Количественная оценка надежности человека в системах человек машина Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

/ В.Г. Яровой; М-во сельского хозяйства Рос. Федерации, Азово-Черноморская гос. агроинж. акад. -Зерноград, 2008. - 158с.

4. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасье в, В.С. Васильев и др. - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

5. Пархоме нко, С.Г. Соверше нствование

функционирования МТА с колесным трактором класса 1,4 на основе оптимизации параметров пне вматических шин: дис. ...канд. техн. наук / С.Г. Пархоменко. - Зерноград, 1999. - 158 с.

УДК 634.622.8

А.И. Пантюхин, кандидат техниче ских наук А. Л. Кузнецов, кандидат технических наук Ю.Н. Баранов, кандидат биологических наук ВНИИ соцразвития села ФГОУ ВПО Орел ГАУ

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА В СИСТЕМАХ «ЧЕЛОВЕК — МАШИНА»

Осуществлен поиск критериев предполагающих изучение не только задействованных, но и потенциальных качеств человека, значимых функций и механизмов с точки зрения количественной оценки надежности.

Ключевые слова: надежность, отказ, вероятность,

безошибочность.

Прежде чем приступить к рассмотрению

наде жности системы «человек - машина», следует пояснить основные положения теории наде жности технических систем, поскольку эти понятия

наде жности (с учетом специфических особенностей челове ка) приме нимы к данной систе ме.

Под надежностью системы (или ее элемента) понимают свойства выполнять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Надежность следует понимать как совокупность трех свойств: бе зотказности,

восстанавливае мости и долговечности [1].

Фундаментальным понятием теории наде жности явля тся поняти отказа. Под отказом понимают случайное событие, состоящее в том, что система (элемент) полностью или частично утрачивает свою работоспособность, в р зультат ч го заданны сист мы (эл м нту) функции н выполняются.

Оценка наде жности системы «человек - машина» мож т производиться различными м тодами: аналитическим, экспериментальным, имитационным. На этапах проектирования преобладают расчетные методы, которые основаны на статистических данных над жности и скорости выполн ния заданных функций оп ратором, о над жности т хнич ских средств, влиянии различных факторов внешней среды на над жность т хники, взаимном влиянии оп ратора и т хники и пр.

В системотехническом методе оценки наде жности СЧМ человек представляется в виде компонента системы. При этом выделяются следующие случаи оц нки над жности сист мы при взаимод йствии т хнич ских ср дств и ч лов ка-оп ратора при допущ нии, что отказы т хники и ошибки оп ратора являются р дкими, случайными и н зависимыми событиями, что появл ни бол одного однотипного события за время работы системы от г0 до г0 + г практически невозможно, что способности оператора к комп нсации ошибок и б зошибочной работ -н зависимы свойства оп ратора.

Если компенсация ошибок оператора и отказов т хники н возможна, то в роятность б зотказной работы сист мы:

Search of criteria supposing studying not only involved, but also potential qualities of the person, significant functions and mechanisms is carried out from the point of view of a quantitative estimation of reliability.

Key words: reliability, refusal, probability, faultlessness.

Р1(г0,г) = РТ (г0,г)Ро (г), (1)

где РТ(г0,г,) - вероятность безотказной работы технических средств в тече ние вре ме ни (го,г,+г);

Р0(г) - в роятность б зошибочной работы

оп ратора в т ч ни вр м ни при условии, что техника работает безотказно;

г0 - общее время эксплуатации системы; г - рассматривае мый период работы.

При «мгнов нной» комп нсации ошибок оператора с вероятностью р вероятность безотказной работы сист мы:

Р2(1о,г) = Рт(г0,г){Р0(г) + [ 1 -Р0(г)]}, (2)

В случае компенсации только отказов т хнич ских ср дств в роятность б зотказной работы сист мы:

Рз (г0,г) = Ро (г)[ Рт (г0,г)+Рк( го,г,3)], (3)

где Рк(г0,г,3) - условная вероятность безотказной работы системы в учение времени (г0 + г) с компенсацией последствий отказов, при условии, что в моме нт 3 (г0 < 3< г0 + г) произошел отказ.

В роятность б зотказной работы сист мы с компенсацией ошибок оператора и отказов технических средств:

Р4 (го,г) = {Ро (г) + [1 - Ро (г)р]}[Рт(го ,г)+Р,(го,г,3)], (4) Выигрыш в над жности по в роятности безотказной работы Ор за счет компенсации ошибок и отказов характеризуется отношение м:

Р4 (го,г)

Ор =-

p Pi(t0,t)

(5)

Выигрыш надежности увеличивается с ростом р и Р(г0,г,$, т.е. с увеличением уровня

натр нированности оп ратора на комп нсации отказов и ошибок.

Если рассматривать сист мы по ст п ни н пр рывности участия «ч лов ка» в проц сс управления, то для каждого из этих типов существуют соответствующие критерии наде жности. Для систем п рвого типа таким крит ри м явля тся в роятность б зотказного, б зошибочного и сво вр м нного протекания управляемого процесса в течение

заданного вре ме ни г. Такое протекание процесса возможно в сл дующих случаях:

- технические средства работают исправно;

- произошел отказ технических средств, но при

этом: оп ратор б зошибочно и сво вр м нно

выполнил тр бу мы д йствия по ликвидации аварийной ситуации;

- оп ратор допустил ошибочны д йствия, но сво вр м нно их исправил.

В соотв тствии с ран принятыми обознач ниями наде жность системы «человек — машина» запишется в вид

Р1 = Рт(г)+[1 -Рт(г)]• к0п[РоРсв + (1 -Ро) Рв], (6)

Для сист мы «ч лов к-машина» второго типа крит ри м над жности явля тся в роятность безотказного, безошибочного и своевременного выполнения возникающей задачи. Задача системой мож т быть выполн на в том случа , сли в тр бу мый мом нт вр м ни оп ратор готов к при му поступающ й информации и кром того: в т ч ни паузы и вр м ни р ш ния задачи т хника работала б зотказно, оп ратор правильно и сво вр м нно выполнял тр бу мы д йствия или 2) произош л отказ техники, но оператор своевременно устранил его и при решении задачи не допускал ошибок, или 3) при б зотказной работ т хники оп ратор допустил ошибку, но своевременно компенсировал ее. Расчет над жности прим т вид

Р2 = Коп [ Рт РоРсв + (1 - Рт )РвосРоРсв + (1 - Ро )РтРв ], (7)

где Рвос вероятность восстановления техники.

Для сист м тр ть го типа крит рий над жности такой ж , как и во втором случа . Задача сист мой может считаться выполне нной, если:

1) в тре буе мый момент вре мени техника находится в исправном состоянии, н отказала во вр мя выполн ния задачи, д йствия оп раторов были б зошибочны и сво вр м нны, или

2) н готовая или отказавшая т хника была сво вр м нно восстановл на, а оп раторы н допустили ошибок;

3) при б зотказной работ т хники оп ратор допустил ошибку, сво вр м нно комп нсировал . Расч т над жности в этом случа можно в сти по формул

Рз = КгРтРоРСв + ( 1 - Рт"# )РеосРоРсв + (1 - Ро )РтРв , (8)

где Кг — коэффициент готовности техники.

Широкое и многообразное применение техники предъявляет все более высокие требования к ее соотв тствию ч лов ч ским возможностям. Совр м нны ч лов ко-машинны сист мы сл ду т рассматривать как сложны автоматизированны сист мы, в которы наряду с контурами чисто автоматического регулирования, состоящими только из технических звеньев, включены и функционируют контуры, замыкаемые чере з человече ское зве но [2].

Одним из наибол важных и сложных явля тся вопрос о крит риях над жности ч лов ка. Поиск этих крит ри в пр дполага т изуч ни н только задействованных, но и потенциальных качеств человека, анализ его резервов, которые изменяются в проц сс жизни и д ят льности. Сложности обусловливаются огранич нной возможностью использования для этой цели аналитических данных и

н обходимостью уч та динамич ского

взаимодействия ансамбля функций. Чрезвычайно трудным явля тся такж выявл ни ст п ни устойчивости той или иной функции, кач ства, свойства челове ка-оператора [3,4].

В общ м вид д ят льность ч лов ка-оп ратора 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 вр мя прямо пропорционально колич ству преобразуемой человеком информации:

Топ = а + ЬН = а + (И/Уоп), (9)

где а - скрытое время реакции, т.е. проме жуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора и его значения находятся в пределах

о,2 - о,6 с,

Ь - вр мя п р работки одной диницы информации (о, 15 - о,35 м);

Н - количество перерабатываемой информации;

V - средняя скорость переработки информации (2 - 4 ед/с) или пропускная способность.

Пропускная способность (Vоп) характеризует вр мя, в т ч ни которого оп ратор постига т смысл информации. Зависит от го психологич ских особ нност й, типа задач, т хнич ских и эргономических особенносте й систе м управления.

Над жность ч лов ка-оп ратора опр д ля т го способность выполнять в полном объеме возлож нны на н го функции при опр д л нных условиях работы. Над жность д ят льности оп ратор характеризует его безошибочность, готовность, восстанавлива мость сво вр м нность и точность.

Безошибочность оценивается вероятностью б зошибочной работы, которая опр д ля тся как на уровне отдельной операции, так и в целом

Вероятность Р} безошибочного выполнения операций }-го вида и интенсивность ошибок Я], допущ нных при этом, прим нит льно к фаз устойчивой работы опр д ля тся на основ статистич ских данных:

Р ] = (N] - Со] )/М] Я ] = С от] /( МТ ), (1о)

где N С01}- обще е число выполняе мых операций ]-го вида и допущ нно при этом число ошибок,

т] - ср дн вр мя выполн ни оп рации ] - го вида.

В роятность б зошибочного выполн ния вс й оп рации в ц лом опр д ля тся при экспоненциальном распределении вре ме ни:

( Г \ ( г \

Р 0 = exp

\i==

= exp

1(1

\ j=1

(11)

где Kj - число выполняемых операции j -го вида; r - число различных видов операций (j =1, r). Коэффициент готовности характеризует

вероятность включе ния челове ка-оператора в работу в любой произвольный момент времени:

К0П = 1 - (T6 / Т ), (12)

где Т6 — вре мя, в течение которого челове к не может принять поступившую к нему информацию;

Т - обще е вре мя работы челове ка-оператора. Восстанавливаемость оператора оценивается вероятностью исправле ний им допущенной ошибки:

Ре = Рк ■ Роби ■ Рн , (13)

где Рк - вероятность выдачи сигнала контрольной системой;

Роби - вероятность обнаружения сигнала

оператором;

Ри - вероятность исправления ошибочны1х действий при повторном выполнении всей операции.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оп ратором своих д йствий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий оператора оценивается вероятностью выполнения задачи в тече ние заданного вре ме ни:

t

Рсв = Р{1 < t } = { f(t)dt, (14)

о

где f(t) - функция распределе ния вре ме ни ре шения задачи оп ратором;

t - лимит времени, превышение которого рассматривается как ошибка.

Эта же вероятность может быть определена и по статистич ским данным как:

РСв = (N -МиС)/N, (15)

где N и N„c, - общее и несвоевременное

выполне нное число задач [3].

Точность - степень отклонения измеряемого оператором количественного параметра системы от го истинного, заданного или номинального знач ния.

Точность оп ратора зависит: от характ ристик сигнала, сложности задачи, условий и темпа работы,

функционального состояния н рвной сист мы, квалификации, утомля мости и других факторов.

Количественно этот параметр оценивается погр шностью с которой оп ратор изм ря т, устанавливает или регулирует данный параметр:

м = Л + Ап, (16)

где Аи - истинное или номинальное значение параметра;

Аоп - фактическое измеряемое или регулируемое оператором значе ние этого параметра.

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

Система «человек — машина» в своем развитии проходит три стадии: проектирование, изготовление и эксплуатацию. Правильный и обоснованный учет ч лов ч ского фактора на каждой из этих стадий способству т достиж нию максимальной

эфф ктивности и б зопасности

Литература

1. Пантюхин А. П., Баранов Ю.Н., Обоснование м ханизма формирования производств нных опасностей [Текст] / А.П. Пантюхин, Ю.Н. Баранов // Техника в сельском хозяйстве, № 4, 2010. - С. 28-30.

2. Понамарев, Н.Л., Безопасность

жизнедеятельности / Н.Л. Понамарев, П.П. Кукин, В.Л. Лапин //- М:. Высшая школа, 2002.- 319 с.

3. Пантюхин, А.П., Величина риска в

интегральной оценке безопасности производственных объектов [Текст] / А.П. Пантюхин, А.П. Лапин, П. А. Хуснутдинов, А.В. Пытал ев // Материалы м ждународного симпозиума «П рсп ктивны

информационные технологии и проблемы управления рисками на порог нового тысяч л тия» - СПб.: МАНЭБ.- 2000.- С. 87-88.

4. Пантюхин, А.П., Количественный метод оценки

кач ства подготовки трактористов-машинистов АПК по охране труде [Текст] / А.П. Пантюхин, В.С.

Шкрабак, Н.П. Пантюхин, П.Г. Агапов // Пути сниж ния травматизма в агропромышл нном производстве России. Сборник научных трудов, СПб. -1998. - С. 37-48.

УДК 658.3.053

А.Ю. Черкасов, кандидат технических наук ФГОУ ВПО Орел ГАУ

МЕТОДИКА ГАРМОНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ «ОПЕРАТОР-МАШИНА-СРЕДА» НА ОСНОВЕ

АНТРОПОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

В ходе управление машинами и агрегатами не всегда удается правильно скомпоновать рабочее место в соответствии с параметрами оператора, такими как антропометрия и физиология. Неудобная посадка, отсутствие необходимой досягаемости до рабочих органов и нерациональное их размещение приводит к утомляемости, повышению аварийности и

травмированию.

Ключевые слова: оператор, параметрыы, удобство,

управление, педали.

В настоящее время одной из важных проблем является гармонизация взаимодействия человека с машиной в системе «оператор - машина - среда».

В условиях инт нсивных и сложных работ оператору приходится все рабочее время проводить в непосредственном взаимодействии с машиной: контролировать сигнализаторы, возд йствовать на

In a course management of machines and units not always correctly is possible to group a workplace according to parameters of the operator, such as anthopometry and physiology. Inconvenient landing, absence of necessary reach up to working bodies and results their irrational accommodation in fatigue, increase of breakdown

susceptibility.

Key words: the operator, parameters, convenience,

management, pedals.

ручные и ножные органы управления, визуально контролировать ход работ.

При всей новизне используемых технологий управления, контроля и автоматизации техники, операторы испытывают длительные нагрузки,

вызванные нерациональной рабоче й позой, неудобной компоновкой рабоч го м ста, н удовл творит льной обзорностью.

Вестник Орел Г Ay

№6(27)

декабрь 2010

Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году

Учредитель и издатель: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный Университет»_____________________________________________

Редакционный совет: Парахин Н.В. (председатель) Амелин А.В. (зам. председателя) Астахов С.М.

Белкин Б.Л.

Блажнов А.А.

Буяров В.С.

Гуляева Т.И.

Гурин А.Г.

Дегтярев М.Г.

Зотиков В.И.

Иващук О.А.

Козлов А.С.

Кузнецов Ю.А.

Лобков В.Т.

Лысенко Н.Н.

Ляшук Р.Н.

Мамаев А.В.

Масалов В.Н.

Новикова Н.Е.

Павловская Н.Е.

Попова О.В.

Прока Н.И.

Савкин В.И.

Степанова Л.П.

Плы1гун С.А. (ответств. секретарь) Ермакова Н.Л. (редактор)

Адрес редакции: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69. Тел.: +7 (4862) 45-40-37 Факс: +7 (4862) 45-40-64 E-mail: nichо[email protected] Сайт журнала: http://ej.orelsau.ru Свидетельство о регистрации ПП №ФС77-21514 от 11.07. 2005 г.

Т ехнич еский р едактор Мосина А.И. Сдано в набор 16.12.2о1о Подписано в печать 28.12.2о1о Формат бох84/8. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Объём 18,5 усл. печ. л. Тираж 3оо экз. Издательство Орел ГАУ, 3о2о28, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР>о21325 от 23.о2.1999 г.

Журнал ре коме ндован ВАК Минобрнауки России для публикаций научных работ, отражающих основно научно сод ржани кандидатских и докторских диссе ртаций

8

12

Содержание номера

Научное обеспечение устойчивого развития АПК и сельских территорий Прока Н.И., Полухин А.А., Страшко И.В. Эффективность использования ресурсного

потенциала сельского хозяйства Орловской области....................................... 2

Родионова О.А. Управле нческий и эмпирический подходы к интеграции

агропродовольстве нном секторе экономики............................................

Ляхова М.О., Сафронов В.В. Диверсификация экономики регионов как фактор их

социально-экономиче ского развития.....................................................

Ефименко А.Г., Климова Ю.Е. Оце нка коммерческих рисков в организациях АПК.............. 15

Парахин Ю.Н. Анализ и оце нка программ страхования аграрного сектора США............... 20

Воеводская Е.О. Развитие де нежно-кредитного ре гулирования на совреме нном этапе...... 24

Кружкова И.И. Биологические активы как объект российского учета и учета по

международным стандартам............................................................... 29

Ключников П.И. Пробле мы и страте гиче ские направления молодежной жилищной политики

в России............................................................................... 33

Волобуева Т.А. Проблемы: развития малого бизне са на селе.............................. 35

Уварова М.Н. Развитие кооперации личшых подсобных хозяйств на совре менном этапе....... 39

Кононов В.М., Терновых К.С., Терновых В.К. Формирование автоматизированной системы

бюджетного планирования на сельскохозяйственном предприятии........................... 41

Ловчикова Е.И., Бычкова С.И. Разработка механизма эффективного стратегического

управле ния ре гиональныш АПК на основе кластерного анализа............................. 45

Резвяков А.В. Методическое обеспечение процесса регионального стратегического индикативного

планирования............................. ............................................. 49

Аюбов Н.А. Развитие контроля за целевым и эффе ктивныш использование м средств в

бюджетных организациях..................................................................53

Полтарыхин А.Л. Ре ализация кластерного подхода в рамках продуктовых подкомплексов

систе мы АПК ре гиона.................................................................. 57

Сидоренко О.В., Гуляева Т.И. Прогнозировани е урожайности з ерновых культур в

Орловскойобласти....................................................................... 64

Сушкова Т.Ю. Законодательное и организационное обеспе че ние инве стиционной

д еяте льности в Ульяновской области................................................... 69

Барбашин А.И., Петрухина М.М. Производственные типы спе циализированшых хозяйств в

ре гиональном картоф е л е водств е.................................................... 71

Научное обеспечение развития животноводства Оксанич Н.И., Наумкин А.В. Тенде нции и перспе ктивы развития отраслей животноводства Гуляева Т.И., Трясцина Н.Ю. Состояние и перспективы развития молочного скотоводства и

рышка молока.......................................................................

Буяров В.С., Буяров А.В., Ветров А.А. Ресурсосбере гающие технологии в молочном

скотоводстве Орловской области......................................................... 85

Шендаков А.И. Оце нка эффе ктивности отбора скота чёрно-пёстрой породы1 по молочной

продуктивности.....................................................................

Самусенко Л.Д. Молочная продуктивность голштинизированиых черно-пестры1х коров в

зависимости от генотипа и лине йной принадлежности.................................

Лещуков К.А., Мамаев А.В. Биотехнология прижизне нного формирования качества

продуктов животноводства...........................................................

Масалов В.Н., Сеин О.Б., Сеин Д.О. Исследование фолликулоге неза у свине й и коров с

использование м фистул................................................................. 106

Пискурева В.А., Гнеушева И.А., Павловская Н.Е., Игнатова Г.А. Использовани е отходов сельскохозяйстве нного производства для получения белково-углеводных кормовых добавок с

разными функциональными свойствами..................................................... 109

Научное обеспечение развития растениеводства Фесенко А.Н., Фесенко И.Н., Гуринович И.А. «Эволюционный» м е тод отбора на

повыше ни е устойчивости гре чихи пос е вной к инбридингу.............................. 111

Лазарева Т.Н., Бобков С.В. Электрофоретический анализ запасных белков се мян в

межвидовых скре щиваниях гороха........................................................ 116

Ковтун В.И., Ковтун Л.Н. С еле кция сортов озимой пш еницы1 разной инте нсивности на юге России 119 Макаркина М.А., Янчук Т.В., Князев С.Д. Селе кция смородины1 черной на повыше нное

содержание в ягодах растворимых сухих ве ще ств...................................

Титов В.Н., Дыкань А.В. Агроэкологическая оценка приемов адаптивной технологии

возд е лывания многоле тних овощньых культур......................................

Павловская Н.Е., Г агарина А.Ю. Индуцирование апоптоза в проростках гороха........... 128

Амелин А.В., Кузнецов И.И., Зайцев В.Н. Особенности начального роста у разные

сортотипов сои......................................................................

Эксплуатация се льскохозяйственных машин и безопасность труда в АПК Котельников В.Я., Мотин Д.В., Овчаров Ю.Н., Котельников А.В. Мониторинг и оценка

те хнико-экономиче ских показателе й се парирующих машин...............................

Яровой В.Г., Шарапов А.П. Расчет оптимально упругоде мпфирующих параметров шины1

как звена силовой пер едачи трактора..................................................

Пантюхин А.И., Кузнецов А.Л., Баранов Ю.Н. Количе ственная оце нка надежности

ч елове ка в систе мах “ч е лове к — машина”.......................................

Черкасов А.Ю. Методика гармонизации систе мы «оператор-машина-среда» на основе

антропометриче ского анализа.......................................................

Шестаков Ю.Г., Хуснутдинов И.А., Визиренко А.Ф., Лактионов К.С., Зубова И.И., Макеева С.В., Полехина Е.В. Систе ма обуче ния безопасности труда в АПК................ 145

74

81

93

101

103

122

125

131

134

136

139

141

© ФГОУ ВПО Оре л ГАУ, 2010