Тема 13. Надежность оператора и системы "человек - машина"

13. 1. Принципы определения надежности СЧМ

Одной из задач инженерной психологии является решение проблемы надежности системы "человек-машина", т. е. ее свойство сохранять значение установленных существенных параметров в определенных пределах. Надежность зависит как от технических факторов, так и от человеческих составляющих системы, от характера функций, возложенных на человека-оператора, от человеческого фактора.

Статистика показывает, что в авиации до 70 % летных происшествий случается по вине человека. Более 56 % из общего числа происшествий, где обошлось без смертельного исхода, приходится на сенсомоторные акты. Около 52 % от числа трагических случаев сводятся к ошибкам категории "принятие решения". Ошибки человека являются основной причиной большинства аварий и других инцидентов на море. Ошибки человека вызвали от 60 до 80 % аварийных случаев, в то время как конструктивные недостатки оборудования дали лишь немногим более 10 %.

При определении надежности СЧМ необходимо учитывать следующее:

1. Показатели надежности должны быть едиными для всех звеньев СЧМ, по возможности включать в себя в явном виде показатели надежности ее отдельных звеньев - человека и машины.

2. При определении надежности СЧМ с методической точки зрения целесообразно представлять человека - оператора в качестве одного из звеньев СЧМ. Вместе с тем следует помнить, что человек является специфическим звеном СЧМ с присущими только ему особыми свойствами.

3. Необходимо выявить основные классы СЧМ и для каждого из них получить свои выражения для оценки надежности.

В качестве основного показателя надежности СЧМ следует принять вероятность безотказного, безошибочного и своевременного выполнения задачи системой определяемую через показатели надежности оператора и техники с учетом взаимного влияния их друг на друга. К числу показателя надежности техники относятся вероятность безотказной работы в течение времени и коэффициент готовности.

13.2. Показатели надежности оператора

Надежность оператора характеризуется показателями безошибочности, готовности, восстанавливаемости и своевременности.

Основным показателем безошибочности является вероятность безошибочной работы. Эта вероятность может вычисляться как на уровне отдельной операции, так и на уровне алгоритма в целом.

Для типовых, часто повторяющихся операций в качестве показателя безошибочности может использоваться также интенсивность ошибок. Эти показатели вычисляются, как правило, в расчете на одну выполненную операцию (алгоритм).

Важным показателем надежности является и коэффициент готовности оператора, представляющий собой вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени.

Введение показателей восстанавливаемости связано с возможностью самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных ошибок.

Показатели своевременности действия оператора вводятся потому, что правильные, но несвоевременные действия не приводят к достижению цели, т.е. дают тот же результат, что и совершенная ошибка. Основным показателем своевременности является вероятность выполнения задачи в течение времени.

Надежность деятельности оператора не остается величиной постоянной, а меняется с течением времени. Это изменение обусловлено как изменением условий деятельности, так и колебаниями состояния оператора.

Надежность человека - оператора в общем случае обусловлена тремя основными факторами:

- степенью инженерно - психологической согласованности техники с психофизиологическими возможностями оператора для решения возникающих у него задач;

- уровнем обученности и натренированности оператора при выполнении этих задач;

- его физиологическими данными, в частности особенностями нервной системы, состоянием здоровья, порогами чувствительности, а также психологическими особенностями его личности.

Потенциальные возможности оператора к надежной работе определяются двумя группами качеств, различающимися степенью их устойчивости.

Первая группа объединяет типологические свойства нервной системы, характеризующие протекание нервных процессов возбуждения и торможения. К этим свойствами относятся сила (или слабость) нервной системы, подвижность (или инертность), лабильность, характеризующая скорость возникновения и прекращения нервных процессов, и динамичность, которая характеризует быстроту и легкость приспособления нервной системы к новым условиям. Свойства нервной системы отличаются высокой консервативностью, они почти не поддаются изменению, воспитанию в процессе деятельности.

Свойства нервной системы сами по себе не являются ни "положительными", ни "отрицательными". Например, слабость выражается, с одной стороны, в малой выносливости нервной системы, но с другой - связана с повышенной чувствительностью к воздействиям малой интенсивности (для сильной нервной системы - наоборот). Понятно, что в зависимости от конкретной обстановки проявления силы или слабости нервной системы могут способствовать или препятствовать успешной деятельности.

Вторую группу качеств составляют свойства личности, которые менее устойчивы, чем свойства нервной системы: добросовестность, волевые качества, самообладание, интерес к деятельности, умение быстро замечать и поправлять ошибки, умение не мешать себе работать. Эту группу качеств можно формировать посредством обучения, воспитания, тренировок.

Однако в практической деятельности надежность оператора обычно в значительной мере зависит от характера решаемой задачи, условий работы, особенностей техники и т.п. Нужно иметь в виду значительные компенсаторные возможности личности человека - оператора, позволяющие в данном конкретном виде деятельности восполнить недостатки одних качеств за счет других. Например, оператор, отличающийся неустойчивостью внимания, рассеянностью, компенсирует эти недостатки приобретением навыка педантично выдерживать заученную программу действий, не полагаясь на способность к непроизвольному наблюдению.

Между надежностью оператора и технических устройств в системе "человек - машина" существует взаимное влияние. Как машина, так и оператор могут выводить из строя систему. Кроме того, машина из-за ее несовершенства может провоцировать отказы оператора. Человек, в свою очередь, тоже может при управлении машиной вызвать в ней отказы.

Однако человек может обнаруживать и устранять отказы машины в случаях их возникновения, может, даже при отдельных поломках машины, удерживать выходные параметры машины в заданных пределах и не допускать при этом ее полного отказа. Человек с его большими приспособительными и творческими возможностями самим фактом своего участия в системе управления способствует повышению ее надежности.

При конструировании человеко - машинных систем у машины может быть предусмотрена функция контроля состояния оператора и его управляющих действий, способность отфильтровывать его ошибки, в случае нарушения нормальной жизнедеятельности оператора автоматически резервировать его и таким образом предупреждать отказ системы.

Повышению надежности деятельности оператора способствует контроль за его работой со стороны другого оператора.

13.3. Методы расчета надежности СЧМ

Расчетные методы определения надежности СЧМ базируются на знании статистических данных о процессах выполнения оператором заданных функций, о надежности технических средств, влиянии различных факторов на надежность СЧМ, взаимном влиянии оператора и техники друг на друга, частотах наступления различных состояний СЧМ. Один из первых в нашей стране подходов к оценке надежности оператора был разработан Б. Ф. Ломовым. Наибольшее внимание при этом подходе уделяется анализу структуры деятельности оператора и динамике его работоспособности.

Проблема надежности оператора разрабатывалась также В. Д. Небылицыным в плане анализа индивидуально - типологических особенностей человека, обусловленных свойствами нервной системы.

Другой подход к определению надежности СЧМ разрабатывается в рамках обобщенного структурного метода. Деятельность оператора при этом подходе разлагается на ряд иерархических уровней, каждый из которых представляется в виде определенной структуры. Высшим является оперативный уровень, который представлен в виде структуры взаимодействия решаемых задач. Низшим является уровень отдельных операций, представляемый в виде структуры элементарных психофизиологических актов.

Для каждого уровня определяется безошибочность и своевременность выполнения его структуры, затем оба этих показателя путем перемножения приводятся к общему показателю вероятности выполнения задачи.

Далее производится "свертывание" полученных структур к более простым структурам с эквивалентными временными и надежностными характеристиками.

В упрощенном виде структурный метод находит практическое применение при расчете надежности СЧМ. Однако ему присущ и ряд недостатков, ограничивающих возможности его применения. Основными из них являются: нечувствительность метода к изменению режима и условий функционирования СЧМ, если только при этом не изменилась структура деятельности оператора; надежность СЧМ определяется для некоторого "усредненного" режима работы, при этом не учитывается динамика изменений этих режимов с течением времени.

Из рассмотрения особенностей структурного метода следует, что надежность оператора уменьшается с усложнением его деятельности. Однако опыт показывает, что это не всегда имеет место: зачастую более сложные операции выполняются человеком надежнее, чем простые. Человек является звеном, способным к саморегуляции.

У оператора, решающего ту или иную задачу, на основе имеющегося опыта формируется прогноз вероятности достижения цели, а также прогноз последствий, вытекающих из этого события и порождающих у человека определенные эмоциональные состояния. Под воздействием этих состояний происходит активизация психофизиологических процессов, направленная на мобилизацию энергетических ресурсов организма для успешного решения данной задачи. Поэтому даже одна и та же задача, выполняемая при разных условиях, может выполняться человеком с различной надежностью.

Для систем непрерывного типа показателем надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания процесса управления в течение времени. Такое протекание процесса управления возможно в следующих случаях:

1) технические средства работают исправно;

2) произошел отказ технических средств, но при этом:

а) оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной обстановки;

б) оператор допустил ошибочные действия, но своевременно их исправил.

Для СЧМ смешанного типа показателем надежности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного решения стоящей перед системой задачи.

Задача может быть выполнена системой в том случае, если в требуемый момент времени оператор готов к приему поступающей информации, и, кроме того, в течение паузы и времени решения задачи аппаратура работала безотказно, оператор правильно и своевременно выполнил требуемые действия, или произошел отказ техники, но оператор своевременно устранил его и при решении задачи не допустил ошибок, или при безотказной работе аппаратуры оператор допустил ошибку, но своевременно устранил ее.

Для СЧМ дискретного типа показатель надежности такой же, как в предыдущем случае.

Задача системой может считаться выполненной, если:

а) в требуемый момент техника находится в исправном состоянии, не отказала в течение времени выполнения задачи, действия оператора были безошибочными и своевременными;

б) неготовая или отказавшая техника была своевременно восстановлена, операторы при решении задачи не допустили ошибок;

в) при безотказной работе аппаратуры оператор допустил ошибку, но своевременно исправил ее.

Вопросы и задания

1. Восстановите пробелы

1. Показатели надежности должны быть ... для всех звеньев СЧМ, по возможности включать в себя в явном виде показатели...ее отдельных звеньев - человека и машины.

2. При определении надежности СЧМ с методической точки зрения целесообразно представлять человека-оператора в качестве... ... ... Вместе с тем следует помнить, что человек является ...звеном СЧМ с присущими только ему особыми свойствами.

3. Необходимо выявить основные ...СЧМ и для каждого получить...выражения для оценки надежности.

Слова - помощники: свои, классы, одного из звеньев, специфические, едиными, надежность.

2. Исключите неточный ответ

Надежность оператора характеризуется показателями:

а) безошибочности

б) готовности

в) восстанавливаемости

г) своевременности

д) изнашиваемости

3. Выберите верный ответ

Вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени - показатель надежности оператора...

а) безошибочность

б) готовность

в) восстанавливаемость

г) своевременность

д) изнашиваемость

4. Прокомментируйте таблицу с точки зрения использования ее данных в определении надежности оператора

Влияние возраста на эффективность работы

	Эффекты	Последствия
Рецепторы	Общее снижение эффективности	Для зрения требуется лучшее освещение. Для большинства видов работы в отношении слуха нет никаких последствий
Центральные процессы	Снижение способности к обработке информации	Потеря "связующей нити" при выполнении сложных повседневных обязанностей. Снижение разносторонности
Способность к физическому труду	Некоторый, но не быстрый спад, пока возраст не превысил 60 лет	Повышение значения рабочей позы при конструировании рабочего места. Можно продолжать выполнять тяжелую работу, если не требуется большая скорость
Компенсаторные эффекты	Накопление опыта. Сужение интересов	Расширение диапазона встречавшихся ситуаций. Повышение надежности

5. Безошибочное и своевременное протекание процесса управления в течение времени для систем непрерывного типа возможно в следующих случаях...

6. Для СЧМ смешанного типа показателем надежности является....

7. Для СЧМ дискретного типа показателем надежности является...

8. Задача системой может считаться выполненной, если...Восстановите пропуски:

а) в требуемый момент...находится в исправном состоянии, не отказала в течение времени выполнения задачи, действия...были безошибочными и своевременными;

б) неготовая или отказавшая...была своевременно восстановлена,...при решении задачи не допустили ошибок;

в) при безотказной работе... ...допустил ошибку, но своевременно исправил ее.