CC BY
23
УДК 629.3:005.584.1
К СИСТЕМЕ ПОДДЕРЖКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ОПЕРАТОРА НА ТРАКТОРАХ МАРКИ «БЕЛАРУС»
Инж. МИКУЛИК Т. Н, докт. техн. наук РЕЙЗИНА Г. Н.
Белорусский национальный технический университет
В настоящее время существуют два направления повышения эффективности деятельности оператора (водителя) на транспорте: первый -учет физиологических характеристик водителя, связанный с эргономикой рабочего места, второй - повышение надежности оператора (водителя) как лица, принимающего решение и исполняющего алгоритм управления.
Выполнение непрогнозируемых алгоритмов деятельности требует от оператора эмоциональной устойчивости и готовности к экстренному действию. Не каждый водитель способен проводить корректную самооценку своего функционального состояния в реальном времени. Для нормализации функционального состояния используются методология биообратной связи, алгоритмы, автоматически управляющие электрооборудованием [1], а также система диспетчеризации с помощью спутниковой навигации [2].
На основе анализа факторов, влияющих на выполнение оператором алгоритмов деятельности, предлагается подход к созданию системы поддержки работоспособности водителя на основе мониторинга его функционального состояния на рабочем месте.
Базовый алгоритм состоит в определении физиологических характеристик оператора по следующим параметрам [3-5]:
• частоте сердечных сокращений (ЧСС), уд./мин;
• вариационному размаху пульса (ВР), с;
• амплитуде моды сердечного ритма (АМо);
• индексу напряжения регуляторных систем (ИН).
Вариационный размах - разность времени между максимальным и минимальным интервалами сердечных сокращений за исследуемый период времени (12-16 ударов сердца). Если организм не утомлен, то вариабельность составляет 0,15-0,25 с (у пожилых людей - 0,25-0,30 с).
Амплитуда моды сердечного ритма дает представление о состоянии автономной регуля-
Наука
итехника, № 2, 2012_
ции и взаимосвязи двух отделов вегетативной иннервации сердца: симпатической и парасимпатической. Рост АМо иллюстрирует повышение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы, снижение парасимпатического.
Параметр индекса напряжения характеризует степень ответственности за реакцию организма в момент физических напряжений и стрессов.
Контроль функционального состояния проводился до работы, после четырех часов работы, в конце работы.
Сравнение полученных данных интерпретируется как развитие функционального состояния оператора в течение рабочего дня. Кроме того, они указывают на состояние эргономики испытываемых тракторов марки «Бе-ларус», так как учитывались вертикальные ускорения на месте сиденья водителя на пахоте, грунте, а также шум (при загрузке двигателя 80 %).
Таким образом, введение контроля за деятельностью оператора является существенной мотивацией, способствующей принятию решений по дальнейшему управлению трактором.
В настоящее время информации о каких-либо физиологических исследованиях испытателей (водителей), выполненных непосредственно в процессе их профессиональной работы, недостаточно; также не обсуждается вопрос об исследовании в этих целях биометрии или иных специальных методических подходов. Авторами предложено диагностировать состояние водителя, регистрируя изменения характеристик его функционального состояния, их анализа и выдачи предупреждающих сигналов по комплексу физиологических показателей в результате проверки их выхода в заранее установленный диапазон. Если окажется, что они вышли за пределы этого диапазона, то состоя-
ние водителя считается опасным и система принимает соответствующее решение (на экране высвечиваются оценки «хорошо», «удовлетворительно», «плохо»), которое может быть использовано для остановки трактора.
В Белорусском национальном техническом университете совместно с РУП «МТЗ» выполнены исследования функционального состояния оператора в процессе его профессиональной деятельности с учетом виброизоляции рабочего места на тракторах «Беларус-1221/2025/2025 ДВ», влияния на организм оператора сложного комплекса условий, связанных с его деятельным состоянием.
Данная система позволяет своевременно обнаружить предварительные ситуации, связанные с физиологическим состоянием оператора (водителя) в результате наличия шумов, влияния вибронагруженности, обусловленной конструктивными решениями подрессоривания системы (кабины, сиденья, двигателя). Диагностика совмещена с процессом управления транспортным средством (ТС) и дополнительно не требует специальных тестов.
В настоящее время производители автотранспортных средств (АТС) начали разработку систем информирования работоспособности водителя во время длительных рейсов [1]. Лидером создания «систем бодрствования» является фирма «Нейрокон», которая с 1991 г. разрабатывает и выпускает телемеханическую систему, предназначенную для машинистов локомотивов, а в последнее время делает попытки внедрить ее и на АТС. Данная система измеряет так называемые кожногальванические реакции, т. е. электрическое сопротивление кожи операторов. В этом случае оператор, если он в «норме», должен отреагировать нажатием кнопки. Если нажатия нет, то для системы это означает, что функциональное состояние «не в норме», и она соответственно реагирует на сложившуюся ситуацию.
Австралийская фирма «Синг Машинз» создала систему слежения, предупреждающую водителя о возможной аварийной ситуации. В качестве чувствительных элементов служат две телекамеры на панели приборов, которые следят за выражением лица водителя (одна - за частотой моргания глаз, вторая - за напряжением мышц лица), и на основании этого прогнозируют усталость.
Фирма «Хано» разработала систему, базирующуюся на инфракрасных камерах, также расположенных на панели приборов, которые отслеживают состояние водителя по направлению его взгляда.
В России создана система датчиков давления, предназначенная для использования АТС и размещенная в горизонтальной части и задней спинке сиденья водителя. Эти датчики подключены к блоку обработки измерения, сигналы с которого поступают на вход блока регистрации и анализа, а с него - в блок информации и команд.
Недостатки указанных выше способов: необходимость предварительной экспертной оценки контрольного времени срабатывания, тестового воздействия на объект, а также использования дополнительных встраиваемых датчиков для непрерывного съема и записи ответной реакции объекта (водителя) на возмущение.
Цель предлагаемого исследования - оперативное функциональное (рабочее) диагностирование оператора (водителя), управляющего транспортным средством (рис. 1). Система работает на принципе регистрации изменения ЧСС, в результате чего на экране формируется светящийся курсор, который указывает на параметры физиологического состояния водителя. Если организм не утомлен, то ВР составляет 0,15-0,25 с, у молодых тренированных людей -0,25-0,90 с, у детей, пожилых людей - 0,080,04 с [3].
Справа на мониторе высвечиваются зависимости (оценки):
зеленый цвет - «хорошо» (допустимое состояние оператора);
желтый - «удовлетворительно» (требуется принятие мер);
красный - «плохо» (недопустимое состояние).
Поставленная цель достигается тем, что система формирует сигналы с ладоней с учетом индивидуальных особенностей водителя.
Анализ параметров физиологического состояния оператора предложенным способом диагностики позволяет обнаружить предварительные ситуации, связанные с вибронагру-женностью транспортного средства, шумами,
итехника, № 2, 2012
Рис. 1. Функциональное диагностирование оператора, управляющего трактором
Считаем, что скоро при разработке конструкций транспортных средств с целью улучшения комфортабельности и условий труда, поддержки работоспособности испытателя (в'(ЧС<С дителя) конструкторы будут подходить с точки зрения «водитель — ТС — внешняя среда», так как без учета влияния среды нельзя спроектировать адекватную конструкцию, спрогнозировать состояние водителя.
В Ы В О Д Ы
Создание систем поддержки работоспособности оператора (водителя) с функцией контроля его физиологических характеристик во время выполнения алгоритмов управления трактором позволит обоснованно и в нужный момент принять решение по дальнейшему управлению трактором: перейти на благоприятный режим функционирования, например снижение скорости либо подключение внешних элементов управления.
Л И Т Е Р А Т У Р А
ВР' АМо'1ИНТ-драбакин, В. С. МТТУ 2МАМИ. Системы оценки уровня «бодрствования» водителей АТС / В. С. Тараба-кин, А. В. Анимов // Автомобильная промышленность. -2009. - № 2. - С. 16-17.
2. Савченко, В. В. Методы и средства повышения эффективности функционирования операторов транспортных систем «человек-машина» / «хорошо»
Весц НАН Беларусь Сер. ф1з._тэхн.<<удовлетаорительно>> rj г «плохо»
№ 2. - С. 9-37.
3. Материалы VII Всероссийско:
фессия здоровья» / Академия управления при администрации Президента Российской Федерации. - М., 2008. -670 с.
4. Ярмолинский, В. И. Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года / В. И. Ярмолинский // Высокие технологии, инновации, инвестиции: материалы Х юбилейной Междунар. выставки «HI-TECH». - СПб., 2005. - С. 503.
5. Экспресс-анализатор частоты пульса: ТУ РБ 28909783.004-98: сертификат Госстандарта Республики Беларусь № 2444 от 31.07.2003.
Поступила 07.09.2011
Наука итехника, № 2, 2012
