Взаимодействие человека и техники в транспортных эргатических системах

Глава V

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ  ЧЕЛОВЕКА И ТЕХНИКИ 

В ТРАНСПОРТНЫХ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1. Системы управления подвижными объектами

На транспорте человек  и техника взаимодействуют в  трех сферах деятельности: непосредственное управление транспортными подвижными объектами (машинист – локомотив); дистанционное управление комплексами подвижных или неподвижных транспортных объектов (диспетчерский аппарат, дежурные по станциям, операторы сортировочных горок и др.); управление большими системами (автоматизированные системы управления отдельными видами транспорта). Каждая из этих сфер обладает своими специфическими особенностями, требует особых подхода к изучению, рекомендаций. И в то же время все они обладают сходными чертами, общими зависимостями.

Изменений функций человека в транспортных эргатических системах сопровождается появлением новых особенностей деятельности, вызванных тем, что оператор все чаще управляет одновременно несколькими объектами, решая при этом ряд несходных между собой задач. Он все больше удаляется от объектов управления, получая информацию об их состоянии по системам дистанционной передачи данных. По-иному нагружены его органы чувств, так как зрительный канал восприятия становится основным для приема информации. И, наконец, в большинстве современных транспортных человеко-машинных систем оператор действует в условиях острого дефицита времени, вызванного возросшей скоростью передвижения транспортных средств.

Таким образом, на транспорте человек в системе управления взаимодействует с различными машинами и механизмами, при этом высокие требования предъявляются не только в технике, но и к человеку. Ведь ему взаимодействие с весьма сложными машинами и механизмами приходится осуществлять в условиях напряженной деятельности, испытывать на себе самые различные, иногда далеко не благоприятные воздействия окружающей среды, постоянно быть бдительным, чувствовать огромную ответственность. В этих условиях учет возможностей и особенностей человеческого фактора как при создании транспортных технических средств, так и в организации труда железнодорожников приобретает первостепенное значение. Естественно, что для человека необходимо не только создавать хорошие условия труда на основе знания его психофизиологических возможностей, но и обеспечить высокую эффективность производственного процесса, так как это требование не зависит от того, работает ли в системе или она полностью автоматизирована.

Рассмотрим подробнее  эргатическую систему «машинист  – локомотив», уделив основное внимание ее человеческому звену и его взаимодействию с техникой. На железнодорожном транспорте в последние годы резко возросли скорости и интенсивность движения, а это значительно увеличивает психофизиологическую нагрузку людей, выполняющих водительские функции. Возникают новые формы взаимодействия человека и подвижного транспортного объекта, взаимоотношения людей с системами, находящимися на объекте, все более усложняются. В среднем из общего баланса рабочего времени машиниста локомотива около 45% времени приходится на работу в пути, 39% – на проверку и уход за локомотивом на стоянках, 16%  – на прием и сдачу локомотива в депо и подачу его к поезду.

Современный локомотив, как и другие подвижные транспортные объекты, относится к классу эргатических систем, работа машинистов которых характеризуется двумя основными параллельными компонентами деятельности – управления со своим контуром регуляции – процессом самого вождения (управление перемещением в пространстве) и контроля за работой энергосистемы, поддержание ее функционирования в пределах нормы. Значение взаимодействия человека-оператора и техники в подобных случаях удвоения контура управления особенно велико, так как при этом возрастает вероятность отказов системы в целом.

В деятельности машиниста-оператора  можно выделить также два последовательных этапа: подготовку локомотива к поездке (осмотр машины и прием ее в депо) и саму поездную работу. При подготовке машинист убедиться в исправности локомотива, контроллера, всех электропневматических контактов, освещения и др., наличие песка, смазки, проверить, нет ли постороннего шума и стука в агрегатах и узлах. После прицепки локомотива к составу машинист проверяет правильность сцепления локомотива с первым вагоном и соединения их воздушных рукавов. На эту работу он затрачивает значительное количество времени, так как тщательность проверки – гарантия безотказной работы отдельных систем локомотива в пути, а даже мелкие неисправности могут привести к серьезным осложнениям во время рейса.

Поездная работа предъявляет  высокие требования к работоспособности  различных анализаторных систем организма машиниста, прежде всего зрительной, двигательной и слуховой. Из-за небольшого резерва времени для управляющих действий, что связано, в частности, с критической величиной тормозного пути, машинист должен на чрезвычайно малом отрезке времени не только воспринять соответствующий сигнал, но правильно осмыслить его, принять верное решение и выполнить необходимый двигательный акт. Объект основного внимания машиниста – состояние пути. В процессе поездной работы он непрерывно воспринимает осведомительную информацию о состоянии напольных сигналов, околодорожного пространства, движущихся объектов, имеющих определенное значение для безопасности движения (пешеходы, транспорт на переездах и др.). Объем информации такого рода достаточно велик. Подсчет сигнальных раздражителей, действующих на машиниста в течение рейса протяженностью 600 км, показал, что общая сумма их 8 – 10 тыс., из них лишь 10% производственно важны (светофоры, переезды, ограничители скорости, показатели профиля пути и др.). Остальные, как правило, в любой момент могут стать ими [12]. Это значит, что даже при умеренных для современного железнодорожного транспорта (80 – 100 км/ч) машинист в течение каждой минуты воспринимает в среднем 20 сигнальных раздражителей при скорости 80 км/ч и 22-28 при скорости 100 км/ч. Напомним, что на отдельных участках дорог скорость движения 20 км/ч.

По данным иностранной  печати, в последние годы значительно  выросло число элементов индикации, приходящихся на человека в транспортных системах управления. Так, число приборов и различных индикаторов на пульте управления локомотивом увеличилось в 2 раза [20]. Возможности же человека по приему информации не изменились. Более того, увеличение скорости движения привело к тому, что время, которым теперь располагает машинист для принятия решений и выполнения необходимых операций, сократилось почти в 3 раза.

Загрузка машинистов-операторов возросла не только из-за увеличения органов  управления и средств контроля в  кабине, их усложнения. Значительно вырос темп обмена информацией между подвижным транспортным объектом и человеком, который им управляет. Информационная нагрузка машиниста зависит от сложности системы управления локомотивом, поездной обстановки, состояния окружающей среды и с увеличением скоростей движения может достигнуть предельных значений пропускной способности человека. Загрузку увеличивает и несовершенство локомотивной системы контроля энергетических установок, что особенно часто проявляется при возникновении неисправностей, прерывающих нормальный ход рабочего процесса. Чтобы отыскать их (например, в электрических схемах тепловозов), надо в 10 раз больше времени, чем устранить. Определение неисправностей затруднено многообразием видов отказов, что локомотивные системы контроля не способны выполнять все необходимые функции. Но тем не менее время на поиск и устранение неисправностей в первую очередь зависит от учета конструкторами роли машиниста в процессе управлении, его участия во взаимодействии с аппаратурой контроля. Так возникает необходимость определить ограничения возможностей человека и согласования их с системами информации, которыми оборудованы современные транспортные средства.

Даже хорошо зная участок  пути, машинист не гарантирован от непрогнозируемых случайностей, неопределенность которых (в том числе и временя) весьма велика. Неточности и ошибки, допускаемые машинистом при управлении локомотивом (пропуск значимых сигналов, неправильное восприятие сигналов и оценка их значимости), в значительной степени связаны с дефектами субъективной модели условий деятельности.

 Анализ особенностей рабочего места в кабинете машиниста и самой его оперативной деятельности показал, что движения, посредством которых он управляет локомотивом, несложны и характеризуются минимальными мышечными усилиями [3]. Общая мышечная работа при скорости движения поезда 100 – 140 км/ч равна 40-50 Дж за 3 - 6 ч работы, в течение которых он делает примерно 650 незначительных по усилиям движений. В некоторых ситуациях особое значение приобретает способность выполнять быстрые и точные управляющие действия: при внезапных сменах сигналов, появление препятствий на пути, обрывах контактного провода, резких изменениях напряжения в контактной сети и др. некоторое увеличение мышечной нагрузки наблюдается на участках со сложным профилем пути. Это объясняется тем, что на спуске машинисты электровозов применяют рекуперативное торможение, а машинисты тепловозов тормозят состав. В обычных условиях управление локомотивом, как правило, состоит из нескольких комбинаций ограниченного числа стандартных двигательных элементов, не требует высокой скорости, особой точности и значительного физического усилия, а следовательно, специальной психомоторной одаренности. Однако зрительный контроль за исполнением действий в ряде случаев свернут и упрощен из-за необходимости постоянно напряженно наблюдать за ситуацией, в том числе за той информацией, которая сигнализирует о результатах уже выполненных управляющих действий. Такая связь управляющих действий с органами управления обеспечивается двигательным анализатором, что предъявляет к последнему высокие специфические требования (например, находить на ощупь нужный тумблер).

Если выделить в деятельности машиниста сенсорный, мыслительный и моторный компоненты, то количественное соотношение их в процессе поездной работы далеко не одинаково. Так, данные хронометража на одном из участков показали, что на протяжении 90 км пути в течение 50 мин в условиях ночной поездки машинист действовал контроллером 13 раз, краном машиниста – 7, переключателем жалюзи для регулировки температуры воды – 16, тифоном-свистком – 9 раз, т.е. он совершил 45 движений, необходимых и достаточных для ведения состава и соблюдении правил безопасности движения. За это же время он воспринимал 88 производственно значимых сигналов, не считая профиля пути, указателей скорости, сигналов, сигналов путевых рабочих и др. Одновременно машинист следил за показаниями приборов, характеризующих движение состава и режим работы агрегата и отдельных узлов локомотива. Такое состояние называется «оперативным покоем» и в среднем занимает около 80% всего поездного времени. Таким образом, уже простая фотография небольшого отрезка времени работы машиниста показывает исключительную роль зрительного анализатора, посредством которого воспринимаются сигнальные объекты и показания приборов на пульте управления локомотивом.

Другой вид информации, получаемой машинистом в пути, - периодические рапорты помощника, переговоры по радио с диспетчером и машинистами встречных поездов, а также сигналы, воспринимаемые слуховым анализатором, о состоянии двигателя локомотива и пути. Малейшее нарушение привычного шума сигнализирует машинисту о каких-либо неисправностях агрегатов и отдельных узлов. Что касается мыслительной деятельности, то в нормально протекающем рейсе на хорошо знакомом участке дороги ее нельзя квалифицировать как очень напряженную, так как она не связана с формированием новых творческих решений и обычно ограничена лишь выбором одного из небольшого числа хорошо знакомых решений (рис.28).

Нередко предотвращение аварийной ситуации зависит от того, насколько точно машинист на ходу поезда определит расстояние до внезапного препятствия. Если водители других видов транспорта при необходимости могут объехать препятствие, то у машиниста в подобной ситуации реальна только одна возможность избежать аварии – остановить поезд.

Рис.28. Картограмма гигиенических  условий, тяжести и напряженности  труда машинистов электровозов (обозначения те же, что на рис.18)

Приближаясь к станции, он обязан избегать резких толчков и остановить состав в строго определенном месте. В этой связи большое значение имеет непосредственная оценка расстояния до места остановки. В равной степени это относится и к перегону, где машинисту на отдельных участках пути необходимо почувствовать время, место и силу торможения для изменения скорости движения поезда. Следовательно, для успешной деятельности ему должно быть присуще специализированное восприятие времени и пространства.

Непрерывная зрительная оценка длины различных участков пути часто осуществляется в крайне неблагоприятных условиях: ночью, в туманную или дождливую погоду и др. Особую значимость точная зрительная оценка расстояния приобретает в случаях экстренного торможения. Точность ее зависит прежде всего от того, насколько правильно умеет машинист сравнивать различные пространственные величины в нормальных условиях работы. Специально поставленные эксперименты во время поездной работы при хорошей видимости и на прямых участках пути показали, что способность к оценке расстояния даже у опытных машинистов нестабильна. Короткие (100 – 350 м) дистанции в основном переоцениваются; средние (350 – 600 м) и длинные (600 – 1000 м) в большинстве случаев недооцениваются [35]. При плохой видимости и на сложных профилях пути такого рода оценки ухудшаются. В этих случаях способность сравнения различных пространственных величин приобретает особое значение. Для безопасности движения большое значение имеет расчет тормозного пути. Длина его определяется техническим состоянием тормозных механизмов, составом, массой и скоростью поезда. Но точность расчета зависит от функционального состояния машиниста, его опыта и квалификации.

За последние годы взгляды разработчиков транспортных подвижных объектов на человека претерпели существенные изменения. Теперь человек  не рассматривается ими в качестве «черного ящика», способного восстанавливать работоспособность системы при отказе ее элементов и находить правильные решения в неожиданных ситуациях. Конструкторы пробуют определить эргономические характеристики человека. Для систем управления подвижными транспортными объектами такой характеристикой служит особое психическое состояние человека-водителя – бдительность, которая зависит от большого числа разнообразных факторов. Например, на железнодорожном транспорте нарастанию утомления локомотивной бригады и, как результат, снижению бдительности способствуют резкие колебания температуры в кабине машиниста по временам года, ее перепада на уровне ног и головы, изменение скорости движение воздуха в кабине. Особенно сильные воздействия этих изменений испытывают машинисты скоростных локомотивов. Абсолютная величина колебания давления, вызванного движением воздуха, при скорости 130 – 140 км/ч достигает 1,33 кПа. С увеличением скоростей движения параметры изменения давления будут все более высокими. Зрительная информация принимается на фоне интенсивного набегания пути, мелькания шпал, что очень утомляет локомотивную бригаду. Нужно учитывать и то, что в общем объеме воспринимаемой машинистом информации, как показывают исследования, полезная составляет всего лишь 1,5%. Поэтому надо ограничить поле зрения машиниста. Если сдвинуть кабину назад от торца кузова, образовавшаяся перед ветровым стеклом площадка защитит машиниста от неблагоприятного воздействия набегания шпальной решетки.