Динамічні властивості людини-оператора в середовищі виробничого соціуму

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Значення динамічних властивостей людини-оператора необхідні не тільки для створення технічних пристроїв, що оптимально замінюють людину, але й для оцінки можливостей людини-оператора в різних аварійних ситуаціях.

Цілком зрозуміло, що немає можливості описати психологію і фізіологію людини залежностями математичного характеру. Однак метод експертних оцінок дає змогу побудувати для кожної людини-оператора його динамічну характеристику, що властива лише йому і не залежить від характеру роботи, яку він виконує [7].

Скориставшись класифікаційною системою Кліра Дж. [3] для епістемологічного рівня породжуючих систем, можна розглянути динамічну модель аналога людини-оператора в класі фізичних систем. Враховуючи потоковий характер ресурсів, що беруть участь в процесі, в [2] змоделювали динамічну характеристику людини-оператора у вигляді трубопровідного елементу гідравлічної системи.

Скориставшись рівняннями Ейлера, Нав'є Стокса і перетворенням Лапласа, визначили алгоритмічну структуру оператора у вигляді послідовного з'єднання ланок чистого запізнення і двох аперіодичних ланок.

Аналогом поля ресурсу людини-оператора є безрозмірний резервуар з рідинною висотою h. Рівень рідини забезпечує на вході трубопроводу тиск Р. Враховуючи відсутність меж резервуара, будь-яка втрата рідини через трубопровід не зменшує значення h. Імпульсним клапаном в трубопровід впускається рідина, об'єм якої v і густина є функціями маси вихідного ресурсу. Час пробігу переднього фронту потоку рідини від початку трубопроводу до кінця є аналогом часу [0;t1], який витрачається на обдумування завдання і прийняття рішення про вибір способу вирішення задачі.

Перша і друга складові диференційного рівняння другого порядку, яке описує динаміку розглянутої гідравлічної системи, характеризують динаміку розгону рідини в гідравлічній магістралі. Перша складова визначає наростання інертності при наповненні трубопроводу рідиною, друга - характеризує реакцію потоку на зміну швидкості витрати рідини через переріз трубопроводу. Ці дві складові відповідають ділянці [t1; t2], яка характеризує динаміку включення оператора у виробничу діяльність.

Тривалість установленого процесу витікання рідини визначається третьою складовою цього рівняння, яка являє собою втрати на гідравлічний опір і є аналогом ділянки [t2;t3] з перехідної характеристики оператора, що залежить від ресурсного заповнення завдання.

Спадна траєкторія руху потоку при закритому клапані описується тим самим диференціальним рівнянням другого порядку при нульовому значенні лівої частини, що відповідає ділянці [t3;t4].

Таке структурно-параметричне уявлення оператора в інформаційній формі дає можливість при структурному синтезі автоматизованої системи контролю або керування використовувати класичні методи дослідження моделей будь-якої конфігурації.

Для структури системи керування, що зображена на рисунку 2, дії людини-оператора можна також описати лінійним диференціальним рівнянням, оскільки перехідна характеристика оператора не залежить від величини стрибка вхідного сигналу Fз. Не залежать також від амплітуди вхідного сигналу частотні характеристики людини-оператора. Для даних умов лінійна модель людини-оператора має такий вигляд [1]:

оператор математичний інерційний алгоритмічний

, (1)

де: - оператор, який характеризує стабілізуючі властивості людини і відображає здатність людини адаптувати свої динамічні властивості до особливостей керованого об'єкту і характеру вхідних сигналів; e -р - оператор, що враховує природну затримку реакції людини; - оператор, що відображає динаміку нервово-м'язової системи людини.

Встановлено, що для досвідчених операторів величина чистого запізнення =po-в коливається в межах = 0.10.3с. Інертність людини зумовлена необхідністю узагальнення інформації, яка сприймається.

Стала часу Т2 зростає залежно від ускладнення законів зміни вхідних змінних Fз(t), F(t) і зростання обсягу вхідної інформації. Чим досконаліші засоби подання інформації, тим менша стала часу Т2.

Оператор (Т1р+1) відображає спроможність людини форсувати розвиток процесу регулювання. Саме зменшенням сталої часу Т1 людина прагне скомпенсувати власну інертність та інертність керованого об'єкта. Проте конкретні параметри передавальної функції людини-оператора визначити дуже важко. Встановлено, що в системах керування з сигналами, які є випадковими або безперервно змінюються за регулярними законами, людина-оператор справляється до частот f = 2.5 Гц, і її поведінка при цьому описується спрощеною передавальною функцією, наприклад, такого вигляду:

. (2)

В системах стеження за чистовипадковими сигналами на вході людина-оператор справляється з частотним діапазоном 0-0.75 Гц і її поведінка може бути описана такою передавальною функцією:

. (3)

Крім цього людина-оператор може мати і інші передавальні функції:

, (4)

, (5)

Передавальні функції (1), (2), (3), (4), (5) можна представити у вигляді алгоритмічних структур, що зображені на рисунку 1.

Рисунок 1 - Типові алгоритмічні структури діяльності і поведінки людини-оператора: а - (1); б - (2); в - (3); г - (4); д - (5)

Таке структурно-параметричне уявлення людини-оператора в інваріантній формі дає змогу використовувати класичні методи дослідження моделей індивідуумів будь-якої конфігурації. Наприклад, розглянемо моделювання перехідної функції y(t) людини-оператора, яка працює в системі керування і реагує на деяку задачу у вигляді одиничного впливу (сигналу x(t)) певної довжини. Результат можна отримати шляхом розв'язання диференціального рівняння другого порядку:

, (6)

якому відповідає рівняння динаміки в зображеннях за Лапласом:

 (7)

і передавальна функція складає:

. (8)

Характеристичне рівняння людини-оператора:

(9)

має два корені:

. (10)

Загальний розв'язок диференціального рівняння, який визначає вільний рух такої ланки, має вигляд:

. (11)

Характер перехідного процесу людини-оператора залежить від коренів (10), які можуть бути дійсними і комплексними.

Якщо , то обидва корені дійсні:

де: T3 - стала часу виконавця; Т4 - стала часу технологічного процесу типового виду робіт і Т3>Т4.

У цьому випадку перехідна характеристика людини-оператора має монотонний аперіодичний характер і знаменник передавальної функції (8) можна розкласти на два множники, а передавальну функцію представити в таких двох еквівалентних формах:

(12)

та:

(13)

Отже, модель людини-оператора можна зобразити у вигляді послідовного (рис. 2а) або паралельного (рис. 2б) зєднання двох інерційних ланок першого порядку. Перехідну функцію людини-оператора можна отримати шляхом додавання загального розв'язку рівняння (11) до розв'язку, що відповідає вимушеній складовій при х(t)=1(t).

Перехідна функція при цьому буде мати такий вигляд:

. (14)

З урахуванням початкових умов y(0)=0 і y1(0)=0 з виразу (14) знаходимо:

Модель перехідної функції людини-оператора буде мати такий вигляд:

. (15)

Часові характеристики: перехідна у(t) і імпульсна перехідна людини-оператора, поведінка якої описується диференціальним рівнянням (6), зображено на рисунку 3.

Рисунок 2 - Моделі людини-оператора у вигляді послідовного і паралельного зєднань інерційних ланок першого порядку

Диференціальне рівняння (6) можна також представити у такому вигляді:

(17)

де: Т=Т2 - стала часу людини-оператора з урахуванням технологічного часу виконання типових видів робіт, яка характеризує інертність людини-оператора; коефіцієнт психологічного стану виконавця, що характеризує коливальність людини .

Якщо >0.5, то передавальна функція людини-оператора, яка визначена з рівняння (17):

,

набуває вигляду (12).

Рисунок 3 - Часові характеристики людини-оператора: а - перехідна, б - імпульсна перехідна, в - одиничний стрибок вхідного сигналу х(t)

Чим більший коефіцієнт і менша стала часу Т, тим швидше затухають коливання перехідної характеристики людини-оператора.

Симуляцію поведінки людини-оператора можна здійснити за допомогою цифрової моделі, користуючись її моделлю в змінних стану, яка зображена на рисунку 4.

Рисунок 4 - Модель психофізіологічної діяльності людини-оператора в змінних стану

Крім лінійних, для опису динамічних властивостей людини-оператора можна використовувати квазілінійні, нелінійні і імпульсні моделі.

При цьому зявляється можливість експериментальної перевірки динамічних властивостей людини-оператора безпосередньо в умовах її функціонування.

Для цієї мети необхідно, в першу чергу, отримати фактичний об'єктивний матеріал як про сигнали, що поступають оператору, так і про реакції на такі сигнали.

Час реакції оператора залежить від способу видачі йому інформації. Наприклад, для системи сигналізації, яка містить z комірок, час прийому інформації визначається виразом:

.

Час приймання інформації при видачі сигналів показуючими вимірювальними приладами залежить від конструкції їх шкал. Для демпфірованих приладів час приймання інформації можна виразити рівнянням [4]:

,

де: =0.1 і =0.04 при H<4.16дв. од.; =4.26 і =1.33 при H<4.16 дв. од.; H - ентропія кількості поділок шкали.

З урахуванням цього перепускна здатність оператора С становить:

,

де I - кількість інформації, яку отримує оператор.

Час приймання інформації визначається не вхідною інформацією, що подається на прилад, а інформацією з виходу приладу, тобто ентропією кількості поділок шкали. Час прийому інформації при видачі сигналів з вимірювальних приладів набагато більший, ніж при видачі світлових сигналів. Таким чином, через оператора проходить відносно невеликий потік інформації, що поступає з об'єкта. Інформація, що залишилася, фільтрується і переробляється в інформаційно-вимірювальній системі залежно від її вигляду і впливу на технологічний процес за різноманітними алгоритмами.

Розглянуті моделі діяльності і поведінки людини-оператора дають можливість аналізувати поведінкові характеристики операторів складних технологічних об'єктів, якими є об'єкти нафтогазового комплексу. Вони досить складні і тому моделі людини-оператора слід враховувати при розробці експертних систем, архітектури систем візуалізації середовища віртуальної реальності як складових частин систем автоматизованого контролю і керування, що забезпечують занурення людини-оператора в реалістичну обстановку; людино-машинних систем гібридного інтелекту; структур тренажерів.

Література

1. Локотош Б.Н. Семенцов Г.Н. Автоматизация процесса бурения глубоких скважин - Львів: Вища школа, 1977. - 248с.

2. Войлов П.Ю. Инвариантная модель психофизиологической деятельности индивидуума в среде производительного социума //Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці та освіті. Збірник наукових праць. - Кривий Ріг: І.В.Т, 2002.- С. 294-300.

3. Клир Дж. Системологія. Автоматизація рішення системних задач. - М.: Радио и связь, 1990. - 554 с.

4. Куликовський Л.Ф., Ушмаев В.И. Информационно - измерительные системы для управления процессом бурения. - М.: Недра, -1972. - 174 с.

5. Задорожний І.С., Задорожний В.І. Підвищення ефективності системи управління персоналом шляхом диференціації мотивації //Менеджмент та підприємництво в Україні: етапи становлення і проблеми розвитку. Вісник національного університету “Львівська політехніка”. - Львів: Видавництво національного університету “Львівська політехніка” - 2001.- №436 - С. 25-28.

6. Желібо Є.П., Заверуха Н.М., Зацарний В.В. Безпека життєдіяльності. - К.: Каравела, Львів: Новий світ - 2000. - 2001. - 318с.

7. Назарук М. Безпека життєдіяльності. - Л.: За вільну Україну. - 1997.

Размещено на Allbest.ru