Эргатические системы управления

Введение. 

     Термин  «эргономика» (греч. ergon – работа, nomos – закон) обозначает науку о взаимодействии человека-оператора с машиной  и средой, объединённых в единую эргатическую систему. Эргатические системы  чрезвычайно разнообразны и иерархичны. В настоящее время системы «человек-машина» в связи с развитием технических средств всё более и более превращается из систем контроля в системы управления, в которых человек–оператор занимает доминирующее положение. Классификация эргатических систем может быть проведена по ряду признаков. По основной целевой функции они делятся на контрольные, управления, поисковые, восстанавливающие и обучающие эргатические системы. Системы управления имеют две разновидности: систему слежения с компенсацией и систему слежения с преследованием. В первом случае выходные сигналы оператора можно не вводить в наблюдаемую им систему. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Особенности эргатических систем управления. 

     Эргатические  системы управления – это системы, которые включают в качестве элементов, как технические системы, так и людей, взаимодействующих с этими системами.

     Для эффективного функционирования подобных систем необходимо выбирать рациональные способы взаимодействия людей с  техникой на основании выводов эргономии. Эргатические системы управления делятся на простые, такие как автомобиль-водитель, самолет-летчик, ЭВМ-исследователь, управляемый объект-оператор и т.п. и большие сложные, которыми являются, например, автоматизированные системы управления.

     В качестве автоматизированной системы  управления выделяют два основных типа:

     1. системы организационно-экономического, или административного управления – для которых объектом управления является предприятие, отрасли народного хозяйства, министерства, ведомства, т.е. коллективы людей, использующих машины, процессы, устройства;

     2. системы управления технологическими процессами, где основной формой передачи информации являются различные сигналы, в то время как в системах административного управления – это документ.

     Особенности эргатических систем управления.

1. Функциональные группы.
1. Наличие общей задачи и единой цели функционирования для всей системы. Сложность поведения, связанная со случайным характером внешних воздействий и большим количеством обратных связей внутри системы.
2. Устойчивость по отношению к внешним и внутренним помехам и наличию самоорганизации и адаптации к различным воздействиям.
3. Надёжность системы в целом, построенной из не абсолютно надежных компонентов.
4. Способность к развитию, выражающаяся в способности изменять функции и структуру.
2. Структурные группы.
1. Большое количество взаимодействующих частей или элементов, составляющих систему – целостное образование.
2. Возможность    выделения    групп      взаимодействующих     элементов – подсистем, имеющих специальное назначение и цель функционирования.
3. Наличие иерархической структуру связей подсистем и иерархии критериев качества функционирования всей системы.
3. Группы изготовления.
1. Значительные затраты на разработку и изготовление.
2. Достаточно многообразный набор возможных допустимых вариантов построения и функционирования системы.
3. Необходимость привлечения для проектирования, создания системы многих научных дисциплин.
4. Несоответствие проектных решений, определённых в документации, реализованных проектным решениям из-за расхождения моделей разработчиков на этапах проектирования.
5. Необходимость ввода в строй одновременно всех элементов.
4. Эксплуатационные группы.
1. Большой объём циркулирующей в системе информации, эффективная обработка, которая вручную практически невозможна.
2. Осуществления прогноза последствий нештатных аварийных ситуаций.
3. Невозможность достоверно прогнозировать воздействие на систему непрерывно изменяющейся окружающей среды, вследствие неполноты информации о возможных изменениях в среде за период жизненного цикла системы.
4. Необходимость развитой инфраструктуры, обеспечивающей ремонт и восстановление эргатических систем управления.
5. Эргономические группы.
1. Основной  функцией   человека   в  эргатических   системах  управления

является  управление.

2. Способность человека оперировать нечёткими представлениями, воспринимать сложные объекты, процессы или явления как единое целое.
3. Умение творчески, гибко действовать в сложных непредвиденных ситуациях   в   условиях   недостаточной или не   полностью достоверной

   информации.

4. Способность переходить от одних технологий управления к другим в зависимости от конкретных управленческих ситуаций.
5. Непредсказуемость поведения, настроения, работоспособности.
6. Субъективный характер принимаемых решений, особенно в условиях острого дефицита времени и отсутствия достаточно полной информации, возможность случайных и преднамеренных ошибок при обработке информации или формировании информационных сообщений.
7. Низкая вычислительная мощность человека. Неспособность воспринимать большое число вариантов исходов, прогнозировать результаты принятых решений.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Инженерно-психологические  проблемы создания и эксплуатации эргатических систем управления. 

        По мере усложнения эргатических систем управления всё ощутимее становятся потери от несоответствия характеристик технических средств возможностям человека. При этом основные трудности связаны не только с совершенствованием технических и программных средств, но и с недостаточным развитием методов учёта человеческого фактора при создании и эксплуатации сложных эргатических систем управления. 

Существует  ряд проблем, требующих решения  в процессе создания и эксплуатации эргатических систем управления.

        Проблема первая: компенсация ошибочных (в первую очередь непреднамеренных, но также и преднамеренных) действий человека, влекущих за собой «негативные» последствия для процесса функционирования эргатических систем управления.

        В эргатических системах управления должны быть учтены: забывчивость оператора, его подверженность ошибкам. Непостоянство внимания. Если решение, принятое человеком, может привести систему в аварийный режим (контроль осуществляет сама система), то это решение не должно восприниматься, о чём система должна сигнализировать оператору. Подобные действия в состоянии выполнить лишь сложная система с хорошо развитыми средствами интеллектуальной поддержки операторов.

        Вторая проблема: формализация психологических аспектов мыслительной деятельности человека в процессе выработки решений по реализации какой-либо задачи.

      Проблема формализации основных схем поведения и психологических характеристик человека-оператора связана с попытками создания математических моделей деятельности. Это обусловлено,  прежде всего, необходимостью создания единого языка описания функционирования системы в целом, причём принято считать, что разработка математических моделей деятельности является одним из перспективных путей решения это проблемы. В тоже время в процессе проектирования деятельности подчас целесообразно автоматизировать те или иные функции человека-оператора, т.е. поручить выполнение их техническими средствами, носящим в себе черты модели, соответствующей деятельности человека. Движение любого объекта обусловлено его собственными свойствами и действием на него управляющих сил. В целом объект и система управления им образуют динамическую систему, движение которой может быть описано дифференциальными уравнениями. Класс таких дифференциальных уравнений описывается сложной системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка со случайными параметрами, аналитического выражения для которых до сих пор не существует. Для всех систем, за исключением простейших, истинное явление можно описать с помощью уравнений лишь приближённо. Это обусловлено тем, что мы не знаем всех факторов, влияющих на систему, или получаем слишком громоздкие уравнения, которые современными средствами решать весьма сложно. Обычно рассматривается небольшое число аспектов поведения эргатических систем управления.

        Основной принцип построения моделей заключается в том, что результаты, получаемые с помощью моделей, должны соответствовать экспериментальным данным, и, кроме того, модель должна давать возможность получать новую информацию о системе или объекте.

       Третья проблема: определение «границ возможного» в деятельности человека и возможностях техники для оптимального распределения функций между ними. Пределы функционирования сложных систем определяются условиями и воздействиями, приводящими к срыву деятельности. В этом смысле срыв операторской деятельности является одной из глобальных проблем, стоящих перед проектировщиками сложных эргатических систем управления. Цель проектирования состоит, прежде всего, в том, чтобы избежать, исключить возможность аварий (прекращения деятельности) современных систем, которые неотвратимы при срыве деятельности человека-оператора. Степень согласованности характеристик технических средств с психофизическими характеристиками человека-оператора определяется эффективность деятельности. Срыв деятельности характеризуется нулевой и даже отрицательной эффективностью.

        Выделяют следующие аспекты срыва  операторской деятельности, исследование  которых необходимо при проектировании:

1. Определение критических значений потока информации в зависимости от способов деятельности;
2. Оценка влияния автоматизации процессов управления на устойчивость операторской деятельности;
3. Выявление «слабых» звеньев в структуре деятельности в целях проектирования наилучших способов деятельности;
4. Раскрытие стадий срывов деятельности с выявлением необходимых перестроек, переходов от одного к другому способу деятельности при обнаружении возможности срыва деятельности;
5. Определение допустимых границ изменений функционального состояния оператора;
6. Определение границ между областями устойчивости деятельности и срывов деятельности, т.е. определение тех требований, которые проектировщики систем могут предъявить к человеку-оператору в соответствии с функциональными возможностями операторов конкретных систем.

     Четвёртая проблема: формализация основных схем поведения (их ещё называют алгоритмами или последовательностями деятельности) человека в зависимости от сложившейся ситуации и предложение оператору лучшей из них.

К этому  классу задач относятся:

1) классификация  типов поведения;

2) моделирование  поступков;

3) определение траектории поведения;

4) формирование  поведения.

     Пятая проблема: психологических характеристик человека и их диапазонов для обеспечения «комфортного» общения человека и техники, использование мощи современных технологий и техники для уменьшения потребности адаптации людей к системе.

         Современные средства взаимодействия  «человека-техника» представляют  собой сложный комплекс, включающий  различные компоненты: планирование, информирование и управление  общением; формализация облика информации, интерпретация сообщений; представления, обработки данных и принятия решения;  обеспечения надежности и др.

         Основной тенденцией перспективного  развития и совершенствования  средств взаимодействия является  создание адаптивных интеллектуальных систем, учитывающих целесообразное распределение нагрузки между искусственным интеллектом ЭВМ и интеллектом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Специфика анализа и синтеза эргатических систем управления. 

         Задачи анализа эргатических систем управления решаются, как правило, на стадиях ее эксплуатации, транспортирование, снятие с эксплуатации и списание. Анализ используется также для исследования различных вариантов вновь создаваемых эргатических систем управления с целью выбора лучшего варианта.

         Задачи синтеза эргатических систем управления решаются на различных этапах их проектирования и создания.

         К задачам синтеза эргатических систем управления относится процесс принятия решения о целесообразности того или иного нововведения и обоснованного выбора направлений предпроектных исследований.

         Виды анализа и синтеза эргатических систем управления:

1. Структурный анализ и синтез эргатических систем управления направлен на решение следующих задач:

– описание состава организации эргатической системы управления и построение её структурной схемы;

– определение  рационального число уровней  управления, состава и мест размещения звеньев управления;

– построение обобщённой структурной информационной модели эргатической системы управления;

–  описание материальных, вещественных и информационных связей.

2. Функциональный анализ и синтез эргатических систем управления направлен на решение следующих основных задач:

– анализ функций управления в структурных  подразделениях;

– выбор состава автоматизируемых функций и определение их взаимодействий;

– определение  способов сбора, хранения и отображения информации,необходимой для функционирования системы управления;

– определение  порядка обработки информации;

– создание системы контроля за доведением решений  и их исполнением,  а

также оценка результатов выполненных  решений;

– учёт психологических факторов оператора  при управлении сложными эргатическими  системами управления.

3. Информационного анализа и синтеза эргатических систем управления заключаются в исследовании и поиске рациональных способов взаимодействия оператора с техническими средствами.
4. Параметрический анализ и синтез эргатической системы управления связаны с исследованием и количественной оценкой разнообразных свойств и различных условий функционирования оперативного персонала и используемых технических средств управления.