CC BY
32
Досліджено потреби оператора-керівни-ка в частині забезпечення математичними методами рішення задач оптимального розподілу функцій між операторами АСУ. Запропоновані принципи формування банку оптимізаційних моделей
Ключові слова: банк моделей, алгоритм функціонування, цільова функція, оптимі-заційна модель
Исследованы потребности оператора-руководителя в части обеспечения математическими методами решения задач оптимального распределения функций между операторами АСУ. Предложены принципы формирования банка оптимизационных моделей
Ключевые слова: банк моделей, алгоритм функционирования, целевая функция, оптимизационная модель
Task of the optimum distributing of functions between the operators of automated control the system. The necessities of operator-leader are investigational. Principles of forming of bank of optimization models are offered
Keywords: algorithm of functioning, objective function, optimization model
УДК 658.5.011.56
ПОДХОД К ФОРМИРОВАНИЮ
БАНКА
ОПТИМИЗАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИЙ МЕЖДУ ОПЕРАТОРАМИ АСУ
Е.А. Лавров
Профессор, доктор технических наук Кафедра компьютерных наук Сумской государственный университет ул. Римского-Корсакова, 2, г. Сумы, 40007 Контактный тел.: 050-691-37-33 Е-mail: prof_lavrov@mail.ru
Н.Б. Пасько
Старший преподаватель Кафедра кибернетики и информатики Сумской национальный аграрный университет ул. Кирова, 160, Сумы, 40020 Контактный тел.: 050-603-06-74 Е-mail: pasko_nb@mail.ru
1. Введение
Последние годы характеризуются существенным изменением характера деятельности операторов АСУ. Появился класс распределенных систем, в которых операторы взаимодействуют посредством средств телекоммуникаций и специального программного обеспечения. Во многих случаях заявки, которые должны быть выполнены системой, поступают в случайные заранее неизвестные моменты времени. Традиционная задача эргономики “распределение функций между операторами” кардинальным образом меняет свое содержание. Если для традиционных эрготехнических систем [1,3] задача решалась, как правило, при проектировании системы, иногда (с появлением, например, ГПС) - 1 раз в смену, то с появлением систем с оперативным возникновением запросов на решение задач возникает необходимость решения задач в режиме “on-line”.
Для простейших систем с однотипными заявками используется, как правило, логически простые дисциплины обслуживания закрепления заявок за
свободными операторами. Такие правила, например, используются в получивших в последнее время распространение Call-центрах. В простейших системах “переключение” на оператора, которому поручается заявка, производится автоматически.
Для сложных эрготехнических систем со многими операторами (полиэргатических систем), таких как
• гибкие производственные системы,
• системы сопровождения и отработки команд по цели,
• расчетные центры,
• банковские системы,
в которых выполнение заявки предусматривает некоторую операторскую деятельность с использованием информационно-программно-технических средств и качество реализации этой деятельности существенно зависит от того, кому поручено выполнение заявки, решение об организации деятельности принимается, как правило, специальным оператором, хорошо знающим предметную область, которого называют “оператор-руководитель”.
3
Такой оператор имеет (в неформализованном или формализованном виде) информацию о функциональных возможностях операторов-исполнителей, что позволяет ему принимать какие-либо решения [4,5].
Для сложных систем в связи с большим количеством параметром, которые должен отслеживать оператор-руководитель, и огромным количеством вариантов организации деятельности, актуально создание специальных систем поддержки принятия решений [8]. Основные требования и структура такой системы разработаны в [7].
2. Постановка задачи
Информационная система для оператора - руководителя [7] основана на комплексе моделей, в том числе:
• операторов, работающих в системе,
• информационно-программно-технических средств, имеющихся в распоряжении операторов,
• технологических процессов реализации заявок, поступающих в систему.
Реализация такой СППР позволяет получать ответы на ряд запросов, актуальных для оператора-руково-дителя в процессе принятия решений.
СППР реализует запросы типа:
• информационный (в том числе отбор объектов, операторов, отвечающих некоторому условию или комплексу условий);
• оценочный;
• оптимизационный.
Реализация процедур выбора оптимального варианта закрепления функций является главной целью СППР.
Поэтому в системе должны быть предусмотрены соответствующие информационные технологии.
В зависимости от конкретных условий функционирования системы, требований к эффективности реализации функций, ограничений на условия деятельности операторов возможно множество постановок задач выбора.
Рис.1. Этапы принятия решений о закреплении функций за операторами
Е
В данной работе с целью последующего формирования банка оптимизационных задач СППР ставится задача изучить организацию деятельности оператора - руководителя по анализу и выбору вариантов и таким образом сформировать множество К требований к составу моделей, которые необходимы для включения в банк данных.
3. Результаты
3.1. Исследование деятельности операторов-ру-
ководителей по принятию решений о закреплении функций
Укрупненно процесс принятия решения о закреплении функций охарактеризован на рис.1.
3.2. Характеристика работ, выполняемых на этапе формирования области допустимых решений для решения задачи выбора оптимального варианта распределения функций. На данном этапе оператор-руководитель должен иметь возможность отобрать свободных операторов, условия труда на рабочем месте которых допускают привлечение их к выполнению новой заявки. Для этого выполняются следующие работы:
1. Определить количество операторов, которые должны быть закреплены за выполнением заявки (один оператор, группа операторов).
2. Определить множество 51 свободных операторов.
3. Определить множество 5о операторов, выполняющих заявки (функции), реализация которых может быть отменена (приостановлена).
4. Сформировать множество операторов, S=S1US0, включаемых в рассмотрение.
5. Сформировать множество N непрагматических показателей группы “Показатели информационной нагрузки и напряженности оператора”, учитываемых при решении задачи. Возможно включение показателей [13]:
• коэффициент загруженности;
• период занятости;
• длина очереди;
• операционно-темповая напряженность.
6. Определить для каждого показателя из множества N область допустимых значений.
7. Исключить из множества S операторов, для которых значения соответствующих показателей из множества N не находятся в области допустимых значений.
8. Для операторов из множества S оценить условия труда на рабочем месте [1,9].
9. Исключить из множества S операторов, для которых значение категории тяжести условий труда на рабочем месте превышает заданный уровень.
3.3. Анализ задач выбора варианта распределения функций для формирования банка оптимизационных моделей
Целью принятия решений о закреплении функций является, как правило, обеспечение максимального уровня эффективности системы при условии, что будут выполнены ограничения на выполнение заявки (функции) за заданное время, расход стоимостного ресурса, а также различные технологические ограничения.
з..................................................
В качестве критерия, как правило, рассматривается:
• максимум вероятности безошибочного выполнения заявки (для случая, когда рассматривается нарушение технологического процесса одного типа);
• минимум потерь от ошибок (когда целесообразно учитывать возникновение ошибок разных типов и известны экономические потери от нарушений, возникающих вследствие каждого вида нарушения).
Теоретически при оптимизации эрготехнических систем рассматриваются и многие другие, в том числе и многокритериальные задачи [1,2]. Однако, как правило, в практике операторов-руководителей встречаются именно однокритериальные задачи. Кроме того, для задач распределения функций основная трудность состоит именно в возможности учета ряда специфических ограничений, связанных с характеристиками различных операторов и технологическими ограничениями.
Если иметь технологии решения таких однокритериальных задач, возможно, используя приемы [2], решать и другие задачи, например:
• с ограничением на вероятность своевременного выполнения заявки;
• многокритериальные (с различными комбинациями критериев и ограничений).
Таким образом, учитывая опыт оптимизации эрготехнических систем [1], рассмотрим, какие специфические моменты и особенности в задачу оптимизации человеко-машинного взаимодействия вносит задача закрепления функций между операторами, и какие новые задачи должны быть размещены в банке оптимизационных моделей.
Рассмотрим возможные ситуации выбора, характерные для деятельности оператора-руководителя.
Разрез (классификационный признак) 1. ”Ограни-чения на выбор способа реализации алгоритма функционирования” - P1:
A - вид деятельности (индивидуальная, групповая):
• А1 - один оператор;
• А2 - группа операторов;
B - наличие альтернативных структур алгоритмов функционирования (способов реализации заявки):
• В1 - множество возможных структур (способов логико-функциональных связей между операциями, которые должны быть реализованы для достижения цели, введения контрольных операций и т.п.);
• В2 - единственный вариант структуры;
C - наличие альтернативных способов выполнения отдельных операций алгоритмов функционирования:
• С1 - множество возможных способов реализации операций;
• С2 - единственный способ.
D - необходимость ограничений на выбор способов выполнения операций (введения зависимых операций) - вводятся, в случае если имеются технологические ограничения, когда способ выполнения одной операции может определять способы выполнения некоторых других (зависимых):
• D1 - есть;
• D2 - нет.
Е - учет занятости оператора выполнением других заявок:
• Еі - необходим (если на предварительном этапе такой отбор невозможен или не выполнен);
• Е2- не актуален.
F - учет совместимости операторов в группе (только для вида деятельности А2):
• F1 - необходим;
• F2 - не выполняется.
Разрез (классификационный признак) 2. ’’Модель алгоритма функционирования, на базе которой поставлена задача оптимизации ” - Р2:
• М1 - функциональная сеть (граф работ, отображающий логико-функциональные связи между операциями алгоритма (см. пример на рис. 2а). Описание алгоритмов функциональной сетью является первичным, наиболее естественным и наглядным. Однако, эффективные алгоритмы оптимизации на функциональных сетях ограничиваются на практике алгоритмами, сводящимися к алгоритмам последовательного типа);
• М2 - граф событий (отображает исходы выполнения операций графа работ, например, “безошибочное выполнение операции”, ”выполнение операции с ошибкой” (см. пример на рис. 2а); позволяет выполнять оптимизацию для алгоритмов произвольной структуры, однако требует предварительного перехода от графа работ к графу событий, который в произвольном случае является достаточно трудо-емк им).
Рис. 2. Пример модели алгоритма выполнения заявки: Граф работ (а), граф событий (б)
Разрез (классификационный признак) 3. ’’Количество типов ошибок операторов, учитываемых в модели ” - Р3:
• Х1 - бинарная модель безошибочности “есть ошибка - нет ошибки”;
• Х2 - п-арная модель безошибочности (есть возможность оценить вероятность возникновения ошибок п типов, каждый тип ошибки связан с некоторым нарушением результата выполнения технологического процесса).
Разрез (классификационный признак) 4. ’Содержание целевой функции ” - Р4:
• Zl - максимум безошибочности ( для случая X});
• Z2 - минимум потерь эффективности. ( для случая Х2);
• Z3 - другие (будут детализироваться по мере необходимости).
3.4. Принципы формирование банка оптимизационных моделей
В связи с острой потребностью практики в настоящее время начаты работы по разработке моделей для банка оптимизационных моделей. Основные требования к такому банку:
• интегрируемость в СППР;
• возможность оперативной идентификации ситуации выбора;
• возможность on-line подключения необходимой оптимизационной модели;
• возможность оперативного обеспечения оптимизационной модели дополнительными моделями (модель алгоритма функционирования) и исходными данными об операторах и качестве выполнения ими отдельных действий и операций;
• расширяемость, возможность добавления новых классификационных принципов и новых задач.
Рассмотрим, например, модели, предложенные авторами в ряде статей с целью формирования банка задач, и опишем их классификационные характеристики.
Название статьи Источник Характеристика модели
Выбор варианта групповой деятельности в эрготехнических системах с алгоритмами последовательного типа [6] A2B2C1D1E1F2M1X1Z1
Использование полумарковского процесса для задачи выбора человека-оператора [іі] A1B2C2D2E2F2M2X1Z1
Модель формирования группы операторов [l0] A2B2C2D1E1F1M2X1Z1
Оптимизационная модель для минимизации возможного ущерба от ошибок оператора [12] A2B2C2D1E1F2M2X2Z2
4. Направления дальнейших исследований
Формирование банка оптимизационных моделей для оператора-руководителя, исследование его эффективности и разработка рекомендаций по эффективному использованию.
5. Выводы
Деятельность оператора-руководителя полиэрга-тических систем может быть эффективной только при условии использования специализированных СППР. Одним из элементов такой системы должен быть блок выбора решений о распределении функций между операторами. В связи с большим количеством рассматриваемых вариантов в СППР включается банк оптимизационных моделей.
Такие модели могут быть сформированы на основе подхода, опирающегося на моделирование деятельности операторов с помощью функциональных сетей и использования моделей операторов, работающих в системе.
Е
Литература
1. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: Справочник/ Адаменко А.Н., Ашеров А.Т., Лавров Е.А. и др.. под общ. ред. Губинского А.И. и Евграфова Е.Г.- М., Машиностроение, 1993. - 528с.
2. Лавров Е.А. Методы и средства эргономического проектирования автоматизированных технологических комплексов. - Автореферат дисс. на соиск. ученой степени докт. техн. наук. - Сумы, 1996. - 32с.
3. Губинский А.И., Евграфов В.Г. Эргономическое проектирование судовых систем управления. Л.: Судостроение, 1977. 224с.
4. Сатторов Ф.Э. Метод и алгоритмы распределения функциональных возможностей пользователей в системах обработки информации. -Автореф.дисс.на соиск. Учен.степени канд.техн.наук.-Спб.: 2010. - 18c.
5. Падерно П.И., Сатторов Ф.Э Системный администратор локальной вычислительной сети. Задачи, требования, модель, отбор. // Вестник академии наук Республики Таджикистан - Душанбе. - 2009. Том 52 №6. - С. 437-442.
6. Лавров Е.А., Пасько Н.Б. Выбор варианта групповой деятельности в эрготехнических системах с алгоритмами последовательного типа// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Сер. Информационные технологии. - Харьков, 2010- 4/7 (46) с.50-55.
7. Лавров Е.А., Пасько Н.Б. Модели для обоснования структуры системы поддержки принятия решений оператора-руководи-теля// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Сер. Системы управления. - Харьков, 2010- 1/5 (43) с.58-62.
8. Сердюк С.М. Інтелектуальна підтримка оператора-керівника// Вісник Сумського Національного аграрного університету. Серія «Механізація та автоматизація виробничих процесів» . Випуск 1(16), 2007, с.64-69.
9. Лавров Е.А, Пасько Н.Б. Автоматизация оценки условий труда на рабочем месте человека-оператора // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2009- Вип. 36 -С. 250-256.
10. Пасько Н.Б. Оптимизация выполнения функций человеко-машинной системы. Модель формирования группы операторов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Сер. Математика и кибернетика - фундаментальные и прикладные аспекты. - Харьков, 2010 -6/4 (48) с.30-33.
11. E. Lavrov, N. Pasko Ergonomics of the of flexible systems “man-computer” . Use of Semi-Markov process for the task of choice of man-operator // International Scientific Conference “UNITECH 10”. Proceedings. 19-20 November 2010, Gabrovo, Bulgaria. - Gabrovo: University Publishing House “V.APRILOV”, 2010.
12. Лавров Е.А., Пасько Н.Б. Оптимизационная модель для минимизации возможного ущерба от ошибок человека-оператора // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Збірник наукових праць. Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях. - Харків:НТУ «ХПІ» - 2010. - с.164-168.
13. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Ломова Б.Ф. - М.: Машиностроение, 1982 - 368 с.
50^
