CC BY
104
Опробование данного способа на различных моделях спортивноохотничьего и снайперского оружия с последующим их испытанием показало, что полученное покрытие не уступает хромовому по износостойкости и превосходит его по сохранению параметров внутренней и внешней баллистики оружия. В частности, применение СПФ «Живой металл» позволило увеличить ресурс стволов 12,7-мм снайперской винтовки ОСВ-96 в 2 -2,5 раза при стрельбе как моноблочными, так и оболочечными пулями.
Список литературы
1. Способ получения покрытия канала ствола огнестрельного оружия: пат. 2338990 Рос. Федерация. Бюл. №32. 1с.
2. Способ получения канала ствола с нарезами: пат. 2353461 Рос. Федерация. Бюл. №12. 1с.
V.K. Zelenko
IMPROVEMENT OF SMALL-ARMS BARREL LIFE THROUGH THE USE OF TRIBOTECHNICAL WEAR-PREVENTIVE COMPOSITIONS
Problems of mathematical formulation of problems accompanying the cracking and crack propagation in subsurface layer of barrel bore during firing the small-arms weapons are considered.
Key words: rifling grooves, barrel bore, powder gases, tribotechnical
wear-preventive composition, microhardness, friction.
Получено 16.12.10
УДК 331.015.1:623
С.И. Логвинов, д-р техн. наук, проф., (4872) 34-20-99, vp3294@yandex .ru (Россия, Тула, ТАИИ),
С.С. Логвинов, д-р техн. наук, начальник 3294 ВП МО РФ, (4872) 56-41-47, vp3294@yandex.ru (Россия, Тула, 3294 ВП МО РФ),
А.В. Лапин, ст. преп., (4412) 98-92-17, Lapin 72@mail.ru (Россия, Рязань, Рязанский военный автомобильный институт),
Ю.Ю. Покровский, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-05-01, aiax@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭРГАТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ, ФУНКЦИОНИРУЮЩЕЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Рассмотрены проблемы эксплуатации сложных систем управления объектами, работающих в экстремальных условиях, влияние на эффективность системы в целом особенностей операторов, выполняющих управляющие действия в системе.
Ключевые слова: сложная система, эффективность системы, эксплуатация сложных систем, профессионально важные качества операторов, моделирование эр-гатической системы.
Эксплуатация сложных систем, к которой можно отнести, например, деятельность номеров расчетов по управлению образцами вооруже-
ния, операторов электростанций, диспетчеров воздушного транспорта, характеризуется высокой степенью напряженности работы при возникновении экстремальных ситуаций, особыми требованиями к уровню подготовки и отбора исполнителей.
В ходе эксплуатации могут изменяться общие характеристики системы «Человек - техника» из-за вариабельности характеристик человека-оператора, вызванной изменением его надежностных характеристик, воздействия рабочей среды, в которой происходит эксплуатация, сложности реализуемых алгоритмов деятельности, времени непрерывной работы оператора и т.п.
Оценка эффективности применительно к системе «Оператор - образец вооружения - рабочая среда» проводится по основным показателям, характеризующим образец вооружения. К ним относят вероятность поражения цели за заданное время, своевременность выполнения задачи с заданной вероятностью поражения цели, время выполнения алгоритмов и др. Однако сохранение показателей эффективности комплексов в заданных пределах требует учета особенностей надежностных показателей эргатиче-ского элемента или, другими словами, оператора.
Особенности учета изменения характеристик оператора заключаются в необходимости описания немонотонных и нелинейных процессов, характерных в целом для работы оператора. Причем статистические характеристики профессионально важных качеств (ПВК), накопленные для того или иного вида деятельности, не могут быть применены для оценки эффективности образца вооружения с конкретным оператором, т.к. они носят усредненный характер и имеют достаточно большой разброс. Поэтому целесообразно при оценке эффективности системы учитывать индивидуальные возможности операторов, которые выявляются при профессиональном отборе.
Проведенные исследования [1-4] позволили определить необходимый и достаточный перечень характеристик ПВК для операторов различных видов деятельности и прогнозировать по получаемым математическим моделям изменение эффективности эргатической системы (ЭС) для различных характеристик операторов, эксплуатирующих образец вооружения.
В качестве исследуемой системы можно рассмотреть систему «Наводчик - артиллерийское орудие - рабочая среда».
Характеристики эргатического элемента ЭС наводчика а = [щ},
і = 1, ^ определяются профессионально значимыми свойствами наводчика в виде входных переменных систем:
{аі}=(хь^..^^ ), ^ є Xk1, где Xk1- множество характеристик наводчика орудия как эргатического элемента системы.
Параметры рабочей среды и характеристики условий применения системы Ь = {Ьі}, і = 1, k2 определяются вектором переменных, характеризующих рабочую среду и алгоритмы решения задач наводчиком:
Й}=(хъx2,...,xk2 ), xk2 є Xk2,
где Xk2 - множество параметров, определяющих состояние рабочей среды
и условия применения системы.
Характеристики конструкции эксплуатируемого изделия у = {уї},
і = 1, ^ определяются вектором измеряемых переменных:
{7і }=(хъ x2,..., хк3), xkз є Xkз, где Xk3 - множество параметров, определяющих конструкцию изделия. Множества Xk1, X^1, Xk3 обладают свойствами пересечения:
1. Xk1 1 Xk3- по некоторым элементам, являющимся совместными
характеристиками психофизических, антропометрических особенностей наводчика и соответствующих параметров изделия;
2. Xk2 1 Xk3- по элементам множеств, характеризующих рабочую
среду и изменение факторов среды (температуры, загазованности и т.п.) вследствие функционирования изделия;
3. Xk1 1 Xk2- по элементам множеств, характеризующих переносимость наводчиком воздействия факторов рабочей среды, сложность алгоритмов управления системой и соответствующего уровня параметров рабочей среды, характеристик алгоритмов решения задач.
Это свойство позволяет при анализе комплексного влияния эргономических факторов связывать параметры рабочей силы, конструкции артиллерийского орудия, алгоритмов решения задач, особенности наводчиков между собой и по их значимости принимать решения по повышению качества ЭС НОРС.
Показатель качества деятельности оператора в системе определяется функционалом в обобщённом виде:
W = F ({«}), W2 ({Ь}), Wз ({г})],
где Wl({«}), W2({Ь}), Wз ({^}) - функции, оценивающие соответственно влияние ПВК операторов, условий рабочей среды и выполнения алгоритмов решения задач, особенностей конструкции образца.
Для решения такого рода задач целесообразно применять методы эвристической самоорганизации [5,6]. В этом случае функции могут быть представлены моделями типа
к к к к к к
Y = ао + £аіхі + £ £ аі]хіх] + £ £ £ауіхіх]хі + •..,
і=1 і=1 у=1 і=1 у=11 =1
где У - выходные параметры эргатической системы, характеризующие успешность выполнения задачи; х - соответствующие им значения параметров элементов системы.
Определение параметров модели для малых выборок целесообразно вести с помощью многорядных алгоритмов метода группового учета аргументов, реализующих принципы биологической селекции, с последовательным применением для отбора лучшей модели внешних критериев селекции: минимума смещения п^м, регулярности А2 (В) и точности А2 (С)
прогноза модели [3,5,6].
Громоздкость получаемых моделей в развернутом виде показывает целесообразность представления моделей свернутыми, в виде «частных описаний» по рядам селекции.
Так, например, для оценки своевременности выполнения алгоритма наводчиком за 60 минут (Рсв-60) непрерывной работы при комплексном воздействии факторов параметры модели определены в виде:
3-й уровень селекции
Рсв-60 = 0,3567 +1,7717-1,2546¿10 -0,0009гг¿10 -0,0004¿2 + 0,18922^;
2-й уровень селекции
¿1 = - 0,219 + 0,412у4 +1,303у 10 - 0,516у 20;
¿10 =-0,177 -0,053У3 +1,789у6 + 0,001у3у6 -0,487у2;
1-й уровень селекции
у4 = -3,091 - 0,044.^10 + 1,147Ху] - 0,082х12у;
у10 = -9,383 + 0,038^16 + 26,360Х17 - 17,1х2у;
у3 = -8,818 + 0,002^12 + 24,95x17 - 16,2х2у;
у6 = -10,1 -0,008x8 + 28,46Х17 -18,2х^,
где Х8,хю,Х12,Х16,Х17- отобранные по реализуемым алгоритмам наиболее существенные переменные, характеризующие параметры элементов (ПВК, рабочую среду, соответствие системы управления антропометрии оператора, условия выполнения алгоритма) данной сложной системы.
Достигнутые минимумы внешних критериев селекции при синтезе
модели составляют: п^м = 0,00152, А2(В) = 0,00048, А2(С) = 0,52. Значения внешних критериев селекции, а также средняя ошибка модели, составляющая 4,53 %, показывают успешность проведенного моделирования.
Аналогично определены параметры моделей, характеризующих безошибочность работы с различными видами средств отображения информации.
Дальнейшие исследования такого рода моделей позволяют определить количественную оценку изменения эффективности системы в целом при изменении параметров ее элементов.
Такие исследования проведены для систем «Наводчик - ПТРК», «Стрелок - оружие», «Оператор - тренажер», причем учитывались и условия, в которых происходит взаимодействие элементов данных систем [2-4].
Однако обратной стороной данных исследований является необходимость учета не только результативности системы с точки зрения выполнения тактико-технических характеристик образца, но и той психофизиологической цены, которую приходится «платить» оператору за поддержание этой результативности системы в заданных пределах.
Одним из путей решения данной задачи является определение состояния операторов посредством оценки изменения показателя резерва выносливости сердечно-сосудистой системы (ССС). При экстремальных условиях, связанных с рабочей средой, интенсивностью работы, психологическим воздействием на оператора, резерв выносливости снижается до отрицательных значений и показывает, что происходит воздействие, которое может привести к резкому изменению характеристик операторов, например, к срыву деятельности, нанесению ущерба здоровью оператора.
Переносимость таких экстремальных воздействий индивидуальна и ее прогнозирование имеет важное значение на всех этапах создания и эксплуатации сложной системы, при разработке рекомендаций по оценке её надёжности и профессиональном отборе операторов.
Проведенный анализ экспериментальных данных применительно к системе «Наводчик - артиллерийское орудие - рабочая среда» при воздействии неблагоприятных факторов среды (загазованность, температура, влажность, барометрическое давление) и соответствующих требованиях к оператору по безошибочной работе при выполнении заданного алгоритма стрельбы из орудия показывает, что имеется разброс эффективности данной системы и значительно различие в изменении резерва выносливости ССС системы операторов при выполнении алгоритмов управления объектами.
Для оценки и прогнозирования результатов взаимодействия элементов эргатической системы при работе в экстремальных условиях и выборе классифицирующих правил для определения ее состояния использован дискриминантный анализ [7,8].
В качестве классифицирующего признака выбрано изменение резерва выносливости ССС, а характеристиками операторов являлись показатели его профессионально важных качеств и успешности выполнения алгоритма наведения артиллерийского орудия (вероятность безошибочного выполнения различных участков алгоритма и своевременность его выпол-
нения в заданные сроки). Как показал анализ, проведенный с помощью пакетов прикладных программ [7], данная задача может быть успешно решена.
Было произведено ранжирование по трем уровням выходной характеристики оператора, в качестве которой использовался резерв выносливости ССС при выполнении алгоритмов наведения орудия в течение 60 минут непрерывной работы при воздействии соответствующей рабочей среды.
Результаты применения дискриминантного анализа представлены в табл.1.
Коэффициенты классифицирующих функций представлены в табл. 2, где Х3-Х5 -показатели качества выполнения алгоритма,
Х6,Х7,Х16 - показатели рабочей среды, остальные - ПВК операторов (типологические - Х12-Х14, Х18, антропометрические - Х9, Х15, психомоторика - Х10, волевые - Х11).
Таблица 1
Результаты дискриминантного анализа ________________
Дискриминантная функция Собственные значения Вклад каждой функции в объяснение дисперсии признаков, % Каноническая корреляция
1 1,91828Е14 100,00 1,00000
2 71,2593 0,00 0,99306
Дискриминантная функция Критерий Лямбда Критерий Хи-квадрат Уровень значимости
1 7,21429Е-17 260,1752 0,0000
2 0,0138391 29,9618 0,0077
Таблица 2
Коэффициенты классифицирующих функций________________
Исходные признаки Функция 1 Функция 2 Функция 3
Х3 7,764Е16 7,84676Е16 7,74677Е16
Х4 -7,45453Е17 -7,53399Е17 -7,43799Е17
Х5 2,35182Е18 2,37689Е18 2,3466Е18
Х6 -1,27315Е15 -1,28672Е15 -1,27032Е15
Х7 1,09954Е16 1,11126Е16 1,0971Е16
Х8 -2,79638Е15 -2,82619Е15 -2,79018Е15
Х9 -6,57257Е14 -6,64263Е14 -6,55799Е14
Х10 -8,98471Е15 -9,08048Е15 -8,96477Е15
Х11 -1,50509Е14 -1,52113Е14 -1,50175Е14
Х12 -1,04098Е16 -1,05208Е16 -1,03867Е16
Х13 1,59352Е16 1,61051Е16 1,58998Е16
Х14 3,0228Е16 3,05502Е16 3,01609Е16
Х15 6,64289Е14 6,71369Е14 6,62815Е14
Х16 4,34207Е15 4,38835Е15 4,33244Е15
Х18 -6,41764Е13 -6,48605Е13 -6,4034Е13
СОШТАЖ -2,41607Е18 -2,46786Е18 -2,40536Е18
Эффективность классификации составила 100 %, ошибочно классифицированные объекты отсутствовали. Распределение по группам участвующих в эксперименте операторов (наводчиков) изображено на рисунке.
Представленные графические данные показывают, что операторы очень компактно классифицируются по принятой схеме ранжирования выходной величины и факторам, определяющим взаимодействие элементов эргатической системы.
Function 1
Уровень ССС □ 1
А 2 О з
13
СX 1,Еб)
Centroids
Распределение групп операторов по степени влияния на изменение резерва выносливости ССС различий ПВК, рабочей среды и качества
выполнения заданного алгоритма
Рассчитаны коэффициенты классифицирующих функций, позволяющих производить распознавание новых объектов и отнесение их к определенному уровню по степени изменения резерва выносливости ССС от индивидуальных особенностей операторов, рабочей среды и требований по безошибочности и своевременности выполнения заданных алгоритмов. Достоинством полученных результатов исследования является автоматизация анализа сложной эргатической системы с помощью примененных пакетов прикладных программ.
Таким образом, в результате проведенных исследований разработана и апробирована методика оценки надежности эргатического элемента в сложной системе, функционирующей в экстремальных условиях, которая позволяет прогнозировать состояние системы в зависимости от свойств ее элементов.
Список литературы
1. Логвинов С.И. Определение характера влияния эргономических факторов на качество выполнения отдельных участков алгоритма стрельбы наводчиков САО // Сб. тез. докл. науч. техн. конф. ТВАИУ. 1987. С.62-63.
2. Логвинов С.И., Кораблев А.Б. Определение модели успешности поражения цели из стрелкового оружия с учетом индивидуальных особенностей военнослужащего // Сб. науч. трудов ТВАИУ. 1995. С. 67-70.
3. Кувшинов В.В., Логвинов С. С., Мальцев В. А. Физикоматематическое моделирование и оценка качества функционирования военных эргатических систем «оператор-тренажер ПТРК». Тула: ТулГУ, 2004. 272 с.
4. Логвинов С.С. Результаты исследований влияния индивидуальных особенностей стрелков на эффективность обучения на тренажерах средств ближнего боя // Материалы ХХХХ11 науч.-практ. конф. Тула: ТулГУ, 2006. С. 27-31.
5. Ивахненко А.Г. Моделирование сложных систем: (информационный подход). Киев: Вища шк., 1987. 63 с.
6. Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев: Наукова Думка, 1982. 296 с.
7. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб.: Питер, 1997.
240 с.
8. Дюк В. Компьютерная психодиагностика. СПб.: Братство, 1994.
173 с.
S.I. Logvinov, S.S. Logvinov, A.V. Lapin, Y.Y. Pokrovskij
RELIABILITY ESTIMATION OF A HUMAN ELEMENT IN THE DIFFICULT SYSTEM FUNCTIONING IN EXTREME CONDITIONS
Problems of operation of difficult control systems by the objects working in extreme conditions, influence on a system effectiveness as a whole by features of the operators who are carrying out operating actions in system are considered.
Key words: a complex system, system efficiency, operation of complex systems, professionally significant qualities of the operators, modeling of an ergatic system.
Получено 16.12.10
