CC BY
13
УДК 62-78.001
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА, УПРАВЛЯЮЩЕГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ АГРЕГАТОМ ЧЕРЕЗ ЧЕЛОВЕКОМАШИННУЮ СИСТЕМУ
© 2016 г. И.Э. Липкович, КВ. Егорова
В arpo инженерной сфере ЧМС (чело веком аш иная система) привлекают все большее внимание специалистов. Рациональные условия их использования, уже сейчас - один из наиболее существенных факторов повышения эффективности АПК. В настоящее время становятся необходимыми интенсивные поиски путей стабилизации сельхозпроизводетва в нашей стране, остановки падения выпуска сельхозтехники, повышения эффективности использования машин в растениеводстве, и в АПК в целом, обоснование путей организации разработки и производства новых технических средств в условиях транзитивной экономики. Исходя из этого целесообразна разработка новых основ проектирования технических средств следующих поколений, новых методов проектирования мобильных технологических агрегатов, определения их надежности, режимов работы при одиночном и групповом использовании, анализа взаимодействия структур технологических и сервисных предприятий и внешней среды как основы повышения эффективности функционирования, а также новых методов технико-экономического обоснования. Таким образом, выведение мобильных технологических агрегатов из сферы технических систем в более высокую сферу ЧМС должно сочетаться с выведением внешней среды из множества отдельных параметров и характеристик, пусть и весьма важных для функционирования технических объектов, на уровень целостной системы, структура и состав которой должны
быть определены в соответствии с существующим на настоящее время объемом накопленных знаний. Следовательно. при изучении 11МС внешняя среда должна исследоваться с меньшим количеством допущений, чем при изучении МТА в виде технических систем. Современный уровень изученности ЧМС в агроинже-нерной сфере, результаты, полученные в этой области в последние два-три года делают исследование проблемы механико-эргономического обоснования функционирования ЧМС в агроинженерной сфере растениеводства. весьма актуальными.
Ключевые слова, человек-оператор, человекомашинная система, внешняя среда, сельскохозяйственный агрегат, этапы образования, агроинженерная сфера, трудовая деятельность, технические средства, эффективность, эксплуатация.
In agrocngineering field HMS (humanmachine system) arc increasingly attracting specialists. Rational conditions for their use, now is one of the most important factors to increase the effectiveness of agro-industrial complex. Currently there become necessary to search intensively for ways to stabilize agricultural production in our country, stop the fall of agricultural equipment manufacturing, improve the efficiency of machines usage in the crop production and in agro-industrial complex in general, study ways to organize the development and production of new technical tools in the conditions of transitive economy. On this basis it is expedient to creation of new principles of designing hardware of next generations, new methods of designing mobile technological units, determining their reliability, operation modes for a single and group usage, analysis of interaction of technological and service companies patterns and the external environment as basis for improving functioning effectiveness and new methods for the feasibility study. Thus, transfer of mobile technological units from the technical systems sphere to the higher HMS sphere must be combined with the transferring the external environment from variety of individual parameters and characteristics, even if it is very important for operation of the technical facilities, to the level of holistic system, the structure and composition of which will be determined in accordance with the existing at the moment volume of accumulated knowledge. Consequently, at studying HMS the external environment should be investigated with fewer assumptions than at studying machine tractor unit in the form technical systems. The present level of HMS scrutiny in agrocngi nee ring sphere, the results obtained in this area in the last two or three years make research of issue of mcclianics and ergonomie substantiation of HMS functioning in the agrocngineering sphere of crop production very relevant.
Keywords: human-opera tor. mantnachine system, external environment, agricultural unit, formation stages, agrocngineering sphere, labor activity, hardware, efficiency, operation.
Введение В агроинженерной сфере ЧМС привлекают все большее внимание специалистов. Рациональные условия их использования, даже на стадии формирования, уже сейчас - один из наиболее существенных факторов повышения эффективности АПК [1, 2, 3].
В настоящее время становятся значительно обширные поиски путей становления сельхозпроизводства в нашей стране, приостановление падения и увеличение выпуска сельхозтехники, повышение эффективности использования машин в растениеводстве, в АПК в целом, обоснование новой разработки технических средств в условиях транзитивной экономики [4, 5, 6].
И в основе решения народнохозяйственной проблемы стоит ЧМС - новое сформированное наукой образование, в котором человек является оператором, обладающим определенными свойствами трудовой деятельности и играет большую роль, чем машина. Следовательно, целесообразна разработка новых основ проекти-
рования технических средств будущих поколений, определения надежности и проектирования агрегатов, анализ взаимодействия структур технологических и сервисных, а также методов экономического обоснования.
Методика и ссл едований. Начало широких разработок проблемы человеческого фактора, в агроинженерной сфере, можно отнести к 80-м гг. XX в. Тогда приступили к разработке системы стандартов, нормативно-технической документации, руководств, которые работали на тракторах и других энергосредствах. В данное время требования нормативно-технической документации приведены в соответствие с международными стандартами. К тому же совершенствованию подвергаются технические средства, а не ЧМС как целостные объекты.
С изучением внешней среды дело обстоит несколько иначе. Ее исследованиями в механизации сельскохозяйственного производства занимался основоположник
земледельческой механики академик В.П. Горячкин. Он изучал рабочие органы сельхозмашин и технологические процессы в них в прямой связи с обрабатываемым материалом и энергетикой. С тех пор ведется с постоянным расширением анализ свойств обрабатываемых материалов. Частью внешней среды являются материалы, обрабатываемые рабочими органами.
При расширении использования технических средств, массового их применения пополнялись понятия «условия работы технических средств» и «внешняя среда». Сюда, в настоящее время, относят: почвен-но-климатические условия, технологические свойства высеваемых культур, характеристики обрабатываемых семян, убираемых культур, геометрические (технологические) параметры агроландшафтов и т.п. На основании исследований, рассматривается схематически внешняя среда, которую можно представить, как многомерное пространство с границами.
При изучении ЧМС необходимо представлять внешнюю среду. ЧМС - это не техническая структура, но, существенно более сложное, качественно иное образование, чем сельхозмашина или МТА.
Таким образом, выведение в более высокую сферу ЧМС мобильных технологических агрегатов, должно сочетаться с выведением внешней среды из множества отдельных параметров и характеристик, на уровень целостной системы, структура и состав которой должны быть определены в соответствии с существующим на настоящее время объемом накопленных знаний. Следовательно, при изучении ЧМС внешняя среда должна исследоваться с меньшим количеством допущений, чем при изучении МТА в виде технических систем.
Результаты и их обсуждения. Рассмотрим этапы образования ЧМС. На рисунке 1 представлена общая логико-эвристическая схема укрупненных этапов образования ЧМС.
о I рщраоотки и создания технического средства
е»
В!--
Этап испытаний Этап хозяйственной проверки
Обратная свя'л,
Этан сельскохозяйственных работ
Внешняя Внешняя
среда 2 среда 1
Техническая
Техническое средство
1
Теоретически позмэжмая (расчетная) выработки 'за 1 час основного' времена^
Обратная связь
Внешняя Внешняя
среда среда
3 2
ч
Челопекоманшлная
система:
техническая человек-
лол система оператор
<техническое
средство)
Вкчитяя среда как целостная система
Фактическая выработка за I час тсх-кояогическо 1-0 времени
Человеко-машинная система, ЧМС
Годовой объем работ
Операгор высокого уровня
Многоуровневая системаиод! тонки оператора: лгкола, лицей (колледж). ВУЗ (небольшой нроиент)
Оператор как представитель массовой профессии
Обратная связь
Рисунок 1 - Этапы образования ЧМС
Этап 1 состоит в создании и разработке технического средства. На основании задания, закладывается техническая структура нового технического средства, подготовленного и утвержденного заказчиком. Далее ведется его разработка после утвер-
ждения технической структуры заказчи-ком. К внешней среде относятся технологические свойства обрабатываемой среды (погодно-климатические условия, предшественник, плотность и влажность почвы, свойства обрабатываемой культуры, и т.п.),
задаются которые заказчиком. Затем ведется создание технического средства с изготовлением экспериментального образца.
Следующий этап 2 - испытания нового технического средства, приводящееся достаточно высоким уровнем операторов, «технологические» свойства которых, сертифицированы. ЧМС на данном этапе еще не возникает, чел о век-оператор стоит над техническим средством и определяет, какие характеристики оно может выдать в процессе работы в заданных условиях в рамках тех физиологических и психологических параметров, которыми располагает оператор-испытатель. При работе в заданном режиме некоторые параметры превышают допустимые значения, что может создать угрозу для здоровья человека-оператора; превышающие характеристики следует выявить и устранить (рисунок 1). Испытания проводят в условиях внешней среды 2, которая не отличается от заданной внешней среды 1, в противном случае, на стадии испытания необходимо проверять степень соответствия выходных параметров технического средства техническому заданию. В качестве выходного параметра используется выработка за 1 ч времени, необходимого для выполнения технологического процесса с учетом повторяющихся поворотов [7]. В техническое средство вносятся необходимые изменения, если ее объем расходится с параметрами технического задания. Для данного этапа отбираются операторы высокого уровня.
Этап 3 хозяйственная проверка -характеризуется введением опытных базовых сельхозпредприятий в производственные условия опытных партий новых технических средств. Здесь объединяется новое техническое средство с человеком-оператором высокого уровня, происходит образование ЧМС, работающей в условиях высокоразвитого сельхозтоваропроизводителя. Внешняя среда 3 имеет ряд дополнительных параметров: агроландшафтную систему земледелия, подсистему технического сервиса, систему экологических ограничений и т.д., а также включает параметры внешней среды 2. Все подсистемы внешней среды должны быть отлажены достаточно хорошо.
Для разработки высоких норм выработки являются результатами работы ЧМС при хозяйственной проверке.
На следующем четвертом этапе осуществляется сельскохозяйственная работа нового технического средства, введенного в хозяйственный оборот. Основным результатом функционирования ЧМС является объем работ, который может быть выполнен в течение года [7].
ЧМС на этом этапе образуется с помощью поставленной на серийное производство и находящихся в распоряжении сельхозтоваропроизводителя работников-операторов со средней подготовкой, обеспечиваемой многоуровневой системой подготовки операторов, с вероятностным распределением их интеллектуальных, физиологических, профессиональных, психологических характеристик, присущих этой категории людей и уровню востребованности. Последний обеспечивает массовый сельхозтоваропроизводитель России: более 20 тыс. сельхозпредприятий и более 250 тыс. фермерских хозяйств.
В состав входят основные замкнутые блоки [8]:
- подсистема трудовых ресурсов;
- агроландшафтная система земледелия с характеристиками агроландшафтов и возделываемых на них зональных севооборотов;
- подсистема технических средств;
- подсистема технического сервиса.
Опыт показывает, что использование
на сельскохозяйственных работах технического оснащения, средства выполнения технологических процессов не сводятся к одиночным ЧМС.
Отечественный опыт побуждает рассматривать и изучать более сложные ЧМС: в виде функциональных технологических комплексов, специализированных отрядов-машинно-технологических станций, бригад, а также сервисных ЧМС [8, 9]. Это может являться базовыми ЧМС, которые несут практически всю нагрузку по производству сельхозпродукции в растениеводстве и образуют основу агроинженерной сферы растениеводства, исследования особенностей их функционирования (рисунок 2).
Определение
чмс
Качественный анализ ЧМС
Условия труда
Надежность функционирования ЧМС
Режимы работы ЧМС
Синтез базовых ЧМС
Базовые условия функционирования
Лгролаидшафгньте системы
Механихо-
эргоно мическое
обоснование ЧМС внешняя 1
в агроинженерной 4— среда
сфере растение-
водства
Свойства технических средств
Свойства и параметры трудовых ресурсов
Система технического сервиса
Товаропроводящая сеть
Экологические ограничения
Рисунок 2 - Примерная структура механико-эргономического обоснования
функционирования ЧМС
Отметим, что существуют обратные связи в завершении рассмотрения этапа 4 -ответственного за объемы и качество производства сельскохозяйственной продукции. Одна из них направлена на совершенствование подготовки и организацию переподготовки операторов как работников массовых профессий, а другая на совершенствование технических средств на основе обобщения массового опыта использования ЧМС различных уровней.
Выводы. Наиболее сложным в образовании ЧМС является заключающий четвертый этап. Обеспечения заданного объема производства сельхозпродукции с заданными параметрами - это также наиболее значимый этап с точки зрения конечного назначения агроинженерной сферы. При такой постановке проблемы, не преувеличивается значение агроинженерной сферы в ущерб другим сферам АПК. Но результаты разработки других сфер АПК должны быть «переплавлены» в механизированные технологии, выполняемые ЧМС, т.е. другие сферы АПК должны явиться входом агроинженерной сферы [10].
Завершающий четвертый этап представляется наиболее рассредоточенным и
существенно оолее распределенным в многопараметрическом пространстве существования проблемы этих систем, - и это побуждает к изучению развернутых сформировавшихся ЧМС. Современный уровень изученности ЧМС в агроинженерной сфере, результаты, полученные в этой области в последние два-три года делают исследование проблемы механико-эргономического обоснования функционирования ЧМС в агроинженерной сфере растениеводства (рисунок 2) весьма актуальными.
Литература
1. Левшин, А.Г. Сельскохозяйственная техника и работоспособность механизатора / А.Г. Левшин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2006.-№ 1.-С. 15-19.
2. Лейтас, A.M. Модель переработки информации человеком в процессе управления мобильной машиной / A.M. Лейтас, О.М. Макаревич // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. -№ 3. - С. 4-7.
3. Прохоров, А.И. Анализ и синтез системы «человек - машина» / А.И. Прохоров, Р.Э. Элъбур. - Рига: Мысль, 2009.
4. McFarland, R.C. Human Factors in air Transport design. New York: McGraw-Hill, 2007.
5. Pew, R.W. Introduction to Human factors engineering; In R.W. Pew, P. Green, eds, Human factors engineering, Ann. Arbor. Me.: The University of Michigan College of Engineering, 2009.
6. Chapanis, A., Gerner, W.K.. Morgan C.T. Applied Experimental psychology. New York: Wiley, 2010.
7. PTM 10.13.003-90. Термины и определения, применяемые при эксплуатационно-технологической оценке сельскохозяйственной техники. - Новокубанск: РосНИИТиМ, 1990,
8. Bekey, G.A. The human operator in control systems / De Green КВ., Systems psychology. - New York: Me Graw Hill, 2011.
9. Синяков, B E. Оценка условий труда операторов на тракторах / В.Е. Синяков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2012.-№ 10. - С. 18-24.
10. Фирсов, М.М. Радионавигационная система для мобильных сельскохозяйственных агрегатов / М.М. Фирсов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2008.-№11.-С. 3-9.
References
1. Levshin A G. Sel'skohozjajstvennaja tehnika i rabotosposobnost1 mehanizatora [Agricultural machinery and operability of gear-master], Mehanizacija / jelektrijikacija seVskogo hozjajshKi, 2006, No. 1, pp. 15-19.
2. Lejtas A.M., Makarevich O.M. Model1 pererabotki informacii chelovekom v pro-
cesse upravlenija mobil'noj mashinoj [The model of information processing by a person in the process of managing mobile machine], Mehanizacija i jelektrijikacija seVskogo hozja-jslva, 2008, No. 3, pp. 4-7.
3. Prohorov A.I., Jelbur R.Je. Analiz i sintez sistemy «chelovek - mashina» [Analysis and synthesis of the «man - machine» system], Riga, My si', 2009.
4. McFarland R.C. Human Factors in air Transport design, New York, McGraw-Hill,
2007.
5. Pew R., Green P.W. Introduction to Human factors engineering, Human factors engineering, Ann. Arbor. Me., The University of Michigan College of Engineering, 2009.
6. Chapanis A., Gerner W.K. Morgan C.T. Applied Experimental psychology, New York, Wiley, 2010.
7. RTM 10.13.003-90. Terminy i opre-delenija, primenjaemye pri jekspluatacionno-tehnologicheskoj ocenke sel'skohozjajstvennoj tehniki [Definitions and terminology used at the operational and technological evaluation of agricultural machinery], Novokubansk, RosNTITiM, 1990.
8. Bekey G.A., De Green KB. The human operator in control systems, Systems psychology, New York, Me Graw Hill, 2011.
9. Sinjakov V.E. Ocenka uslovij truda operatorov na traktorah [Assessment of working conditions of operators on tractors], Traktory i seVskohozjajstvemiye mashmy, 2012, No. 10, pp. 18-24. '
10. Firsov M M. and others. Radionavi-gacionnaja sistema dlja mobil'nyh sel'sko-hozjajstvennyh agregatov [The radio navigation system for mobile agricultural units], Traktory i seVskohozjajstvemiye mashmy,
2008, No. 11, pp 3-9.
Сведения об авторах
Липкович Игорь Эдуардович - доктор технических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт -филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия).
Егорова Ирина Викторовна - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт -филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). E-mail: [email protected].
Information about the authors
Lipkovich Igor Eduardovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Techno-sphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia).
Egorova Irina Victorovna - Candidate of Technical Sciences, assistant of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). E-mail: [email protected].
