CC BY
4
О точности средних показателей, которыми оценивают результаты наблюдений, можно судить по значению коэффициента 08 — показателя точности определения средней:
508 = -Х .100%, (8) _ х
х — выборочная средняя, находится по формуле:
1 "
х = -Х хп. (9)
п 1~1
5х — статистическая ошибка выборочной средней, выражается в формуле:
где
S =
I (X - x)2
(10)
п(п -1)
Для данной конкретной выборки можно подсчитать значения выборочной средней и статистическую ошибку выборочной средней. Показатель точности определения средней 08 не должен превышать 5%. Это будет означать, что результаты наблюдений вполне удовлетворительны при объёме выборки, равной п [4—6].
Вывод. Предложенная математическая модель позволит определить количество объектов исследований п для производственных испытаний. Данная выборка будет репрезентативной, а результаты исследований, полученные для данного количества
объектов (животных), будут адекватно отображать
характеристики всего поголовья.
Литература
1. Поздняков В.Д., Ротова В.А., Салыкова О.С. К вопросу исследования сложных биотехнических систем // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 1 (39). С. 36-37.
2. Поздняков В.Д., Ротова В.А. Модели и моделирование биотехнологических процессов в животноводстве // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008. № 1 (17). С. 98-101.
3. Хлопко Ю.А., Осипова А.М. Математическая модель функционирования биотехнической системы процесса механической обработки кожного покрова животного // Фундаментальные исследования. 2014. № 11 (ч.3). С. 534-539.
4. Ротова В.А. Совершенствование технологии и технического средства для механизированного вычёсывания пуха коз: дис. ... кан,д. техн. наук: 05.20.01. Оренбург, 2009. 146 с.
5. Ротова В.А., Ушаков Ю.А. Механизированное вычёсывание пуха у коз. Совершенствование технологии и технического средства // Palmarium academic publishing. Saarbrucken (Deutschland), 2014. 215 с.
6. Ротова В.А., Ушаков Ю.А., Данилова Н.Г. Математика для экономистов: методические указания для практических занятий: учеб.-методич. пособие. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2015. 152 с.
7. Ушаков Ю.А. Сохранение качества молока инженерными методами / Ю.А. Ушаков, О.Н. Терехов, Г.П. Василевский [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 5. С. 53-56.
8. Ушаков Ю.А. Инженерные методы обеспечения качества молока: дис.....докт. техн. наук: 05.20.01. Оренбург, 2011. 376 с.
9. Поздняков В.Д. Повышение надёжности и эффективности функционирования операторов механизированных процессов животноводства: дис. ... докт. техн. наук. Оренбург, 2006. 452 с.
10. Юл Д.Э., Кендэл М.Дж. Теория статистики. М., 1960. 779 с.
Методика исследования повышения функциональной надёжности операторов животноводства
В.А. Шахов, д.т.н, профессор, ЮА Ушаков, д.т.н., профессор, В.А. Ротова, к.т.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; А.М. Калимуллин, к.т.н., ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ
Эффективное внедрение прогрессивных технологий и эксплуатация современных высокопроизводительных, экономичных машин сдерживается возможностями и способностями управляющего ими человека. Положительное решение данной проблемы в сельском хозяйстве (АПК) немыслимо без комплексного учёта всех факторов, в том числе повышения уровня профессиональной подготовки человека (оператора) как одного из наиболее важных элементов систем «человек — техника», «человек — машина — животное» и др.
Материал, методы и результаты исследования. Накопленный опыт разработки и эксплуатации человеко-машинных систем в высокотехнологичных отраслях народного хозяйства (энергетика, авиация, космос и т.д.) и относящийся к биотехническим (биотехнологическим) системам в животноводстве позволяет определить логическую структуру последовательности решения круга задач, направленных на повышение функциональной надёжности исполнителя — оператора (человека).
На первом этапе необходимо изучить и получить систему математических выражений, определяющих взаимосвязь характеристик анализаторов человека, от которых будут существенно зависеть эффективность функционирования рассматриваемой системы, восприятие визуальной информации, скорость её переработки, характеристика слухового вестибулярного и тактильного аппаратов, характеристика речеобразующего тракта, скорость переработки информации, оперативная, кратковременная и долговременная память, двигательная реакция человека (простая и сложная) на различные раздражители, координация движений, показатели психофизиологической надёжности и т.д.
Полную и достоверную информацию содержат работы Н.В. Адамовича, Н.С. Белоцицкого, В.П. Зинченко, В.И. Костюка, Б.Ф. Ломова, Г.М. Зараковского, В.М. Мунипова, И.Е. Цибу-левского, а также результаты собственных исследований применительно к специфике рассматриваемого процесса [1—9].
На втором этапе необходимо разработать алгоритмическую модель и дать математическое описание влияния на деятельность человека возмущающих воздействий окружающей среды, факторов
дефицита времени, морального состояния, прочих ограничений, определяющих его деятельность в соответствии с нормативными инструкциями, технической и эксплуатационной документацией. При этом рекомендуется использовать методику определения функциональной надёжности оператора, разработанную А.И. Губинским, включающую блоки программных, функциональных и операционных единиц (рабочие блоки операций, логические или альтернативные, блоки операций задержки, блоки контроля: функционального и диагностического) [10]. По мере накопления опыта можно развить и дополнить эту методику в соответствии с родом и спецификой трудовой деятельности конкретного исполнителя [1—5].
На третьем этапе осуществляются математическое описание выполняемого оператором процесса, переработка информации, принятие решения, формирование управляющих воздействий и их реализация непосредственно в процессе трудовой деятельности.
Что касается информационного поиска, то оценочными показателями могут быть локальные и интегральные (глобальные) характеристики: слепой и целенаправленный поиск, число шагов или проб, выполненных оператором для достижения определённой наперёд заданной цели, длина (продолжительность) поиска, уровень (степень) риска, соотношение полезной информации и общеполученной и т.д.
Оценка и прогнозирование информационной напряжённости оператора может быть дана посредством сравнения его с «идеальным оператором», т.е. сопоставляя объём фактически переработанной информации с тем, который он должен переработать для достижения конечной цели на интервале времени.
На основании результатов математической обработки экспертных оценок можно определить дискретный ряд распределения среднего количества информации, перерабатываемой оператором в рассматриваемом интервале, найти предельные (максимальные и минимальные) границы информационной загрузки, которые будут определять эффективность работы человека (индивидуума) на данном этапе.
Эффективность оценки принятия решения может быть определена числом правильных решений к числу возможных вариантов или тестовым методом с учётом объёма выдаваемых вопросов (задач) и коэффициентов их трудности (сложности). Число групп тестов может достигать 10, по 50—250 контрольных вопросов в каждой группе, и коэффициенте сложности (трудности) с числовым значением, лежащим в пределах 0—1.
Четвёртый этап решения проблемы заключается в использовании полученных ранее на предыдущих этапах математических выражений и моделей (структурных, структурно-функциональных),
основанных на декомпозиции деятельности исполнителя (от программных, функциональных и операционных единиц), для получения обобщающей модели и интегральной оценки эффективности деятельности человека в рассматриваемой системе.
Несмотря на большое число публикаций, касающихся отдельных вопросов оценки деятельности человека в системах «человек — техника» применительно к различным отраслям промышленности, пока, к сожалению, недостаточно работ, касающихся исполнителей, задействованных в АПК, в том числе и в животноводстве.
По нашему мнению, определение функциональной надёжности исполнителя должно исходить из следующего.
1. Описание системы («человек — машина», «человек — машина — животное») должно быть трёхуровневым: нижний уровень (первый) должен быть представлен операционными единицами; средний (второй) — функциональными единицами как совокупностью комбинаций операционных единиц; высокий (третий) должен характеризоваться комбинацией функциональных единиц, объединённых в технологическом и смысловом отношении в законченную программу, инвариантность которых может привести к оптимальному значению.
2. Определение функциональной надёжности Рр оператора, характеризующей безошибочность выполнения операций исполнителем, целесообразно представить в виде составляющих:
• Ррп — функционально-программной, характеризующей способность человека выполнять определённые функции в соответствии с алгоритмом трудовой деятельности;
• Рр — функционально-временной, характеризующей свойство человека выполнять предписанные алгоритмом функции в заданные интервалы времени (при наложении ограничений на время);
• Рр! — функционально-параметрической, характеризующей способности человека выполнять предписанные функции с заданной или требуемой точностью.
3. Дополнительным критерием уровня функциональной надёжности, связанной с уровнем профессионального мастерства, могут служить рационализация действий и приёмов, расход физической энергии в течение длительного периода непрерывной работы, а также уровень физиологического состояния (число сердечных сокращений, артериальное давление, потребление кислорода при дыхании, потовыделение и т.д.). Для снятия таких показателей могут использоваться специальные тесты и технические средства: тренажёры, муляжи, стенды и медицинские приборы для медико-биологических исследований.
На основании количественного значения показателя надёжности выполнения алгоритма трудовой деятельности оператора в биотехнических системах
можно судить о его соответствии технологическим и техническим требованиям процесса, эргоно-мичности и технологичности техники, влиянии окружающей среды на рассматриваемую биотехническую систему, определить внутренние резервы человека, предсказать возможное его поведение в эмоционально насыщенных условиях работы.
Функции человека в системе «оператор — машина — животное» могут быть различными, среди них немало функций, выполняемых техническими устройствами, которые превосходят возможности человека. По сравнению с машинами человек хуже выполняет такие функции как контроль над результатом действий машин или людей, расход больших порций энергии с дозированной постепенностью и установленной точностью, выполнение монотонных повторяющихся операций и т.д.
При организации труда человека в системе «оператор — машина — животное» в процессе вычёсывания пуха у коз должны быть учтены все возможности и потребности человека, включая потребность трудового творчества. Основная проверка продуктивности работы системы «оператор — машина — животное» — контроль её результативности: производительности труда, количества правильно решённых производственных задач, скорости выполнения рабочих действий.
В процессе работы оператор оказывает на животное энергетическое воздействие (рис.) как непосредственное при вспомогательных операциях Эв (придерживание, фиксация, удерживание жи-
вотного в определённом положении), так и технологическое, через гребень Эвт и Эо (расчёсывание косичек, вычёсывание пуха). Затраты энергии исполнителя тем меньше, чем совершеннее средство для вычёсывания пуха. Процесс получения продукта П (пуха) на всём этапе работы контролируется оператором по зрительным, слуховым каналам 8к от животного, а также от машины Бт. Качество полученного продукта оператор оценивает по каналу 8П визуально и при помощи вспомогательных средств (линейка для определения длины пухового волоса, микроскоп для определения тонины, динамометр для проверки крепости пуха и т.д.). О качестве процесса можно судить по выходу продукции, качеству вычесанного пуха. Время воздействия оператора на объект чёски составляет от 20 до 50 мин, при этом наибольшая нагрузка приходится на руки (75—78%), предплечье (10— 15%), ноги и корпус (10—12%). В связи с этим очевидна необходимость создания нового, более совершенного механического устройства для чёски пуха, которое бы сократило расход времени и затраты физической энергии исполнителя, позволив облегчить его труд.
Однако отличительной особенностью данного процесса от других процессов в овцеводстве и козоводстве является то, что предмет труда (шёрстный покров, пух) отделяется от объекта труда и переходит в другую систему «оператор — машина — материал». С некоторыми допущениями системного подхода можно констатировать, что
нагрузка на: (75...7&Н)
Окружающая среда
Я*
Рис. - Эргатическая модель деятельности оператора:
О - оператор; М - машина; Ж - животное; П - продукт; От - масса животного (25-35 кг); 0„ - масса пуха; 5 - каналы получения информации (Бк - зрительный и слуховой оператором от животного; Бт - оператором от машины, 5П - оператором о качестве продукта); Э - энергетическое воздействие (Эвт - вспомогательное технологическое воздействие оператора на животное через гребень (расчесывание и т.д.); Эв - энергетическое воздействие на животного при вспомогательных операциях; Эч - энергетическое состояние человека; Эо - энергетическое воздействие оператором на животное через гребень; Эт - на технологические операции); Еп - полная энергия
энергия оператора посредством механических действий (живого движения), переходит из одного качественного состояния (биологического) в другое (физиологическое) и накапливается в составной части шёрстного покрова.
Так, с применением современных математических средств и разработанной компьютерной программы нами были определены обобщённые показатели трудовой деятельности операторов массовых профессий в животноводстве К0Т , включающие в себя частные показатели: Кс — коэффициент стереотипности, К°Л — коэффициент логической сложности, К°н — коэффициент надёжности трудовой деятельности, К0Т — коэффициент производительности труда, К° — коэффициент точности выполняемых операций, К£ — коэффициент быстродействия и К0 — коэффициент удобства выполняемой работы. Самое низкое количественное значение характеризуется КХтп =0,08—0,10, самый высокий уровень К^|тах не превышает 0,20—0,22.
Вывод. Необходимо комплексное решение широкого круга задач, направленных на внедрение прогрессивных и индустриальных технологий в животноводстве, где основное место должно уде-
ляться повышению функциональной надёжности управляющего звена биотехнических систем — человека (оператора).
Литература
1. Ротова В.А. Совершенствование технологии и технического средства для механизированного вычёсывания пуха коз: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. Оренбург, 2009. 146 с.
2. Ротова В.А., Ушаков Ю.А. Механизированное вычёсывание пуха у коз. Совершенствование технологии и технического средства // Palmarium academic publishing. Saarbrucken (Deutschland), 2014. 215 с.
3. Ушаков Ю.А. Критерии формирования поверхностей, взаимодействующих с молоком и моющим раствором // Естественные и технические науки. 2011. № 4. С. 528—531.
4. Ушаков Ю.А. Сохранение качества молока инженерными методами / Ю.А. Ушаков, О.Н. Терехов, Г.П. Василевский [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 5. С. 53-56.
5. Ушаков Ю.А. Инженерные методы обеспечения качества молока: дис.....докт. техн. наук: 05.20.01. Оренбург, 2011. 376 с.
6. Адамович Н.В. Управляемость машин (эргономические основы оптимизации рабочего места человека-оператора). М.: Машиностроение, 1977. 280 с.
7. Сергеев С.Ф. Инженерная психология и эргономика: учебное пособие. М.: НИИ школьных технологий, 2008. 176 с.
8. Рыбников О.Н. Психофизиология профессиональной деятельности: учебник для студ. высш. учебн. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2010. 320 с.
9. Дорохов А.Н. Обеспечение надёжности сложных технических систем: учебник / А.Н. Дорохов, В.А. Керножицкий, А.Н. Миронов [и др.]. СПб.: Издательство «Лань», 2011. 352 с.
10. Губинский А.И., Кобзев В.В. Оценка надёжности человека-оператора в системах управления. М.: Машиностроение, 1975. 52 с.
Стационарные насосные станции, методы повышения их эффективности и проектные решения при реконструкции Черновской оросительной системы
И.В. Сатункин, к.с.-х.н., ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; А.И. Гуляев, инженер-мелиоратор, ООО «А7Агро» (Оренбург)
Одним из основных элементов оросительных систем являются насосные станции, которые обеспечивают подачу воды к поливной технике от водоисточника и необходимый напор на гидрантах оросительных сетей [1].
Стационарные насосные станции проектируются на основании технико-экономических расчётов с учётом инженерно-геологических, топографических, гидрологических условий водозабора, комплексного использования водоисточника, с максимальным использованием унифицированных и стандартных изделий заводского изготовления, отработанных технологических схем системы управления и автоматизации, требований долговечности и минимальных сроков строительства, наименьшего отчуждения земель, пригодных для сельскохозяйственного производства [1—4].
В связи с интенсивным развитием мелиорации в СССР в 70-е годы прошлого столетия ряд проектных и научных организаций Минводхоза СССР провёл большую работу по созданию блочно-комплектных насосных станций (БКНС). Это те же стационарные
насосные станции, но собираемые полностью на заводах и комплектуемые на месте из отдельных блок-боксов с установленными в них насосным и электротехническим оборудованием, щитами управления, запорно-регулирующей арматурой и КИП [1].
В настоящее время большое количество стационарных и блочно-комплектных насосных станций вышли из строя, разукомплектованы и не используются. Отдельные насосные станции работают частично, т.к. часть насосов на них вышла из строя и демонтирована.
В то же время ведётся строительство новых стационарных насосных станций на новых оросительных системах, но это не восполняет выход из строя стационарных насосных станций [5].
Известно, что забор воды на существующих мелиоративных насосных станциях с колебаниями уровня более 4 м затруднён из-за ограниченности высоты всасывания центробежных насосов. Многие мелиоративные станции построены заглублёнными, что экономически нецелесообразно. Кроме того, на существующих мелиоративных насосных станциях при необходимых малых напорах устанавливается насосное оборудование с избыточной величиной напора, который из-за необходимости ввода агре-
