Человек-оператор как звено сложной системы

«ЧЕЛОВЕК — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АППАРАТ — СРЕДА»

Рассмотрение любой системы (в частности ЭЭС, в которых в качестве объектов необходимо выделить ЭА) требует тщательного изучения всех ее разнооб­разных компонентов и их взаимодействия — имен­но такой путь анализа сложных систем получил на­звание «системный анализ». Заметим, что компонен­ты системы (под компонентами здесь понимаются результаты членения системы до любого рассмат­риваемого уровня — подсистемы, агрегаты, элемен­ты и др.) могут иметь самую разнообразную природу (например, живую и неживую) и предназначение (управляющие и управляемые). Их соединение в це­лостную систему далеко не всегда возможно, а если и возможно, то создатели и эксплуатационники та­ких систем могут испытать немало самых неожидан­ных трудностей. Системы, где человеку приходится работать со сложной техникой, — яркое тому под­тверждение. С одной стороны (рис. 14.1), мы имеем техническую систему, объединяющую множество связанных и взаимодействующих друг с другом эле­ментов. С другой — человека, представляющего со­бой биологическую систему, элементами которой являются части тела, рецепторы (глаза, уши, кожа и др.), головной мозг.

Взаимодействие человека с любым объектом ЭЭС составляет, по сути, еще один компонент системы — математическую, физическую или какую-либо иную

интеллектуальную систему знаний, описывающую закономерно­сти функционирования и управления ЭЭС. Данная система может быть как субъективной, отражающей опыт и представление чело­века-оператора, так и объективной, являющейся формализован­ным обобщением проектирования, эксплуатации и анализа ЭЭС. Субъективная и объективная системы знаний в чем-то пересека­ются, а в чем-то дополняют друг друга. Так, субъективное знание каждого конкретного человека может оперировать неформализуемыми понятиями, слабо связанными явлениями и высокой степе­нью неопределенности, что недоступно точному объективному знанию, основанному на четких критериях и мерах (таких как число) и воплощенному в виде систем автоматического управления.

Итак, мы ввели в рассмотрение три крайне разнородных ком­понента — технический, биологический и интеллектуальный, со­ставляющие вместе некий единый и целостный сложный организм. Серьезное изучение подобного объекта не может обойтись лишь узкой теоретической и практической базой — инженерной нау­кой, биологией, психологией и др., позволяющей исследовать ка­ждый из упомянутых аспектов в отдельности. Для качественного и эффективного решения системных проблем необходима единая методологическая основа, объединяющая и классифицирующая рассмотрение всех указанных компонентов (вообще, подобные «системные» науки сегодня не редкость, например экология, объ­единяющая технику, человека и биогеосферу).

В нашем случае (соединения техники, биологии и психологии) такая научная дисциплина получила название «эргономика». Впервые данный термин (от греч. ergon — «труд» и nomos — «за­кон») был предложен в 1857 г. естествоиспытателем Войтехом Ястшембовским. Аналогичная область знаний в США и ряде дру­гих неевропейских стран была названа «human factors science» или «human factors technologies». Сегодня эргономика определяется как междисциплинарная область науки и практики, направлен­ная на интеграцию знаний о требованиях и нуждах человека в сис­теме «человек — техника — среда» при проектировании техниче­ских компонентов и рабочих систем (Дж. Эклунд). Объектами ис­следований эргономики являются так называемые эргатические системы или системы «человек — машина» (СЧМ) (в различных источниках можно встретить другие, несущественно отличающие­ся друг от друга названия: «человеко-машинные системы», систе­мы «человек — техника», системы «человек — техника — среда» и др.). В государственном стандарте [29] за этим термином закре­плено довольно узкое определение: это такая система, в которой субъект труда находится не непосредственно у объекта труда, а удален от него и осуществляет управление, используя информа­ционную модель, т. е. субъект управления — оператор.

Один из основателей отечественных эргономических исследо­ваний профессор А. И. Губинский рассматривает СЧМ как подмно­жество гуманистических систем, т. е. любых систем, в составе ко­торых есть человек. Введя понятие «эрготехнические (эргатиче­ские) системы», он определяет их как класс гуманистических систем «человек— техника», состоящих из совокупности эргатических и неэргатических элементов, взаимодействие которых благодаря деятельности эргатических элементов объединяется в единый целе­направленный процесс функционирования, имеющий конечной це­лью получение конкретного продукта труда с заданным качеством.

Перечислим еще раз ключевые моменты, характеризующие СЧМ: сочетание человека и машины; особая роль человека; уда­ленность оператора от объекта управления; целеустремленность и заданное качество функционирования. Отметим, что целью СЧМ ЭЭС является производство электроэнергии, ее передача и распре­деление по приемникам (потребителям). Эффективность функцио­нирования ЭЭС (т. е. способность достигать конечную цель) зави­сит от ее свойств, таких как качество функционирования и управ­ления, надежность и безопасность.

Вообще, эргатические системы крайне разнородны и могут зна­чительно отличаться друг от друга размером (от системы «програм­мист — персональный компьютер» до таких комплексов, как аэ­ропорт или химический комбинат), конечной целью, характером деятельности человека, требованиями, предъявляемыми к каче­ству функционирования и т. д. Значимость каждого из перечис­ленных признаков различна, в зависимости от характера и цели исследования СЧМ. Одним из наиболее существенных критериев классификации является вид конечной цели, определяющей по­ведение системы (напомним, что СЧМ — целенаправленная сис­тема, целью которой является получение некоторого продукта тру­да). Этот признак предлагается в качестве основного критерия классификации, в соответствии с которым эргатические системы

делятся на:

■ производственные, результатом функционирования которых является новый материальный продукт (например: прокатный стан - стальной прокат; строительный комплекс — жилой

дом; угледобывающий комбайн — добытый уголь);

■ эксплуатационные, результатом функционирования которых является новое состояние материального объекта (например: автомобиль — новое положение перевозимого груза в простран­стве; противоракетная установка — уничтоженная цель);

■ информационные, продуктом труда которых является новая информация (например: система автоматизированного проек­тирования — проект);

■ автоматизированные системы управления предприятием или технологическим процессом — управляющая информация; система связи — переданная информация.

Классификация сложных систем по данному признаку далеко не так однозначна, как кажется на первый взгляд. Так, например, АС, с одной стороны (в широком смысле) — это типичная производственно-промышленная эргатическая система, результатом функционирования которой является тепловая и электрическая энергия, а эргатический элемент представлен эксплуатационным персоналом. С другой стороны, немного сузив задачу, мы будем рассматривать АС как человеко-машинную систему, чью основу составляет лишь часть персонала — оперативная, на которую возложены наиболее ответственные функции принятия решений. Этот персонал — операторы блочного (БЩУ) и других щитов управления. Атомная станция (вернее, ее информационная модель) воплощена для них в совокупности приборов и дисплеев автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), поставляющих исходную технологическую информацию. Продуктом труда системы «оператор — АСУ ТП — щиты управления» является управляющая информация, что свидетельствует о принадлежности данной системы к классу информационно-управляющих СЧМ.

Классификация СЧМ не ограничивается рассмотренной схемой. Критерием классификации могут стать характер и форма операторской деятельности, зависящие как от цели, так и от структурной организации системы. Выделяются следующие основные категории операторов:

■ оператор-технолог, непосредственно включенный в технологический процесс и выполняющий известные процедуры управления в режиме реального времени (операторы щитов управления энергетическими, химическими и другими производственными системами);

■ оператор-диспетчер, осуществляющий централизованный контроль и координацию различных явлений и событий, происходящих в реальном масштабе времени (авиадиспетчер, железнодорожный диспетчер, диспетчеры энергетических сетей);

■ оператор-наблюдатель, следя ищи за состоянием процесса, непрерывно протекающего в реальном масштабе времени, и его отклонениями от заданного режима (оператор радиолокационной станции, рулевой, удерживающий заданный курс);

■ оператор-манипулятор, реализующий жестко заданные последовательности механических воздействий на органы управления (оператор подготовки информации на ЭВМ, оператор кассового аппарата, техник по обслуживанию установки);

■ оператор-исследователь, действия которого не регламентирова­ны заранее заданными инструкциями и базируются на понятий­ном мышлении (программист ЭВМ, экспериментатор, проекти­ровщик системы автоматизированного проектирования);

■ оператор-руководитель, выполняющий функции организаци­онного и директивного характера.

Конечно, подобная классификация условна, так как известны многочисленные случаи, когда невозможно провести четкую грань между различными типами операторов. Отметим, что все перечис­ленные виды деятельности присутствуют на АС. Более того, один и тот же оператор (например, персонал БЩУ) может выступать сначала в роли наблюдателя или манипулятора, выполняющего рутинную работу, а затем и в качестве технолога или даже иссле­дователя, столкнувшегося с непредвиденной заранее ситуацией. Однако основу деятельности персонала БЩУ составляет все-таки работа оператора-технолога, чьи функции представляют наиболь­ший интерес для анализа.

Рассмотрим структуру СЧМ и ее компоненты. В начале рас­сматриваемой темы, а затем и в определениях показаны основные структурные элементы СЧМ: человек (биологический или эргатический компонент СЧМ) и машина (технический компонент СЧМ). Машина при этом выступает в роли объекта управления (ОУ), пред­назначенного для производства некоторого конечного продукта. Субъектом управления является человек, выполняющий функции принятия решений и выработки управляющих воздействий. В опре­делении СЧМ также отмечается, что человек удален от машины и взаимодействует с ней через некоторого посредника, олицетворяю­щего информационную модель ОУ. Этим посредником является третий компонент СЧМ — человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), воплощающий интеллектуальную составляющую системы. ЧМИ реализует двустороннее общение человека с машиной, описывае­мое рис. 14.1.

Характеристики и параметры функционирования ОУ регист­рируются с помощью датчиков, преобразующих информацию в электрические сигналы. Часть полученных сигналов после неко­торой формальной обработки («Описание для автоматики») на­правляется на входы систем автоматического управления (САУ) и регулирования (САР). Последние реагируют на поступившие сиг­налы немедленным жестко заданным откликом в виде управляю­щих воздействий на ОУ. Вторая часть сигналов, также пройдя не­которую обработку, образует информацию («Описание для человека»), которая затем поступает к системам отображения, преоб­разующим ее в пригодную для человеческого восприятия визуаль­ную, акустическую или тактильную форму. Оператор анализиру­ет поступившую информацию, принимает решение, сообразное текущему состоянию ОУ, а также поставленной задаче, и воздей­ствует на органы управления, преобразующие механические дей­ствия человека в управляющие сигналы. Эти сигналы передаются автоматическим системам или непосредственно к ОУ, изменяя его состояние. Информация об изменившемся состоянии вновь посту­пает к человеку и автоматике — цикл управления повторяется.

Рассмотренная схема функционирования позволяет говорить о СЧМ как о системе с замкнутым контуром управления с обрат­ной связью. Если точнее, то в СЧМ выделяются два контура управ­ления: контур автоматического управления (ОУ => автоматика => ЧМИ => ОУ), реализующий формализуемую часть функций управ­ления; и контур ручного управления (ОУ => средства отображения ЧМИ => оператор => органы управления ЧМИ => ОУ), действующий в трудно-формализуемых ситуациях.

Рассмотрим более подробно роль человеко-машинного интер­фейса в СЧМ. Очевидно, что ЧМИ нельзя считать лишь формаль­но организованной совокупностью средств отображения информа­ции (индикаторов и дисплеев) и органов управления (кнопок и рукояток). По сути, ЧМИ распределяет функции управления ме­жду человеком и автоматикой, а его основная задача — взаимная адаптация требований к управлению СЧМ и реальных возможно­стей и способностей человека.

Поясним последнее утверждение на примере СЧМ «Атомная станция». Требования к управлению этой системой очень высоки из-за ее чрезвычайной сложности и особой специфики. Быстроте­кущие процессы, скорость которых превышает быстроту челове­ческой реакции, наличие загрязненных и непригодных для жиз­недеятельности рабочих зон, удаленность оборудования, огромное количество разобщенной неструктурированной информации, не­обходимость гарантированной защиты от ошибочных управляю­щих действий — все это делает невозможной работу человека без соответствующей поддержки. На АС эта поддержка выражается в наличии САР, работающих с быстротекущими процессами, орга­низации дистанционного управления оборудованием, введении защит и блокировок, автоматически срабатывающих в аварийных ситуациях, концентрации информации и органов управления на БЩУ, структурировании и удобном представлении информации с помощью индикаторов, мнемосхем и дисплеев АСУ ТП. Все пе­речисленные средства поддержки вместе образуют ЧМИ, посред­ством которого оператор управляет атомной станцией. ЧМИ, по существу, является буфером между человеком и машиной, орга­низующим процесс управления таким образом, чтобы его слож­ность (т. е. требования, предъявляемые к оператору) соответство­вала возможностям человека.

Таким образом, качество управления СЧМ, сильно влияю­щее на эффективность ее функционирования, во многом зави­сит от идеологии ЧМИ и, в частности, от оптимальности распре­деления функций управления между человеком и автоматикой. Эта задача обычно первой встает перед создателями сложной СЧМ. Интуитивно понятно, что задача разделения функций за­ключается в том, чтобы решить, что в управлении системой не­обходимо возложить на человека, а что можно доверить автома­тическим устройствам. Сегодня в распоряжении разработчиков имеется два типа автоматических устройств: с жестко заданной логикой функционирования (САУ, САР) и с гибкой, програм­мируемой логикой (компьютеры и системы, выполненные на их основе).

Неоспоримыми достоинствами автоматики являются:

■ высокое быстродействие и точность работы;

■ длительный ресурс и продолжительность непрерывной работы;

■ неограниченное число каналов параллельной обработки сиг­налов;

■ большой объем памяти;

■ высокая надежность и жесткий самоконтроль.

Перечисленные качества в гораздо меньшей степени присущи человеку — он быстро устает, его ресурсы (память, быстродейст­вие) крайне ограничены, он подвержен стрессам, его действия мо­гут быть неточными, а работа в целом менее надежной. Все это говорит в пользу полной автоматизации системы.

Однако основным ограничением автоматики является детер­минированность алгоритма ее работы. Это означает, что все воз­можные действия должны быть заранее предусмотрены и описа­ны, но одним из признаков сложной системы является тот факт, что ее поведение в некоторых случаях может оказаться неожи­данным. Иначе говоря, для сложной системы нет полностью аде­кватной модели, что, в свою очередь, делает невозможной пол­ную автоматизацию процесса управления и, следовательно, тре­бует наличия в контуре управления человека-оператора. Никакая автоматика сегодня не может превзойти человека в его способно­сти к быстрому изменению алгоритма управления, возможности прогнозировать развитие событий на основе собственного опыта и интуиции, способности ориентироваться в условиях неполной или искаженной информации.

Итак, мы выделили первый фактор, влияющий на разделение функций: возможность формализованного детерминированного описания процесса управления (технологический фактор). Руко­водствуясь этим критерием, задачу распределения функций мож­но решить довольно просто. Нужно передать машине все то, что она способна выполнить, а остальное возложить на человека. По­добный подход предполагает, что развитие технических возмож­ностей компьютеров и программного обеспечения позволит авто­матизировать все большее число функций управления, постепен­но вытесняя человека. Это приведет к уменьшению нагрузки на оператора и численности оперативного персонала, высвобождению операторов от многочисленных мелких забот, исключению мало­значащих ошибок и ряду других положительных результатов. Хотя оператор по-прежнему будет иметь высший приоритет, од­нако, перестав быть постоянным активным участником процесса управления и находясь в роли пассивного наблюдателя, человек-оператор может стать источником серьезных инцидентов. При­чиной этого явления служат негативные психические состояния, вызванные недостаточной информационной и эмоциональной на­грузкой. В условиях монотонности возможно понижение внима­ния оператора, снижение уровня квалификации из-за длитель­ных периодов «безделья», нежелание критически оценивать си­туацию и свои действия. В результате человек не всегда может переключиться, собраться и принять правильное решение. Дан­ный аспект автоматизации демонстрирует наличие еще одного важного фактора, подлежащего учету при разделении функций: адекватность психофизиологическим особенностям человека (пси­хологический фактор).

Выделенные два фактора (психологический и технологиче­ский) составляют лишь верхний уровень иерархии факторов, та­ких как объемы перерабатываемой информации, скорости проте­кания процессов, сложность задач, уровень профессиональной подготовки, личностные качества, мотивация и др. Формирова­ние оптимальных ролевых установок человека и машины в СЧМ возможно лишь при условии комплексного анализа и учета всех этих факторов.

Распределение ролей между человеком и автоматикой доволь­но часто служит критерием классификации СЧМ. Так, в соответ­ствии с этим критерием, различают следующие виды эргатических систем:

■ целеустремленные — в которых процесс функционирования определяется человеком;

■ целенаправленные — в которых на отдельных этапах или при определенных режимах или условиях человек лишен возмож­ности вмешаться в процесс функционирования системы;

■ целесообразные — в которых человек не имеет возможности управлять процессом функционирования, но за ним сохраня­ются функции обеспечения процесса функционирования или прекращения его в случае аварийных или непланируемых си­туаций.

В ряде работ предлагается различать СЧМ по достигнутой в них степени автоматизации, зависящей от того, кому — человеку или компьютеру — предписано выполнение задачи (в табл. 14.1 при­ведена градация степени автоматизации СЧМ по Т. Шеридану) или каждой из четырех фаз ее решения: мониторинга, генерации ре­шений, выбора решений и исполнения (в табл. 14.2 приведена классификация СЧМ по степени автоматизации). Все перечислен­ные в данном разделе классификации «ЧМ» сведены в табл. 14.3.

Таблица 14.1

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: