Моделювання і дослідження поліфакторних впливів-відгуків у вузлі управління складної біотехнічної системи

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

На правах рукопису

УДК 51.001.57+ 007.51

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛЮВАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛІФАКТОРНИХ ВПЛИВІВ-ВІДГУКІВ У ВУЗЛІ УПРАВЛІННЯ СКЛАДНОЇ БІОТЕХНІЧНОЇ СИСТЕМИ

01.05.02 - "Математичне моделювання та обчислювальні методи"

ІЄВЛЄВ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

Львів-2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті "Львівська політехніка", Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

Кизименко Леонід Дмитрович, доктор біологічних наук, кандидат технічних наук, професор завідувач кафедри інженерно-педагогічної підготовки Національного університету "Львівська політехніка".

Офіційні опоненти:

Матвійчук Ярослав Миколайович, доктор технічних наук, професор, професор кафедри "Теоретична радіотехніка та радіовимірювання" Національного університету "Львівська політехніка";

Дивак Микола Петрович, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри: "Комп'ютерних наук" Тернопільської академії народного господарства.

Провідна установа: Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури Державного комітету зв'язку та інформатизації НАН України, відділ інформаційних технологій і систем (м. Львів).

Захист відбудеться "25" березня 2005р. о 16.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.05 у Національному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, Львів-13, вул. С. Бандери,12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, Львів-13, вул. Професорська, 1.

Автореферат розісланий "23 " лютого 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Федасюк Д.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Покращення роботи систем з людиною і технікою з метою забезпечення точності, ефективності і надійності їх функціонування є важливим завданням, яке визначається реаліями сучасного життя перед нашою наукою і практикою.

Відомі математичні моделі технічних компонентів системи, які створенні в теорії автоматичного управління, на сьогодні дозволяють в цілому адекватно описати їх відгук. Однак не існує загальновизнаного підходу до моделювання "живих" компонентів цих систем незалежно від їх місця і функцій в ієрархії системи. При створенні таких моделей слід враховувати як закономірності сумісного функціонування "живих" і технічних компонентів, так і поліфакторність впливів в системі. Семантичну основу поліфакторних впливів становлять їх вербальні і невербальні (в процесі спілкування передають від 60 % до 80 % інформації) компоненти. В той же час, в теорії систем практично відсутні роботи з моделювання дії невербальних компонентів поліфакторних впливів на роботу системи.

Усе вищевказане обумовлює актуальність виконаного дослідження, в якому запропоновано рішення питань врахування невербальних компонентів поліфакторних впливів. В роботі сформульовано принципи побудови складних ієрархічних біотехнічних систем (БТС), які включають довільну кількість уніфікованих вузлів управління, що зв'язані лініями управління. Кожен вузол управління є окремою біотехнічною підсистемою, яка включає "живу" та технічну компоненти. Отже, пропонується математична модель вузла управління складної біотехнічної системи для дослідження його відгуку на невербальні компоненти поліфакторних впливів.

В основу дослідження нами покладено роботи провідних закордонних і вітчизняних вчених, які працювали окремими аспектами проблеми моделювання БТС та (або) їх компонентів:

* системні дослідження - Р. Акофф, М.М. Амосов, Л.Д. Кизименко, Б.Ф. Ломов, К.К. Платонов, Ф. Емери та ін.;

* дослідження "людино-технічних систем" - В.В. Павлов, І.В. Кузьмін, А.І. Губінський, І.Е. Цибулевський, Дж. Бекі, У. Вудсон, Д. Коновер, Г. Шерідан та ін.;

* типології впливів і прогнозування відгуків людини, в тому числі на невербальні впливи - І.М. Горелов, Ю.М. Ємєльянов, О.В. Козлова, Д.І. Шапиро, Ф. Геpцбеpг, М. Аргайл, Р. Бердвіссл, Т.А. Ван Дейк, А. Піз та ін.

* моделювання біотехнічних систем та їх компонентів з використанням апарату теорії нечітких лінгвістичних змінних - М.З. Згуровський, М.О. Жупанова А.В. Леоненков, С. О. Орловський, П.О. Ротштейн, Е. Мамдані та ін.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведена робота в галузі дослідження БТС, за участю, як відповідального виконавця і виконавця, автора - наукового співробітника Дослідницького Центру Міністерства освіті і науки України, асистента кафедри інженерно-педагогічної підготовки Національного університету "Львівська політехніка", тісно пов`язана з існуючими програмами, планами, темами названих установ, які розроблялися в цьому напрямку, а саме:

* науково-дослідна робота по дослідженню і створенню біотехнічних систем (комплексів) та їх компонентів з метою підвищення ефективності функціонування "людського фактору" в системах освіти та у виробничих умовах (згідно з Договором про наукову Співпрацю між Дослідницьким Центром Міністерства освіти і науки України і Інститутом комп'ютерних систем Корпорації "Київський інститут автоматики" від 07.03.2000 р.);

* реалізація "Комплексної програми вдосконалення роботи з кадрами та підвищення авторитету міліції на 1999-2005 роки". (Згідно з Договором про Співпрацю між Дослідницьким Центром Міністерства освіти і науки України та управлінням Державної пожежної охорони Міністерства Внутрішніх Справ України у Львівській області від 30.12.1999 р.);

* спільний україно-канадський проект "Реформування соціальної служби України" в рамках підготовки фахівців із спеціальності 0402 "Соціологія" (Соціальна робота) (згідно з Договором про співпрацю між Національним університетом "Львівська політехніка" і Манітобським університетом (Канада) від 23.04.1999 р.);

* робота по підвищенню ефективності викладання дисциплін на психолого-педагогічному відділенні Дослідницького Центру Міністерства освіти і науки, Учбово-виробничому комбінаті Украгропромбуд (згідно з Договором про Співпрацю між Дослідницьким Центром Міністерства освіти і науки України та Учбово-виробничим комбінатом Украгропромбуд від 01.09.2003 р.); тощо.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка математичної моделі вузла управління складної біотехнічної системи для дослідження його відгуку на поліфакторні впливи.

Поставлена мета досягається вирішенням таких завдань:

* огляд та аналіз відомих моделей функції відгуку "живих" і технічних компонентів на поліфакторні впливи різної природи в БТС;

* розробка концепції механізму відгуку вузла управління БТС на вербальні і невербальні компоненти поліфакторних впливів;

* розробка та дослідження математичної моделі оцінювання дії невербальних компонентів поліфакторних впливів управління на відгук індивіда у вузлі управління БТС;

* створення та дослідження математичної моделі відгуку вузла управління БТС згідно із результатами проведених експериментів.

Об`єктом дослідження є складна ієрархічна біотехнічна система, яка об'єднує довільну кількість з'єднаних лініями управління вузлів управління, кожен з яких містить "живу" і технічну компоненти.

Предметом дослідження є механізм відгуку "живих" і технічних компонентів вузла управління біотехнічної системи на поліфакторні впливи.

Методи дослідження. При побудові математичної моделі оцінки впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук вузла управління БТС використано математичний апарат теорії нечітких лінгвістичних змінних, обчислювальні методи (квазіньютонівський метод, метод Хука-Дживса та ін.) тощо.

Основними способами обробки та аналізу даних були параметричні і непараметричні методи математичної статистики та теорії ймовірності, такі як, критерій Фішера - Снедекора, лінійна і непараметричні кореляції, факторний, регресійний, однофакторний дисперсійний аналізи та ін.

Для отримання первинних даних використовувалися методи психологічної діагностики і візуальної діагностики, методи суб'єктивного шкалювання (методи оцінювання та відмірювання, кількісні та якісні шкали, зокрема, шкала нечітких лінгвістичних оцінок) тощо.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розроблено та досліджено нову математичну модель складної біотехнічної системи з використанням вузлів управління, яка на відміну від відомих враховує внесок невербальних компонентів поліфакторних впливів у відгук вузла управління, та визначено параметри моделі для випадку вузла управління вищого рівня ієрархії (організаційний тип діяльності індивіда).

2. На підставі результатів проведених досліджень розроблений оригінальний метод, який використано для визначення параметрів індивіда, які детермінують відгук вузла управління на дію невербальних компонентів поліфакторних впливів, та вперше означено їх перелік.

3. Вперше створено математичну модель для процесу оцінювання дії поліфакторних впливів на вузол управління з використанням математичного апарату теорії нечітких лінгвістичних змінних, що дозволило врахувати важкометризовані параметри вузла управління.

Практичне значення одержаних результатів. Автором узагальнено і опрацьовано механізм відгуку індивіда у вузлі управління БТС. На основі результатів проведеного аналізу запропоновано типовий перелік поліфакторних впливів, які містять невербальні компоненти. Проведено дослідження, які дозволили означити параметри (психосоматичні ознаки) "живого" компоненту вузла управління. При цьому враховано тип діяльності "живого" компоненту, який в переважній більшості випадків обумовлюється місцем вузла управління в ієрархії системи. Надана можливість прогнозувати відгук ВУ БТС при використанні обмеженої кількості параметрів.

Результати роботи використано:

* в роботі Державної пожежної інспекції Львівської області при прогнозуванні відгуку індивіду на невербальні компоненти поліфакторних впливів, на базі стандартних психодіагностичних процедур, при діях в екстремальних умовах. Надано методичні рекомендації щодо використання цього підходу в практичній діяльності при здійснені психологічного забезпечення оперативно-службової діяльності підрозділів;

* в навчально-виховному процесі Учбового Центру ДЦ Міністерства освіти і науки України при НУ "Львівська політехніка" при підготовці фахівців за напрямком "Педагогіка" та Учбово-виробничого комбінату Украгропромбуд при підготовці фахівців робочих спеціальностей;

* при створенні технологій експрес-психодіагностики профпридатності і профвідбору;

* в розробках Інституту комп'ютерних систем Корпорації "Київський інститут автоматики" при розробці систем управління в металургії.

Зазначене використання результатів підтверджуються відповідними актами і довідками про впровадження.

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, подані у дисертації, одержані автором особисто. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, особистий внесок здобувача такий: [2] - основні принципи моделювання механізму "поліфакторний вплив - > відгук" в БТС, [4] - математична модель відгуку, аналіз означених параметрів людини, які детермінують її відгук на невербальні компоненти поліфакторних впливів, [5] - аналіз результатів дослідження параметрів невербальних компонентів оперативних і тактичних впливів із врахування механізму відгуку людини в БТС, [11] - математична модель відгуку людини в системі, [12] - рекомендації, щодо врахування результатів математичної моделювання відгуку для інтенсифікації навчального процесу ВНЗу, [14] - результати аналізу впливу параметрів невербальної комунікації на відгук людини, [16] - основні аспекти математичного опису відгуку людини в складних системах, [17] - імовірнісна характеристика "мови тіла" різних типів неформальних лідерів, [19] - аналіз функцій основних невербальних компонентів поліфакторних впливів, як індикаторів психо-емоційного стану підрозділу Державної пожежної охорони та рекомендації щодо інтерпретації їх змісту, [20] - систематизація описів зовнішніх проявів поведінки людини в екстремальних умовах.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертації доповідались і обговорювались на: Всеросійській нараді "Проблемы создания национальной академической системы баз данных и баз знаний" (Уфа, 1995); І Міжнародній нараді "Проблеми людини - екологія, здоров`я, освіта (Ужгород, 1995); Міжнародній науковій конференції "Математичне моделювання у психологічних та педагогічних дослідженнях" (Дніпропетровськ, 1996); І, ІІ Міжнародних науково-практичних конференціях "Маркетинг та логістика в системі менеджменту" (Львів, 1996, 1998); І, ІІ, ІІ, IV, V, VIII Міжнародних науково-технічних конференціях - виставках "Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів - "ЛЕОТЕСТ" (Славське Львівської обл., 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2003); Міжнародній науково-методичній конференції "Сучасні технології навчання у навчальному процесі вищих освітніх закладів" (Рівне, 1999); VI, VIІ Міжнародних науково-технічних конференціях "Контроль і управління в складних системах (КУСС)" (Вінниця, 2001, 2003), Навчально-методичних зборах з практичними психологами апаратів та підрозділів Державної пожежної охорони - Львівський інститут пожежної безпеки МВС України (Львів, 2002), Міжнародній науково-практичній конференції "Реформування соціальних служб в Україні: сучасний стан та перспективи (Львів, 2003), Всеукраїнській науково-практичній конференції "Управління в освіті" (Львів, 2003).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 20 наукових праць, в т.ч. 8 статей, 2 - практичні рекомендації для підрозділів Державної пожежної охорони МВС України у Львівській області та 10 тез доповідей. З них 10 праць одноосібні. 5 праць опубліковані у фахових виданнях ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури з 183 найменувань і 11 додатків. Загальний обсяг роботи - 248 сторінок (з них 164 сторінки основного тексту), 89 рисунків, 43 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовуються актуальність теми, формулюється мета та основні завдання дослідження, наукова новизна, формулюється теоретичне і практичне значення його результатів.

У першому розділі наведено результати критичного аналізу проблеми побудови математичних моделей функції відгуку компонентів біотехнічної системи з людиною і технікою, основних підходів до декомпозиції і моделювання БТС, розглянуто проблему багатокритеріальності "живих" компонентів системи і особливості її врахування (оптимальна моделі ручного управління, трьох контурна моделі психіки людини тощо), особливості управління "живими" компонентами системи враховуючи функції та механізми впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів, конкретизовані завдання дослідження.

У другому розділі наводяться результати критичного аналізу досліджень трансформації "поліфакторний вплив-відгук" в найбільш поширених математичних моделях БТС і її компонентів, враховуючи дію невербальних компонентів, узагальнено існуючі підходи до моделювання "живих" компонентів з метою опису їх функціонування незалежно від місця і функцій системі. поліфакторний вплив відгук біотехнічна

Моделювання БТС передбачає попереднє вивчення і формальне представлення зовнішніх впливів, структури взаємовідношень між її елементами, їх функціональні особливості (характеристики параметрів, стратегій, обмежень, критеріїв), інформаційні масиви, в яких містяться необхідні дані.

На сьогодні проводяться дослідження різних аспектів цієї проблеми: технічних, інформаційних, алгоритмічних. Широко відомі роботи, присвячені математичному моделюванню БТС, що виконані на перетині різних наук та наукових напрямів: біології людини, кібернетики, інформатики, логістики, ергономіки, теорії автоматичного управління, педагогіки, психології управління, менеджменту.

Моделі, які описують БТС, можна умовно поділити на такі, що описують систему в цілому, та такі, що описують окремі її компоненти.

Моделюючи БТС, її умовно можна поділити на дві підсистеми: технологічну та організаційну. Поведінка технологічних підсистем або тих, які можуть бути зведені до технологічних, визначається відомим алгоритмом функціонування. Організаційні підсистеми описуються на основі як внутрішніх, так зовнішніх критеріїв.

В першому випадку функції людини зводяться до виконання певного, заздалегідь заданого, алгоритму функціонування, тобто мова йде про операторську діяльність людини у БТС (людино-технічні підсистеми).

В другому випадку вирішальне значення в роботі БТС набуває процес прийняття рішення, а сама людина є нелінійним, багатокритеріальним компонентом системи - тобто мова йде про організаційну діяльність на основі урахування зовнішніх та внутрішніх критеріїв.

Так, застосовуючи евристичне моделювання для опису відгуку всієї БТС, Д. Форрестер включив до своєї імітаційної моделі шість параметрів (потоків) - потік робочої сили, потік матеріалів, потік інформації (об'єднує всі потоки) тощо. Під управлінням системою тут розуміється процес перетворення інформації в дії людиною, як перетворювача інформації при прийняття рішення. Дії невербальних компонентів поліфакторних впливів враховуються опосередковано, використовуючи управлінський досвід (рис. 1).

З іншого боку, теорія автоматичного управління використовує, моделюючи діяльність людини-оператора, використовує поняття "передавальна функція" (рис. 2).

Вид цієї функції залежить від виду об'єкту управління, сигналів управління, а також ступеня деталізації внутрішніх та зовнішніх операцій людини-оператора. Перші відображають "внутрішню" затримку реакції людини та її адаптивну здатність, які пов'язані з розпізнанням сигналів і прогнозуванням.

Рис. 1. Моделювання БТС з врахуванням потоків.

Рис. 2. Моделювання діяльності людини-оператора.

Другі - властивості нейром'язевого (моторного) механізму людини-оператора і залежать, зокрема, від її кваліфікації. Аналіз існуючих в рамках цього підходу моделей людини оператора дозволяє вести мову про квазілінійні неперервні моделі, дискретні або імпульсні моделі, неперервні моделі з квантуванням у часі при випадкових вхідних сигналах; нелінійні моделі, моделі, що змінюються у часі. При цьому дія невербальних складових поліфакторних впливів враховується тут опосередковано у відповідних постійних часу.

Відомо інші підходи до моделювання діяльності людини в БТС. Так за принципом побудови моделі діяльності людини можна поділити на: регресійні, теоретико-ймовірносні, теоретико-інформаційні, структурні, функціонально-системні, структурно-алгоритмічні. До цього переліку можна додати моделі, створені на основі фреймових описів і спеціальної модальної логіки (в яких, зокрема, використовуються логічні методи, що ґрунтуються на звичайному предикатному численні, нечіткому обчисленні висловлювань, логічних обґрунтуваннях перебігу фізичних процесів, причинно-наслідковій логіці), а також, з певним наближення, математичні моделі медичної діагностики, що використовують теорії ймовірностей, фазового інтервалу і нечіткої лінгвістичної змінної та інші.

Одним із способів побудови функції узагальненого відгуку БТС, враховуючи відгуки її окремих компонентів, є перетворення натуральних значень окремих відгуків в безрозмірну шкалу бажаності (Харрінгтон, С. А. Плуготаренко). Призначення шкали - встановлення відповідності між фізичними і психологічними параметрами. Однак, завдання дослідження поліфакторних впливів, із врахування дій їх невербальних компонентів, в рамках цього напрямку не розглядалася.

В той же час, опис діяльності людини як "живого" компонента вузла управління (ВУ), що містить також і технічну компоненту, дозволяє описати її діяльність на будь якому рівні ієрархії системи. Докладніше цей підхід розглянуто у розділі 3.

Отже, на сьогодні немає загально визнаного підходу, який би застосовувався для опису відгуку індивіда незалежно від його функцій і місця у ієрархії БТС. В існуючих моделях відгуку компонентів та системи в цілому дія невербальних компонентів поліфакторного впливу враховуються опосередковано, а їх формалізація, у межах цих моделей, можлива лише при проведенні додаткових досліджень.

У третьому розділі на основі критичного аналізу та узагальнення теоретичних підходів проведених у розділах 1, 2 побудована математична модель відгуку ВУ БТС на поліфакторні впливи. Для цього розглянуто механізм відгуку людини в системі з врахуванням типу діяльності людини і її параметрів (психосоматичних) ознак; на основі узагальнення існуючих класифікацій введена типологія поліфакторних впливів управління, яка використана у експериментальних дослідженнях; створено оригінальну математичну модель оцінювання відгуку людини на впливи різної природи.

Типовий ВУ БТС складається з: О - особистість; ВО- "виконавські органи" (ефектори) людини; Х - множина вхідних управлінь (спеціально організованих та тих, що детермінуються обставинами), Y - результати діяльності; х - складові прийнятого рішення (рис. 3).

Рис. 3. Типи вузлів управління на різних рівнях ієрархії БТС.

У самому загальному вигляді розглянемо функцію відгуку людини в ВУ БТС як:

y = (О, С, Х), (1)

де О - особистість; С - ситуація, в якій вона перебуває; Х - сукупний вплив, що діє на людину.

Як засвідчують результати робіт, виконаних в психології управління і психології особистості, у зрілому віці особистість (О) є "квазізастиглим" утворенням, а тому мову слід вести про параметри (психоматичні ознаки) людини в системі. Ситуація в ВУ загалом визначається типом діяльності людини в БТС.

Як вже зазначалося, на вищому рівні ієрархії БТС домінує організаційний тип діяльності, при якому головне навантаження лягає на особистість. Тому вихідні результати діяльності (Y) визначаються, здебільшого, самим прийнятим рішенням. На протилежність цьому, при операторській діяльності (знаходження на нижчому рівні ієрархії) її результати (Y) визначаються, переважно, параметрами ВО-виконавського органу, який відпрацьовує майже автоматично рішення.

Врахуємо той факт, що людина "відгукується" не стільки на самий вплив, як на його "інтегральний образ", який виникає у певній ситуації на підставі набутого виробничого та соціального досвіду (В.П. Зінченко Н.Д. Гордєєва, І.І. Банніков). Тому, розглядаючи її відгук у каузальному ланцюзі: поліфакторний вплив людина техніка відгук, з методологічної точки зору необхідно досліджувати внутрішній взаємозв'язок між такими ланками (рис. 4): поліфакторний вплив інтегральний образ ситуації прийняття рішення техніка відгук.

Враховуючи наведені вище міркування запишемо функцію відгуку ВУ БТС:

y = (d, s₁,..., s_n1; x₁,..., x_m1), (2)

де d - коефіцієнт, що визначає питому вагу внеску процесів прийняття рішення (знання) ("О") та ролі ефекторів-кінцівок (вміння, навички) людини ("ВО") у відгук; s₁,..., s_{n1 -} перелік параметрів (психосоматичних ознак) людини; x₁,..., x_{m1 -} компоненти поліфакторного впливу.

Рис. 4. Механізм відгуку людини в ВУ БТC.

На підставі проведеного порівняльного аналізу літературних та експериментальних даних (описаних у подальших розділах) розглянемо функцію відгуку ВУ БТС на поліфакторні впливи для випадку переважно організаційної діяльності людини в системі як S-подібну функцію виду:

, (3)

де k [01]- коефіцієнт впливу поліфакторного впливу на відгук вузла управління;

b₀, b₁ - постійні коефіцієнти, що визначають вид функції (2) і використовуються для нормування і масштабування.

У самому простому випадку:

K=k v, (4)

де v - коефіцієнт впливу вербального, а k - коефіцієнт впливу невербального компоненту поліфакторного впливу на відгук вузла управління (модифікована формула втрат інформації П. Міцича у ланцюгу "інтегральний образ - поліфакторний вплив - інтегральний образ" при міжособистісному спілкуванні).

Оцінка всіх параметрів запропонованої моделі може проводитися з використанням теорії нечітких лінгвістичних змінних.

Узагальнюючи відомі класифікації, за базову класифікацію впливів використану в подальшому при дослідженні відгуку, нами було прийнятий їх поділ на: оперативні (певні команди), тактичні (позитивні і негативні стимули) та стратегічні (спрямовані на зміна еталонів особистості) впливи. Семантичну основу цих впливів (при безпосередній міжособистісній взаємодії) складають вербальні і невербальні компоненти.

Нехай у ВУ БТС на людину, яка є зайнятою певним фіксованим типом діяльності (D), діє типовий поліфакторний вплив, що складається із вербальних (мова) і невербальних (жести, міміка, погляд тощо) компонентів.

При цьому апріорно встановлено перелік з n-ознак, які є релевантними невербальним компонентам цього впливу.

Тоді математична модель оцінювання відгуку ВУ БТС матиме вигляд:

k = _k [s₁, s₂,..., s_n];

x₁ = X₁,..., x_m=X_m; (5)

D= const;

m m1, n n1,

де k - коефіцієнт впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук ВУ БТС;

_{k -} функція, що встановлює зв`язок між змінними;

s₂,..., s_{n -} перелік параметрів (психосоматичних ознак) "живих" компонентів системи релевантних відповідним компонентам типового поліфакторного впливу;

X₀₁,..., X_{0m -} фіксовані компоненти поліфакторного впливу;

D = const - фіксоване для конкретного виду діяльності значення коефіцієнту d.

Опишемо введену функцію, використовуючи математичний апарат теорії нечітких лінгвістичних змінних для випадку кількісних параметрів. При цьому будемо зважати на те, що методи суб'єктивного шкалювання дозволяють здійснювати перехід від кількісних до якісних шкал і навпаки.

Використовуючи алгоритм нечіткого висновку Ротштейна-Жупанової, введемо систему логічних рівнянь, що встановлюють залежність між параметрами системи (психосоматичними ознаками людини, які релевантні невербальним компонентам поліфакторного впливу):

, (6)

де - логічне АБО, - логічне ТА;

- функція приналежності параметру нечіткому терму , i=1n, j=1m.

- залежна від n змінних, функція приналежності вектору параметрів коефіцієнту впливу k_j.

Використовуючи рівняння (6) розрахуємо значення багатомірних функцій приналежності при векторі станів для всіх значень коефіцієнту впливу k_j. При цьому логічні операції над функціями приналежності (АБО) та (ТА) замінимо на операції - min та max:

Тоді визначеному вектору параметрів S^*, який є притаманним конкретній людини:

, (7)

буде відповідати свій рівень коефіцієнту впливу k^*:

(8)

У четвертому розділі запропоновано метод означення параметрів "живих" компонентів системи, розглянуто методику проведення експериментів, проаналізовано існуючі підходи і методики для діагностики параметрів "живих" компонентів ВУ БТС, розглянуто критерії, що використані в процесі статистичної обробки результатів дослідження з метою створення бази правил нечіткого логічного висновку "вплив-відгук" з метою практичної реалізації математичної моделі оцінки впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук ВУ БТС.

При аналізі параметрів відгуку людини, як "живого" компоненту ВУ БТС, ми керувалися описаною моделлю Ф. Герцберга. У відповідності з цим підходом нами було розглянуто такі показники відгуку, як самопочуття - зміна цього параметру обумовлюється переважно впливом гігієнічних факторів; та успішність діяльності (продуктивність праці) - зміна цих параметрів обумовлюється переважно мотиваціями.

Проведено аналіз стандартних методів математичної статистики та теорії ймовірностей (критерії узгодження, кореляційний та дисперсійний аналіз та т. ін.), котрі можуть використовуватися для відбору параметрів "живих" компонентів з метою створення бази правил нечіткого висновку "вплив-відгук" - таблиця 1.

Для встановлення рівня прояву параметрів людини, нами використані валідні і надійні методики (Т- дані) "Шістнадцяти особистісних факторів" опитувальник Р. Кеттелла та "Психодіагностичний тест" (В.М. Мельникова, Л.Т. Ямпольського) та ін. При виборі методик враховувався їх перелік, встановлений наказом МВС України для оцінки профпридатності та профвідбору особового складу.

З цією метою було проведено пошук статистично значимих зв'язків між шкалами тестів-опитувальників і оцінками за спеціально складеними анкетами, самопочуття респондентів, їх продуктивності праці і параметрів невербальних компонентів поліфакторних впливів.

Для побудови функцій приналежності нечітких термів параметрів математичної моделі в роботі використано генератор трикутних функцій приналежності нечітких термів, запропонований О.П. Ротштейном, з подальшим налаштуванням на експериментальні дані.

Таблиця 1. База правил нечіткого висновку "вплив-відгук" ВУ БТС

Терм-оцінки рівня параметрів (психосоматичних ознак) людини	Терм-оцінки рівня коефіцієнтну впливу k
s1	s2		sn	k
Низький	Низький	Низький	Низький	kН
Середній	Середній	Середній	Середній	kС
Високий	Високий	Високий	Високий	kВ

У п'ятому розділі описано аналіз результатів експерименту з декомпозиції поліфакторних впливів; форми функції відгуку вузла управління; відбору параметрів людини релевантних невербальних компонентам поліфакторного впливу; наведено приклади налаштування математичної моделі оцінювання, враховуючи різні групи параметрів людини і поліфакторних впливів.

Як показують результати дослідження з декомпозиції поліфакторних впливів, методами оцінювання та відмірювання, людина здатна оцінити параметри "власної невербаліки". В той же час навіть особи, діяльність яких у більші мірі залежать від ефективності "людино-людинних" зв'язків, усвідомлюють вплив "невербаліки" лише через кілька років від початку своєї трудової кар`єри - рис. 5.

Рис. 5. Відмінності в оцінці різних груп респондентів.

У проведеному експерименті групі навчених респондентів пропонувалося упізнати вербальні, невербальні компоненти поліфакторного впливу, які пред'являлися порізно і спільно через різні проміжки часу (до 10 сек).

Проведений порівняльний аналіз результатів апроксимації експериментальних даних функціями відгуку різних типів показав, що запропонована для опису відгуку вузла управління функція (3) задовільно описує експериментальні дані і моделює відгук ВУ БТС. При апроксимації даних використовувалися квазіньютонівський метод оцінювання і квадратична функція втрат.

На основі аналізу встановлених статистично значимих залежностей означено перелік параметрів людини, який використано у базі правил нечіткого висновку "вплив-відгук".

Так, в таблиці 2 наведено приклад практичної реалізації математичної моделі оцінки впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук ВУ БТС.

Наведені параметри людини встановлюються за допомогою наступних тестів: s₁чs₅ - Психодіагоностичний тест (В.М. Мельніков, Л.Т. Ямпольський), s₆ - опитувальник "Рівень суб'єктивного контролю"(тест-опитувальник Дж. Роттера модіфікований в НДІ ім. Бехтєрєва), s₇ - тест на встановлення рівня функціональної асиметрії (використаний, як додатковий).

Надійність, валідність і достовірність результатів дослідження забезпечувалася репрезентативністю вибірки, використанням валідних і надійних психодіагностичних методик, результатами застосування стандартних статистичних методів обробки.

Враховуючи, що одержані у результаті тестування результати в переважній більшості випадків інтерпретуються у термах - "ВИСОКИЙ РІВЕНЬ", "СЕРЕДНІЙ" та "низький рівень", рекомендовано використовувати у моделі оцінювання три терми.

Запропоновано способи визначення прояву означених параметрів шляхом опитування експертів з метою створення відповідних баз нечіткого висновку. При цьому використовуються методи відмірювання та оцінювання, метод спостереження, нечіткі лінгвістичні постійні. Останні одержуються шляхом апроксимації нечітких лінгвістичних оцінок трикутними функціями приналежності.

Нехай за допомогою моделі оцінювання встановлено, що коефіцієнт впливу k невербальних компонентів поліфакторного впливу знаходиться на рівні "СЕРЕДНІЙ" - табл. 2, який відповідає максимальному значенню відповідної функції приналежності (8). для перерахунку одержаної функції приналежності у кількісне значення (дефазифікація) значення скористаємося шкалою "кількість-якість" Кизименко-Іванової:

"МАЛО"=0,14; "середньо"=0,5; "багато"=0,88.

Таблиця 2. Приклад прогнозу відгуку "живих" компонентів вузла управління

В свою чергу, на рис. 6 наведено наступні типи відгуків індивідів у ВУ БТС на дію невербальних компонентів поліфакторних впливів: А - "чутливі мало", Б - "чутливі середньо", В - "чутливі багато (сильно)", вигляд яких визначається відповідними значеннями лінгвістичних оцінок. Графіки побудовано для стану адекватної мобілізації індивіда (b₀ =0,5; b₁=10), який характеризується повною відповідністю ступеню напруження функціональних можливостей вимогам, що висуваються до діяльності, та v=1 (у формулі (4.1)

Тоді у відповідності до формули (3) функція відгуку матиме вигляд, наведений на графіку Б рис. 6.

Рис. 6. Типи відгуків індивідів у ВУ БТС у функції в залежності від чутливості до дії невербальних компонентів поліфакторних впливів.

Розроблену математичну модель використано для аналізу відгуків вузлів управління з переважно організаційним типом діяльності людини, тобто у випадку, коли внесок "живого" компоненту у відгук полягає переважно у прийнятті рішень. Користувачам надана можливість прогнозувати відгук людини у ВУ БТС використовуючи обмежену кількість параметрів.

У додатках - описано окремі тестові методики і приклади їх комп'ютерної обробки, наведено приклади анкет, які використано при проведення експериментів, результати аналізу експериментальних даних і математичного моделювання відгуку ВУ БТС, акти впровадження результатів роботи тощо.

ВИСНОВКИ

В роботі запропонований підхід до моделювання БТС з використанням вузлів управління (кожен з яких містить "живу" і технічну компоненти) та розв'язано актуальне наукове завдання побудови математичної моделі відгуку вузла управління на поліфакторні впливи.

1. Розроблено та досліджено нову математичну модель вузла управління, яка дозволяє врахувати внесок невербальних складових поліфакторних впливів у відгук вузла управління. Визначені параметри моделі для випадку організаційної діяльності людини в системі, що дозволило використати її для прогнозу характеристик відгуку у ланках "викладач-студент" і "начальник-підлеглий"

2. Проаналізовано особливості впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук індивіда і вперше означено перелік параметрів, які визначають його чутливість до дії цих компонентів. Результати цих досліджень використано при створенні психодіагностичних експрес-методик для профорієнтацій них цілей.

3. Вперше застосовано математичний апарат теорії нечітких лінгвістичних змінних для оцінки дії невербальних складових поліфакторних впливів управління на відгук індивіда в вузлі управління та створено адекватну математичну модель оцінювання, яка дозволила оцінити чутливість індивіда до різних типів поліфакторних впливів, з врахуванням їх невербальних складових.

4. Математична модель використана при дослідженні характеристик відгуку працівників Державної пожежної інспекції, для інтенсифікації навчального процесу Учбового Центру Дослідницького Центру Міністерства науки і освіти України при НУ "Львівська політехніка", Учбово-виробничому комбінаті Украгропромбуд, для профорієнтаційних цілей в металургії та ін.

5. Запропоновані нові способи оцінки означених параметрів математичної моделі з використанням методів психодіагностики і візуальної діагностики, зокрема використовуючи нечіткі лінгвістичні постійні. Окреслено шляхи вдосконалення математичної моделі через розширення таксономій поліфакторних впливів, параметрів індивіду і відгуків ВУ БТС.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ієвлєв О.М. Використання математичної моделі вузла управління для контролю відгуку на поліфакторні впливи різної природи у складній біотехнічній системі // Фізичні методи і способи контролю середовищ, матеріалів і виробів (серія), вип. 8: Неруйнівний контроль та діагностика неоднорідних об'єктів: Збірник наукових праць. - Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенко, 2003. - С. 237-243.

2. Ієвлєв О.М., Петровська І.Р. Актуальні аспекти моделювання відгуку людини та її психосоціальної сфери у біотехнічній системі// Вісник Державного університету "Львівська політехніка" "Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології". -№322. - 1997. - С. 45-50.

3. Иевлев А.Н. Исследование отклика человека-оператора в сложных социотехнических системах" //Кибернетика и вычислительная техника. - Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины. - 1997. - №114. - С. 56-60.

4. Кизименко Л.Д., Ієвлєв О.М. Прогнозування параметрів відгуку компонентів соціотехнічної системи шляхом розпізнання їх невербальних характеристик// Фізичні методи і способи контролю матеріалів і виробів (серія), вип. 5: Збірник наукових праць. - Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенко, 2000. - С. 219-224.

5. Петровська І.Р., Ієвлєв О.М. Аналіз професійно-важливих якостей особистості в комунікаційній сфері. Невербальний аспект/ Науковий вісник: збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 1998. - Вип. 9.4. - С. 183-189.

6. Ієвлєв О.М. Застосування засобів вербальної і невербальної комунікацій при управлінні складними соціотехнічними системами// Вісник Державного університету "Львівська політехніка" "Проблеми економіки та управління". №338. - 1998. - С. 17-23.

7. Ієвлєв О.М. прогнозування параметрів відгуку "живих" компонентів БТК шляхом розпізнання їх невербальних характеристик// Фізичні методи і способи контролю матеріалів і виробів (серія), вип. 4: Збірник наукових праць. -Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенко, 1999. - С. 205-209.

8. Ієвлєв О.М. Вплив на поведінку людини за допомогою невербальної комунікації // Збірник статей за матеріалами Міжнародної науково-практичної конференції "Реформування соціальних служб в Україні: сучасний стан та перспективи". - Львів. - 2003. - С. 41-44.

9. Ієвлєв О.М. Невербальний компонент управління персоналом навчальних закладів // Тези доповідей Всеукраїнської науково-практичної конференції управління в освіті, м. Львів. - Львів: Вид-во ДЦ МОНУ, 2003. - С. 64-65.

10. Ієвлєв О.М. Математична модель функції відгуку вузла управління складної біотехнічної системи на поліфакторні впливи // Тези доповіді на VIІ Міжнародну науково-технічну конференцію "Контроль і управління в складних системах (КУСС-2003)" - Вінниця: УНІВЕРСУМ - Вінниця, 2003. - C. 29.

11. Кизименко Л.Д., Ієвлєв О.М. Моделювання відгуку людини на складні поліфакторні впливи // Тези доповіді на VI Міжнародну науково-технічну конференцію "Контроль і управління в складних системах (КУСС-2001)". - Вінниця: УНІВЕРСУМ - Вінниця, 2001. - C. 58.

12. Кизименко Л.Д., Ієвлєв О.М. невербальний аспект механізмів стереотипізації як фактор ефективності навчальної діяльності студента в технічному вузі// Матеріали міжнародній науково-методичній конференції "Сучасні технології навчання у навчальному процесі вищих освітніх закладів" -. Ч.1. - Рівне: РДТУ, 1999. - С. 61-64.

13. Ієвлєв О.М. Варіативність відгуку людини в складних соціотехнічних системах/ Матеріали науково-технічної конференції "Фізичні методи і способи контролю матеріалів і виробів - "ЛЕОТЕСТ - 98" - м. Славське Львівської обл., 1998. - С. 173-175.

14. Кизименко Л.Д., Ієвлєв О.М. Вплив невербальної і вербальної комунікацій на ефективність соціотехнічної системи/ Тези доповіді на ІІ міжнародну науково-практичну конференцію "Маркетинг та логістика в системі менеджменту". - Львів. - Львів: ДУ "Львівська політехніка", 1998. - С. 207-208.

15. Ієвлєв О.М. Прогноз параметрів відгуку індивіда у функції невербальних впливів в складних соціотехнічних системах/ Матеріали II республіканської науково-технічної конференції "Фізичні методи і способи контролю матеріалів і виробів - "ЛЕОТЕСТ - 97", Славське Львівської обл., 1997. - С. 75-76.

16. Кизименко Л.Д., Петровcька І.Р., Ієвлєв О.М. Математична модель психо-соціальної сфери людини та її використання при дослідженні відгуку людини у соціотехнічній системі// Тези доповіді на Міжнародну наукову конференцію "Математичне моделювання у психічних та педагогічних дослідженнях". - Дніпропетровськ, 1996. - C. 38-39.

17. Ієвлєв О.М., Кизименко Л.Д. Про деякі можливості формування прогнозованного відгуку (появи попиту на товар або послуги) малої групи з позиції психології управління// Тези доповіді на Міжнародну науково-практичну конференцію "Маркетинг та логістика в системі менеджменту". - Львів: ДУ "Львівська політехніка", 1996. - С. 127-128.

18. Ієвлєв О.М. Відгук людини як фактор покращення учбового процесу// Проблемы человека - экология, здоровье, образование/ Матеріали І Міжнародної наради "Проблеми людини - екологія, здоров'я, освіта (1995). - Ужгород, 1996. - С. 105-106.

19. Ієвлєв О.М., Малолєтко Ю.І. Практичні рекомендації по профілактиці суїцидів. Частина ІІ. Визначення психоемоційного складу підрозділу. Для начальників підрозділів ДПО та їх заступників по роботі з особовим складом / Під ред. проф., д.б.н. Л. Кизименко. - Львів, 2001. - 19 с.

20. Ієвлєв О.М., Малолєтко Ю.І. Особливості поведінки людини в екстремальних умовах. Рекомендації по психологічному забезпеченню виховної роботи з особовим складом підрозділів ДПО Львівської області. Для начальників підрозділів ДПО та їх заступників по роботі з особовим складом / Під ред. проф., д.б.н. Л. Кизименко. - Львів, 2002. - 14 с.

АНОТАЦІЯ

Ієвлєв О.М. Моделювання і дослідження поліфакторних впливів-відгуків у вузлі управління складної біотехнічної системи. - Рукопис.

Дисертація (рукопис) на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 01.05.02 - Математичне моделювання і обчислювальні методи, Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2005.

В дисертаційній роботі проаналізовані основні підходи до моделювання біотехнічних систем. Одержані результати свідчать про актуальність вирішення задачі прогнозування відгуку вузла управління складної біотехнічної системи на поліфакторні впливи, використовуючи функції відгуку. Встановлений перелік психосоматичних ознак індивіда релевантних його відгуку у вузлі управління на невербальні компоненти поліфакторних впливів. З урахуванням результатів статистичної обробки експериментальних даних, використовуючи математичний апарат нечітких лінгвістичних змінних, розроблена оригінальна математична модель оцінки впливу невербальних компонентів поліфакторних впливів на відгук вузла управління, створена нова математична модель вузла управління біотехнічної системи. Результати досліджень використані для створення і модернізації моделей експрес-технологій профпридатності і профвідбору, підвищення ефективності учбового процесу зі студентами Учбового Центру Дослідницького Центру Міністерства освіти і науки України, а також для прогнозування параметрів відгуку працівників Державної пожежної інспекції Львівської області.

Ключові слова: біотехнічна система, вузол управління, відгук, невербальні компоненти поліфакторних впливів, психосоматичні ознаки індивіда, функція відгуку.

АННОТАЦИЯ

Иевлев А.Н. моделирование и исследование полифакторных воздействий-откликов в узле управления сложной биотехнической системы. - Рукопись.

Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы, Национальный университет "Львовская политехника", Львов, 2005.

В диссертационной работе проанализировано основные подходы к моделированию биотехнических систем. Полученные результаты свидетельствуют об актуальности решения задачи прогнозирования отклика узла управления сложной биотехнической системы на полифакторные воздействий используя функции оклика. Установлен перечень психосоматических признаков индивида релевантных его отклику в узле управления на невербальные компоненты полифакторных воздействий. С учетом результатов статистической обработки экспериментальных данных, с использованием математического аппарата нечетких лингвистических переменных, разработана оригинальная математическая модель оценки влияния невербальных компонентов полифакторных воздействий на отклик узла управления, создана новая модель узла управления биотехнической системы. Результаты исследований использованы для создания и модернизации моделей экспресс-технологий профпригодности и профотбора, повышения эффективности учебного процесса со студентами Учебного Центра Исследовательского Центра Министерства образования и науки Украины, а также для прогнозирования параметров отклика работников Государственной пожарной инспекции Львовской области.

Ключевые слова: биотехническая система, узел управления, отклик, невербальные компоненты полифакторных воздействий, психосоматические признаки индивида, функция отклика.

ABSTRACT

Ievlev O.M. Modeling and research of the poly-factor effects-responses in composite bio-technical complexes (of complex biotechnical system). - Manuscript.

The thesis is gaining for the scientific degree (PhD) in Technical Science, Candidate of Technical Science; specialty code is 01.05.02 - Mathematical Modeling and Computational Methods, Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2005.

The dissertation consists of five chapters where were analyzed the basic approaches of biotechnical systems' simulation. It is offered systems approach to the bio-technical system (BTS) design by means of control node, each of which contains "living" and technical components and solves the urgent scientific task for construction of mathematical model of response of control node on the polyfactor effects, which gave the possibility to develop practical recommendations concerning the rise of efficiency for functioning mentioned systems. The approach to the design of response of control node has been improved, as subsystems of the complex bio-technical system and it is offered its new mathematical model which allows taking into account endowment of polyfactor effects' components in diverse nature to the response of control node. Using theoretical and experimental researches were found model parameters for the case of human organizational activity in the system for the prognosis of review in links "teacher-student" and "head-subordinate". The researches' outcomes are utilized to create and update models of professional orientation's express-technology, increase the effectiveness of educational process with the students from Training Department of Research Center of Ministry of Education and Science, and prognosticate the responses' parameters of State Fire Inspection workers in Lviv region.

The first chapter covers the broad critical analysis of the problem for construction of response function for the BTS components (with a person and technique) and the basic approaches to decomposing and designing the BTS. It was described the problem of multi-criteria of system "living" components and characteristics of its account (optimum manual case frames, three contour model of human psyche etc), features of management by the system "living" components (taking into account functions and mechanisms of influence on the poly-factor effects and their non-verbal components). Then the research tasks were specified.

The second chapter describes the critical analysis of researches of transformation for the system "poly-factor effect - response" in the most widespread mathematical BTS models and its constituents, taking into account action of non-verbal components, generalized existent approaches to the design of "living" components with the purpose of description regardless of their place and functions of the system. It could be stated that currently there is no acknowledged approach, which was used for description of response of individual regardless of its functions and place in the BTS hierarchy. Afterwards, it is proved that in the existent response-models of components and system as the whole action of non-verbal components of the poly-factor effects are considered mediated, but their formalization, within the limits of these models, possible only during conducting of additional researches.

The third chapter explores finding the mathematical model of the response BY BTS on the poly-factor effects on the basis of the developed theoretical approaches. For this purpose the mechanism of human response in the system is considered by taking into account the type of its activity and parameters of (psychosomatic) characteristics. Besides, it was entered the typology of the polyfactor impacts' controlling on the basis of generalization of existent classifications, which was used in experimental researches. Finally, it was created the original mathematical model of evaluation of human response on effects of a diverse nature.

...