CC BY
39
УДК 623.44: 531.395
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКОМАШИННЫХ СИСТЕМ
В. А. Шаманов, С.В. Чубарыкин, Р. А. Бреус, А.В. Васильев
Построена система конструктивных определений, необходимых для формализованного представления системы «Стрелок-Оружие», как многозвенной биотехнической самоуправляемой человекомашинной системы. Выделены конструктивные принципы построения необходимой организации оценки качества человекомашинных систем.
Ключевые слова: управление движением, двигательная задача, приспосабли-ваемость, степень свободы, уровень качества, возможности человека.
Попытаться дать определение процессу проектирования человеко-машинной системы (ЧМС) и формализовать его значит объять необъятное. Он многолик и многогранен. Это, прежде всего, неформальные процедуры, связанные с творчеством, умением прогнозировать, интуиция, опыт, знания и многое-многое другое. Среди многообразия особенностей проектирования ЧМС важнейшее значение приобретает удивительная способность человека приспосабливаться к изменяющимся условиям. На уровне моделей целенаправленного движения ЧМС это качество человека может проявляться:
- в приспособлении - избыточных возможностей морфологической структуры ЧМС;
- в постройке параметризованных программ движения и законов управления;
- в изменении произвольных функций на разных уровнях организации движения [1].
При проектировании приспосабливающейся ЧМС необходимо каждому классу целей и обстановки подобрать определенное решение, выбрать принцип действия, конструкцию и параметры машины, а также способ взаимодействия с ней. Но если на способ взаимодействия, управления движением ЧМС можно влиять, то найти конструктивное решение машины, которое было бы приспособлено к человеку и к разнообразным классам двигательных задач, весьма трудная задача. Эту часть проектирования назовем анализом ситуаций. В свою очередь, под ситуацией понимается совокупность класса целей, обстановки и принимаемого решения. Принимаемое решение должно содержать [2, 3]:
- проект машины, ее свойства;
- проект движения и его свойства, проявляющиеся в соответствии с поставленной целью или системой целей и во взаимодействии человека и
машины.
Будем различать ожидаемые и неожидаемые ситуации по тому, построена ЧМС в соответствии с ожидаемой ситуацией или нет; параметризованные и непараметризованные ситуации по тону, параметризован ли класс двигательных задач, проектируемая машина и организуемое движение.
Прежде чем анализировать ситуации, необходимо выполнить следующие операции.
Во-первых, изучить известные и мыслимые случаи обстановки и возможные типы целей решения двигательных задач посредством определения функций и структуры ЧМС. Это всегда должно относиться к совершенно определенной ЧМС и области деятельности.
Во-вторых, классифицировать обстановку, цели, по классам двигательных задач и по решениям, которые должны представлять проекты мамины и движения, направленные на решение двигательной задачи. Когда эта часть работы выполнена, то проектирование ЧМС разлагается на триаду: класс двигательных задач - проект машины - проект движения, т. е. на ситуации.
В-третьих, изучить возможные изменения двигательной задачи и поставить в соответствие этим изменениям некоторые параметры, которые могли бы характеризовать это изменение. Установить зависимость между параметрами двигательной задачи и параметрами соответствующих проектов машины и движения. В результате параметры двигательной задачи будут влиять на параметры проектов решения двигательной задачи, вследствие чего принимаемое решение может приспосабливаться к изменению двигательной задачи.
В-четвертых, из всех возможных классов двигательной задачи выделить ожидаемые, для которых необходимо построение моделей целенаправленного движения ЧМС. Найти области параметрических, динамических, конструктивных возможностей как человека, так и машины в ЧМС, границы которых определяются природой ЧМС и свойствами выделенных ресурсов.
Главная ценность данной части работы - сделать более определенными конечные цели, средства их достижения, определить функциональную, морфологическую семантику двигательной задачи и процесса ее решения. Тем самым подготавливается почва для построения рядов моделей ЧМС, где каждая модель в ряду будет «средством» решения двигательной задачи определенного класса. Поиск решения двигательной задачи связан, как уже отмечалось, с редукцией избыточных степеней свободы, предоставленных нам базисной моделью ЧМС. Средством редуцирования избыточных степеней свободы будут программы движения, которые на уровне машины реализуются в виде функционально-морфологической структуры
базовых элементов и связей, а на уровне человека - в виде программных и корректирующих силовых полей управления. Вместе с тем, на кинематическом уровне редукция избыточных степеней свободы связана с введением ограничивающих связей на разных уровнях организации движения ЧМС. Важно, чтобы вводимые ограничения и используемые принципы (1...4) не противоречили принципу 5 - принципу реализуемости, и в конечном итоге были адекватны природе изучаемой ЧМС. Поэтому важнейшим условием соответствия модели реальной ЧМС является постоянная возможность сравнить полученные результаты моделирования с результатами специально поставленных экспериментов.
После того как модель построена и подвергнута исследованиям, возникают многочисленные вопросы по формированию оценок качества ЧМС. Проектируемая ЧМС должна удовлетворять вполне определенным техническим требованиям. Обычно технические требования задаются в виде предельно допустимых значений тех или иных характеристик системы. Такой способ задания технических требований предоставляет проектировщикам известную свободу действий, так как нужный результат может быть получен различными способами. Однако оценить качество ЧМС затрудняют два обстоятельства:
1) влияние на качество как структуры и параметров машины, так и проектируемого движения;
2) характер целенаправленного движения, как правило, не определен однозначно и может изменяться в известных пределах как от внутренних установок ЧМС, так и от характеристик взаимодействия человека и машины.
Первое обстоятельство говорит о том, что для того чтобы получить оценку качества ЧМС, необходимо найти оптимальную структуру, параметры машины и целенаправленного движения. Второе устанавливает влияние структуры и параметрам машины на оптимальные характеристики целенаправленного движения.
Таким образом, оценка качества ЧМС в основном будет зависеть от совокупности двух показателей:
- насколько машина приспособлена к человеку;
- в какой степени человек может приспособиться к машине.
Максимально возможная оценка качества, которую может достичь
ЧМС, получается в процессе последовательного решения следующих задач.
1. Выбор переменных параметров программного движения, принадлежащих допустимой области и обеспечивающих оптимальное значение оценки качества ЧМС при заданных параметрах машины (задача оптимального управления) - здесь рассматривается возможность приспособления человека к машине.
2. Определение значений вектора варьируемых параметров машины, обеспечивающих оптимальное значение оценки качества ЧМС, при заданных параметрах программного движения. Здесь рассматривается возможность приспособления машины к человеку. Обе задачи можно объединить в единый итерационный процесс, блок-схема которого представлена на рисунке.
Блок-схема оценки уровня динамической устойчивости
системы «Ч-М»
Если этот итерационный процесс сходится, то конечный результат -максимально возможная сценка качества ЧМС - может быть получен различными способами его организации. При этом получаемая оценка должна быть одинакова.
Таким образом, имеется два итерационных цикла. На выходе из первого цикла будем иметь оптимальную программу движения или ее реализацию (оптимальное управление) при заданном векторе варьируемых параметров машины. На выходе из второго цикла, внешнего контура, будем иметь оценку максимально возможного уровня качества ЧМС. Получаемая оценка характеризует предел, к которому стремится качество ЧМС, когда возможности изменения конструкции машины исчерпаны, а возможности человека максимально приспособлены к выполнению поставленной двигательной задаче.
Список литературы
1. Голев Р.В., Гусев В.А. Математическое моделирование механики динамических систем с неудерживающими связями. Ижевск: ИжМИ, 1984. 148 с.
2. Кутергин В. А. Методы и средства автоматизации анализа и проектирования системы «Стрелок-Оружие», как многозвенной самоуправляемой биомеханической системы. Ижевск: Институт математики и механики Уральского отделения АН, 1991. 421 с.
3. Кутергин В.А., Голева Т.Л. Математическая модель системы «стрелок-оружие» // Вопросы проектирования. Пермь: Наука, 1985. С. 5-8.
Шаманов Владимир Анатольевич, канд. социолог. наук, военнослужащий, Россия, Москва, в/ч 25953,
Чубарыкин Сергей Викторович, военнослужащий, Россия, Тула, в/ч 55599,
Бреус Роман Александрович, военнослужащий, Россия, Тула, в/ч 55599,
Васильев Андрей Вячеславович, военнослужащий, Россия, Тула, в/ч 55599.
EVALUATION OF MAN-MACHINE SYSTEMS DESIGN V.A. Shamanov, S. V. Chubaryikin, R.A. Breus, A. V. Vasilyev
The system of constructive definitions for formalized understanding a shooter-weapon system is modeled as multilink biotechnical self-regulating man-machine system. Design concepts of required evaluation of man-machine system are distinguished.
Key words: motion control, motion task, adaptability, degree of freedom, quality level, human capability.
Shamanov Vladimir Аnatolievich, сandidate of sociological sciences, serviceman, Russia, Moscow, Military Unit № 25953,
Chubaryikin Sergey Viktorovich, Serviceman, Russia, Tula, Military Unit № 55599,
Breus Roman Aleksandrovich, Serviceman, Russia, Tula, Military Unit № 55599,
Vasilyev Andrey Vyacheslavovich, Serviceman, Russia, Tula, Military Unit № 55599
