CC BY
122
Proskuriakov Nikolai Evgenievich, doctor of technical sciences, docent, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kolesnikova Anna Sergeyevna, undergraduate, anna_xenodica@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 519.711.3
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ОПЕРАТОРА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
П.И. Абрамов, О.В. Есиков, С.И. Мельник, В.И. Филипченков
Формализованы модели деятельности оператора сложных технических систем (СТС) и состава автоматизированного рабочего места СТС. Определены структурные схемы взаимодействия оператора с программно-аппаратным комплексом (ПАК) СТС и методики оценки функционального состояния (ФС) оператора.
Ключевые слова: модель, оператор, информация, программа, функциональное состояние.
Образцы специальной техники разрабатывались как системы, призванные решать комплекс задач различного назначения. Сложность процессов управления этими системами, необходимость обработки большого количества информации в условиях жестких временных ограничений при высоких требованиях к качеству ее обработки привели к созданию специальных автоматизированных систем, комплексно решающих задачи обработки, передачи и отображения информации. Рабочие места лиц операторов таких систем стали оснащаться автоматизированными рабочими местами операторов (АРМ). Все АРМ оснащаются средствами вычислительной техники с программным обеспечением (ПО), обеспечивающим решение возложенных на оператора задач и реализующих интерфейс пользователя. Широкое внедрение информационных технологий в практику создания АРМ в значительной мере изменило облик и организацию рабочего места оператора, особенно в части его элементов - средств отображения информации (СОИ), органов управления, пульта управления и т. п. Изменился в значительной мере также характер работы оператора за АРМ.
В процессе своей деятельности оператор включен в контур управления. Инструментальные средства (датчики обстановки Д1, Д2, Д3 ...) собирают и во многом обрабатывают информацию об управляемом объекте (например, о воздушном противнике) и о внешней среде (например, о собственных силах и средствах), что в целом представляет собой информацию оповещения (ИО). Эта информация после обработки представляется
на СОИ. Оператор воспринимает информацию СОИ через систему кодирования, и производит интериоризацию информационных моделей (ИМ), т.е. формирует внутренние структуры психики (концептуальные модели (КМ)), благодаря усвоению структур внешней деятельности. Таким образом, с помощью интериоризации ИМ обеспечивается информационная подготовка решения. Сравнивая интериоризованные КМ с имеющимися в памяти опорными КМ, оператор соотносит полученные сообщения с априорно известными ему описаниями классов объектов (ситуаций, явлений) и тем самым принимает решение.
Состав и иерархию задач, решаемых оператором в процессе применения системы (комплекса, образца) СТС по назначению, можно представить в следующем виде (рис. 1).
Рис. 1. Состав и иерархия задач, решаемых оператором
Для разработки модели деятельности операторов СТС должна быть известна адекватная структура описываемого вида операторской деятельности. Это значит, что должна быть получена схема, включающая оперативные единицы деятельности оператора и логические связи между ними.
Методической основой при выборе подхода к разработке модели деятельности оператора образцов СТС являются общие требования к моделям [1,2].
Сущность имитационного ситуационного моделирования в рамках разработки модели деятельности оператора образцов СТС сводится к необходимости наиболее полного воссоздания условий процессов работы на реальном образце СТС.
Анализ существующего в настоящее время подхода по включению оператора в контур управления образцов СТС структурно может быть представлен как процесс опосредованного взаимодействия оператора с
программно-аппаратным комплексом (ПАК) образца СТС. Типовая структурная схема организации человеко-машинного взаимодействия представлена на рис. 2.
В процессе функционирования СТС информация о состоянии внешней среды (воздушной обстановки) ({^1ВХ}), полученная техническими средствами ({^2ВХ}) и обработанные алгоритмами специального программного обеспечения (СПО) ({^3ВХ}) поступает на вход ПАК АРМ, реализующий процесс преобразования полученной информации к виду воспринимаемому оператором ({^4ВХ}).
Развитие состояний внешней среды относительно СТС определяется перечнем решаемых им задач. СПО СТС осуществляет преобразование описания сущности обработки данных, поступающих от технических средств, выраженного в математическом виде в постановках задач. Из этого следует, что множество возможных состояний внешней среды ({^1ВХ})
определяется как возможностью развития событий во внешней среде, так и функциональными возможностями самого образца СТС.
В процессе функционирования СПО СТС при обработке множества сигналов {^2ВХ} может возникнуть множество ситуаций {^гСПО ирз}, требующих вмешательства оператора в процесс обработки.
Множество ситуаций, определяется структурой программного обеспечения СПО СТС.
Рис. 2. Структурная схема взаимодействия оператора
с ПАК СТС
74
Одной из задач решаемых СПО СТС является постоянный контроль за состоянием системы и правильностью решений, вырабатываемых алгоритмами. То есть признаковое пространство ситуаций представляет собой совокупность сообщений о воздушной обстановке и об уровне работоспособности системы {дспо ФК}.
В связи с этим под имитацией внешней среды в модели деятельности оператора в дальнейшем наиболее целесообразно понимать изменение следующих параметров:
состояний оперативно-тактической обстановки, складывающейся в процессе выполнения оператором функциональных задач (ФЗ); состояний работоспособности системы;
структуры, состава и содержания информационной модели (ИМ), интерфейса пользователей АРМ.
Таким образом, в качестве основных исследуемых объектов в модели деятельности выступают: ИМ, человеко-машинный интерфейс и алгоритмы деятельности оператора. Источником информации является сам оператор как система, вырабатывающая собственные сигналы. Перечисленные объекты исследований тоже могут быть охарактеризованы как совокупность контролируемых ситуаций {яИсл}.
В качестве исходных данных модели деятельности оператора выступают следующие параметры образца СТС: перечень функциональных задач (ФЗ); перечень и описание технологических задач реализующих решение ФЗ; перечень и описание структуры и состава информационных признаков (ИП).
Профессиографический анализ деятельности операторов данного типа показал, что их целевые установки, связанные с выполняемыми функциональными обязанностями, определяют приоритетный выбор информации для анализа и последующих действий.
В самом общем виде деятельность оператора характеризуется как процесс непрерывного наблюдения за информационном полем, на котором он должен обнаруживать и отслеживать объекты управления.
Оператор выполняет следующие типовые функциональные задачи: своевременно (? < 5 с) обнаруживает и опознаёт имитируемые цели (задачи) системы, определяет их семантическую важность по ИП;
устанавливает приоритеты целей (задач) относительно друг друга и группирует их в заданном формуляре отображения;
вводит команды управления посредством клавиатуры или специализированного пульта (кнопочного, виртуального) и передаёт их на обслуживание другому оператору.
Имеющуюся информацию по каждому объекту управления можно представить в виде вектора параметров. На каждом цикле обновления информации вектор параметров будет меняться. Все множество задач в мо-
дели представляется множеством к -мерных векторов, где к определяет число признаков, учитываемых при принятии решения об очередности обслуживания объектов управления (ОУ).
Экспериментальная система для оценки состояния оператора должна позволять решать следующие основные задачи: задание внешней обстановки;
упрощенное моделирование функционирования образца, на котором размещается АРМ;
формирование типовых элементов ИМ и интерфейса пользователя образцов СТС и возможность подключения их различных вариантов в процессе исследований деятельности оператора;
моделирование типовых операций индивидуальной деятельности оператора АРМ;
синхронную запись действий пользователя и реакции системы на
них;
регистрацию временных параметров деятельности оператора АРМ; регистрацию физиологических параметров состояния базовых систем организма оператора (мониторинг гемодинамики и системы дыхания);
воспроизведение в динамике («трассировка») фрагментов деятельности оператора и параметров его функционального состояния, обработка результатов моделирования.
Получаемые на экспериментальной системе данные могут быть использованы для оценки эффективности деятельности оператора, а также характеристик оператора при осуществлении деятельности на АРМ: внимания (объем, степень концентрации, распределение внимания, скорость переключения); восприятия (пороги зрительных ощущений, время реакции); памяти (объема, скорость запоминания, длительность хранения, возможность распознавания, скорость распознавания, точность воспроизведения); мышления (наглядно-действенное, абстрактно-логическое).
Функциональная схема программных модулей общего (ПО) и специального (СПО) программного обеспечения представлена на рис. 3.
Программная часть макета может быть реализована в виде функциональных программных модулей.
Программный модуль АРМ оператора (испытателя) включает: программные средства взаимодействия оператора, реализованные в виде информационной модели и интерфейса пользователя;
программные средства регистрации действий пользователя. При этом одновременно должна производиться полиграфическая запись физиологических и психофизиологических показателей испытуемого по методикам пневмограмма (ПнГ), кожно-гальваническая реакция (КГР), плетизмограмма (ПлГ).
Структурная схема методики оценки ФС оператора представлена на схеме (рис. 4).
В практических целях параметры ФС оператора учитывается избирательно в процессе анализа физиологической информации в объеме, позволяющем дать психофизиологическую оценку перцептивных функций испытуемого, связанных с обнаружением, различением и опознанием полезной информации.
Обшес программное обеспечение
Специальное программное обеспечение
воздушная оостановка
АРМ руководителя эксперимента
Модуль информационный
Модуль управления экспериментом
Модуль регистрации параметров деятельности и параметров человека
Экспериментатор
АРМ оператора (испытателя)
Средства регистрации действий оператора
Средства взаимодействия оператора и СП О АРМ (АРМ испытуемого)
Информационная модель
Интерфейс пользователя
Испытатель
Датчики регистрации
Датчики регистрации физиологических параметров
Датчики регистрации глазодвигательной активности
Рис. 3. Функциональная схема программных модулей макета экспериментальной системы
По всем полученным количественным параметрам вычисляются и протоколируются средние величины и среднее квадратичное отклонение значений показателей (М, ±а соответственно) ФС испытуемого.
Важнейшей задачей исследований при оценке ФС на моделирующем стенде является оценка влияния различных факторов условий деятельности (свойств информационной модели, сложности алгоритма и т.д.) на психофизиологическую загрузку испытуемого.
Данная задача решается путем ориентации внимания оператора на отрабатываемые участки выполняемых типовых функциональных задач, выявление взаимосвязи параметров качества деятельности с параметрами психофизиологических функций на соответствующих участках алгоритма деятельности, что было реализовано путем интегральной оценки результатов полиграфического обследования оператора.
ФС оценивается по расположению полученных параметров в допустимых диапазонах степеней напряженности умственного труда, установленных ГОСТ В 23534-79. Выход параметров за пределы нормы расценивался как ухудшение состояния, с выявлением корреляционных связей и причин ее вызвавшей, получаемой на основе анализа деятельности оператора.
Рис. 4. Структурная схема методики оценки ФС оператора
Интегральная оценка трудо- и энергозатрат (цена деятельности) может служить прогностической оценкой истощения функциональных резервов, определяемое по максимальным энерготратам Ц9 приводящим к ухудшению или срыву деятельности. Вычисление Ц осуществляется по формуле:
Ц=Х{с/сКАгк+сИНАГк\ (3)
к=1
где сК и сн - весовые коэффициенты.
Функциональные резервы рассматриваются как результат взаимодействия процессов истощения при напряженной деятельности и процессов восстановления во время отдыха.
78
Таким образом, предлагаемая методика может быть апробирована при выполнении оператором типовых функциональных задач и позволяет оценивать функциональное состояние оператора СТС в различных условиях ее эксплуатации [5, 6].
Список литературы
1. Е.З. Тужиков, С.И. Логвинов, С.С. Логвинов, С.И. Мельник. Модели и методы оценки надёжности эргатических систем военного назначения при выполнении сложных алгоритмов // Двойные технологии, №4 (73). 2015. С. 15-19.
2. ГОСТ В 23534-79. Система человек-машина (СЧМ). Человек-оператор. Критерии тяжести физической и напряженности умственной работы. М.: ГК СССР по стандартам. 1980. С изменениями № 1, 1985, № 2, 3. 1988.
3. Е.К. Айдаркин, Н.В. Пахомов. Работоспособность и функциональное состояние. Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2004. 215 с.
4. Р.Н. Акиншин, К.А. Анкудинов, С.И. Мельник Исследование зрительно-двигательных возможностей человека на основе синтеза микроконтроллерных систем // Стратегическая стабильность №1 (74). 2016. С. 34-40.
5. Мельник С.И. Автоматизированная унифицированная система управления функциональным состоянием специалиста в реальном масштабе времени // Сб. научных трудов НТО РЭС им. А.С.Попова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 108-117.
6. Мельник С.И., Соколов В.Н. Комплексная методика контроля текущего функционального состояния операторов сложных технических систем // Сб. научных трудов НТО РЭС им. А.С. Попова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 165-179.
Абрамов Павел Иванович, канд. техн. наук, исполняющий директор, mail@shvabe.com, Россия, Москва, АО «Швабе-исследования»,
Есиков Олег Витальевич, д-р техн. наук, проф., главный специалист, cdbae@,cdbae.ru, Россия, Тула, АО Центральное конструкторское бюро аппарато-строения,
Мельник Сергей Иванович, преподаватель, cdbae@,cdbae.ru, Россия, Тюмень, Тюменское военное училище связи,
Филипченков Виктор Иванович, инженер cdbae@,cdbae.ru, Россия, Тула, АО Центральное конструкторское бюро аппаратостроения
PECULIARITIES OF SURVEILLANCE AND REPORTING ASSET AUTOMATED WORKSTATION MODEL
P.I. Abramov, O.V. Yesikov, S.I. Melnik, V.I. Filipchenkov
79
The models of the surveillance and reporting asset operator actions and surveillance and reporting asset automated workstation are formalized. The structure charts of the operator 's cooperation with the hardware and software system of the surveillance and reporting asset and methods of the operator's functional status estimation are defined.
Key words: model, operator, information, application, functional status.
Abramov Pavel Ivanovich, candidate of technical science, executive director, mailashvahe.com, Russia, Moscow, JSC "Shvabe researches ",
Yesikov Oleg Vitalyevich, doctor of technical science, chief specialist, rtsacdhae.ru, Russia, Tula, JSC Central Design Bureau of Apparatus Engineering,
Melnik Sergey Ivanovich, lecturer, rts a cdhae.ru, Russia, Tyumen, Higher Military Engineering Command School,
Filipchenkov Viktor Ivanovich, engineer, rts a cdhae.ru, Russia, Tula, JSC Central Design Bureau of Apparatus Engineering
УДК 532.522
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИСТЕЧЕНИЯ СЖАТОГО ГАЗА ИЗ ЕМКОСТИ КОНЕЧНОГО ОБЪЕМА
С.М. Кабанов, Г.В. Фридлендер
Рассмотрена задача истечения газа из баллона высокого давления конечного объема. Проведено численное моделирование процесса истечения газа из баллона. Получены аналитически зависимости изменения параметров газа от времени. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных в процессе численного моделирования с результатами аналитическоймодели.
Ключевые слова: истечение газа, турбулентность, к-гмодель, термодинамическая модель, ОрепЕОЛМ.
1. Постановка задачи. В ходе работы моделировалось истечение сжатого газа (азота) из баллона конечного объема. Баллон имеет следующие характеристики: длинна баллона, считая от патрубка, 1000 мм, диаметр баллона равен 466 мм, переходная часть - 150 мм, диаметр патрубка -20 мм. Предполагается, что газ внутри баллона находится под давлением 200 атм и при температуре 273 К. Газ, при открытии вентиля баллона, истекает в среду со следующими параметрами: давление 1 атм, температура 273 К.
