модель. Набуття по-стiйних концептуальних моделей здшснюеться оператором в процесi навчання i тренувань та в ходi тдготовки матерiально! частини до вико-нання цiльових конкретних завдань.
Результати психолопчного та психофiзюлоriчно-го аналiзу дiяльностi застосовуемо для визначен-ня шльшсних показник1в дiяльностi проблемно орiентованоl ергатично! системи О-ТЗ-СЗ, тому що вони дозволяють враховувати можливють ш-теграци операторiв в ходi бойово! дiяльностi.
Процесуальний характер структури виконання цшьово! конкретно! дiяльностi в умовах обмеже-ного простору найбiльш адекватно опишемо за допомогою складання логiчних схем алгоритма виконання завдань. Це дозволить наочно уявити лопчну операцiю змюту iнформацiйно! моделi та виконавчих дш оператора. За рахунок розробки алгоритму вирiшуемо ергономiчнi питання в ходi проектування проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ (особливо це важливо при про-ектуваннi засобiв ввдображення шформаци та ор-ганiв керування). Визначення можливостi штег-рацi! оператора в ходi виконання цiльових конкретних завдань дозволяе:
- виявити мiнiмально необхвдний склад шформа-цiйно! моделi, структуру виконавчих дш оператора та структуру необхщного машинного забезпе-чення цих дiй;
- визначити склад машинного забезпечення виконання цшьових конкретних завдань та послвдо-вшсть i логiку дiй оператора;
- форматзувати структуру виконавчих дiй оператора та виявити слабш мюця структури виконан-ня алгоритму.
Реалiзацiя цiе! тенденци пов'язана зi змiною структури ввдносин в проблемно орiентованiй ергатичнiй системi шляхом насичення простору
життезабезпечення оператора шдтримуючими його цiльову конкретну роботу машинними шд-системами керування i забезпечення оператору бiльшо! можливостi (вшьносп) перемiщень в обмеженому просторi.
Повна система алгорштшчного забезпечення ощ-нювання стану проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ включае два компоненти: систему ощнювання стану машинно! частини i систему оцiнювання стану оператора.
Здшснимо розробку алгоритмiчного забезпечення системи ощнювання стану пе! !! частини, яка пов'язана з дiяльнiстю оператора, оскшьки теорiя та алгоритми для пiдсистеми оцiнювання функщо-нального стану також достатньо добре розроблеш i опублiкованi в роботах [8,9]. Слад додатково вiдзначити, що алгоритми, що розроблеш в роботу призначенi як для оцiнювання компонента професiйного стану, так i для ощнювання алгори-тмiв оцiнювання якосл результатiв, ращонально-стi i ефективносп дiяльностi оператора.
При розробцi алгоритмш як об'екта оцiнювання прийнята проблемно орiентована ергатична системи О-ТЗ-СЗ, де операторська дiяльнiсть здшс-нюеться оператором на своему робочому шсщ при конкретних умовах виконання конкретного алгоритму керування.
Адекватно оцiнити дiяльнiсть оператора на своему робочому мющ за результатами вимiрювання будь-якого одного параметру без умов цшьово! конкретно! дiяльностi неможливо. Але е можли-вють виконати синтез алгоритмiв оцiнювання операторсько! дiяльностi при виконаннi ним тре-нувального виконання цiльового конкретного за-вдання на реальному ТЗ або тренажера Вiн вть люе:
1) алгоритми ощнювання якосп результатiв дiя-льностi оператора;
2) алгоритми ощнювання ращональносп операторсько! дiяльностi;
3) алгоритми ощнювання змшних простору про-фесiйного стану оператора;
4) алгоритми ощнювання ефективносп операторсько! дiяльностi оператора.
Точшсть результатiв оцiнювання дiяльностi оператор залежить ввд таких видiв похибок:
- iнструментальних похибок обчислень, якi обу-мовленi обмеженою довжиною розрядно! сiтки обчислень;
- випадкових похибок у вхiдних даних алгорит-мiв оцiнювання методичних похибок алгорштшв обробки iнформацi!.
Аналiз розрахункових схем, пропонованих рiзни-ми авторами для визначення чисельних значень оцiнок дiяльностi проблемно орiентовано! ерга-
тично! системи показуе, що практично вс вони е фрагментами алгоритмiв статистично! обробки результатiв вимiрювань. Це представляеться до-статньо виправданим, оск1льки в умовах реально! дiяльностi вихiднi змшш будь-яко! проблемно орiентовано! ергатично! системи важко описати строго детермiнованими моделями.
Припустимо, що деякий етап триватстю Т за-вдання характеризуеться набором з М вихвдних змiнних (г), . = 1,...,М; г е[0,Т]. Якiсть ви-
конання етапу цшьово! конкретно! дiяльностi ощ-нюемо на пiдставi показникiв р1 (г), яш обчислю-емо в ходi виконання етапу бойово! дiяльностi. 1нтервальне оцiнювання якосп дiяльностi проблемно орiентовано! ергатично! системи О-ТЗ-СЗ по змшнш У1 здiйснюемо за результатами обчис-лення таких основних статистик: середне значення
р = Т ТТ р> (г (1)
Т 0
дисперс1я
= ТТ((г)-р) ; (2)
Т 0
середньоквадратичне ввдхилення
=уЩ. (3)
Застосування статистичних методiв для обробки показникiв якостi вигляду (1) дозволяе одержати також достатньо повну iнформацiю про статисти-чну надiйнiсть iнтервальних оцiнок, використо-вуючи для ще! мети вiдомi методи перевiрки статистичних гiпотез. Крiм того, в цьому випадку можливе визначення взаемозв'язку мiж оцiнками якосл за рiзними контрольованими змiнними.
У загальному випадку, коли функцiя щльносп розподiлу iмовiрностi випадково! величини р1 (г) може не бути симетричною, статистики (1) - (3) застосовувати недоцшьно. Тодi виявляеться виправданим ощнювати якiсть функцiонування проблемно орiентованих ергатичних систем на тд-ставi визначення iншого кортежу статистик.
Висновки
Для системи оцшювання стану оператора встано-влено, що вона вмiщуе два таких модул^ що сут-тево вiдрiзняються оцшювання функцюнального та професiйного станiв оператора. Система ощ-
нювання професiйного стану оператора вмщуе функцiональний модуль оцшювання ефективнос-Ti дiяльностi оператора, який забезпечуе форму-вання результатiв на основi оцiнок якостi результатов i рацiональностi безперервних та дискретних керуючих B^™iB оператора, та фун-кцiональний модуль оцiнювання параметрiв кон-цептуальних моделей оператора, який здшснюе визначення розбiжностей мiж фактичними характеристиками процесу керування та уявленнями оператора про нього.
Перспективними напрямками подальших досль джень можуть бути проведения ергономiчного монiторингу для яшсного i ефективного виршен-ня задач прийняття рiшень i керування техшчни-ми, виробничими, соцiально-економiчними та навчальними об'ектами i процесами.
Лiтература
1. Борисюк М.Д., Магерамов Л.К., Смоляков
В.А., Климов В.Ф., Балобин Д.Ю. Принципы построения учебно-тренировочных средств для подготовки экипажей боевых бронированных машин // Мехашка та ма-шинобудування. - 2004. - № 2. - С. 111-115.
2. Касти Дж. Большие системы. Связность, слож-
ность и катастрофы: Пер.с англ. -М.: Мир,
1982. - 216 с.
3. Брайтон А., Хо Ю-Ши. Прикладная теория оп-
тимального управления. - М.: Радио и связь, 1984. - 288 с.
4. Колобов М.Г. Адаптивное оценивание состоя-
ния динамической системы в условиях неопределенности // Изв. АН СССР. Сер. техн. кибер. - 1991. - № 1. - С. 53-67.
5. Стрелков А.И., Овчаренко Ю.Е., Стадник А.М.,
Иванов А. С. Применение оптико-электронных средств для получения координатной информации при решении задач навигации транспортных средств // Вестник ХГАДТУ. - 2000. - Вып. 12. - С. 211-213.
6. Овчаренко Ю.£. Концептуальна модель забез-
печення необхвдного рiвня професшного стану та працездатносп операторiв // Вестник ХНАДУ. - 2004. - Вып. 24. - С. 60-63.
7. Немчин Т. А. Состояния нервно-психического
напряжения. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,
1983. - 167 с.
8. Справочник по инженерной психологии / Под
ред. Б.Ф.Ломова - М.: Машиностроение, 1982. - 368 с.
Рецензент: G.G. Александров, професор, д.т.н., ХНУ «ХП1».
Стаття надшшла до редакцп 25 березня 2005 р.
