Разработка программного модуля "Биометрический комплекс" для выявления и анализа профессионально важных качеств оператора газораспределительной станции

Специфика работы оператора газораспределительной станции, методики анализа его профессионально важных качеств. Разработка эргономических требований к системе. Создание программы для определения быстроты реакции, точности, концентрации внимания оператора.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид магистерская работа
Язык русский
Дата добавления 15.02.2013
Размер файла 2,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Анализ профессиональной деятельности и определение профессионально важных качеств оператора газораспределительной станции

1.2 Анализ методик по определению профессионально важных качеств

1.3 Выводы и постановка задач к магистерской диссертации

ГЛАВА 2. ЭРГОНОМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ

2.1 Анализ функций системы и распределение их между человеком и техникой

2.2 Разработка алгоритма работы пользователя

2.3 Разработка эргономических требований к системе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

3.1 Системное программное проектирование

3.2 Функциональное проектирование

3.3 Результаты исследования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Газотранспортные предприятия являются опасными производственными объектами, аварии на которых могут привести к невосполнимому ущербу. Так как стабильность и безопасность работы на газотранспортных предприятиях обеспечиваются не только оборудованием, но и обслуживающим персоналом, то для повышения надёжности работы предприятия необходимо учесть человеческий фактор. Как известно, каждая специальность требует от специалиста наличия у него профессионально важных качеств. Для выявления и оценки данных качеств у кандидата на должность «Оператор газораспределительной станции» было предложено автоматизировать комплекс психологических методик. Такой профотбор позволит, во-первых, не затрачивать средства на обучение заранее неподходящих кандидатов, а во-вторых, отбирать на обучение тех, кто будет способен принять адекватное решение в случае неполадки, и тем самым предотвратить аварию по причине человеческого фактора.

В магистерской диссертации «Биометрический комплекс» необходимо реализовать программный модуль для выявления и анализа таких психомоторных качеств, как быстрота реагирования, точность, концентрация внимания, способность к выделению главного (опорных точек) в ситуации. Программный комплекс должен представлять собой реализацию методик «Измерение времени простой сенсомоторной реакции на световой сигнал», «Исследование точности реагирования на совмещение двух сигналов-меток», «Измерение времени и точности сенсомоторной реакции выбора», «Реакция на движущийся объект», «Красно-черно-синие таблицы», «Сложные аналогии». Каждая методика состоит из одного или более экспериментов. По окончанию выполнения каждого эксперимента результаты должны быть сохранены, а по совокупности результатов комплекс должен определить группу профессиональной пригодности кандидата.

Объектом магистерской диссертации является человек-оператор газотранспортного предприятия.

Предметом - профессионально важные качества кандидата на должность оператора газотранспортного предприятия, их наличие и уровень развития.

Для выполнения поставленной задачи, необходимо:

– проанализировать предметную область;

– выбрать средства разработки (язык программирования, формат сохранения данных);

– разработать эргономические требования к системе «человек-компьютер-среда»;

– разработать способы предъявления сигналов для каждого эксперимента каждой методики;

– разработать способы фиксации реакции испытуемых (оптантов);

– разработать программную реализацию каждой из методик;

– разработать программные процедуры по обработке и сохранению результатов в файле;

– разработать руководство пользователя;

– разработать логику анализа и интерпретацию полученных данных.

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Анализ профессиональной деятельности и определение профессионально важных качеств оператора газораспределительной станции

В развитых странах мира для обеспечения безопасности и надёжности транспортировки и хранения газа создана автоматизированная система управления технологическими процессами. Одним из звеньев это цепи является система автоматизированного управления газораспределительных станций [1]. На территории Беларуси в составе газотранспортной системы Белтрансгаза эксплуатируются 223 газораспределительные станции [1]. Эти станции обслуживаются квалифицированным персоналом. Главным звеном в составе персонала газораспределительной станции является оператор, работающий в режиме постоянного присутствия [1]. Вследствие того, что газораспределительные станции относятся к предприятиям повышенной опасности, требования к персоналу таких предприятий особо высокие. Кроме того ввиду высокой сложности и опасности, газораспределительные станции оснащаются системами автоматизированного управления [1]. Данная система представляет собой совокупность отдельно взятых автоматических комплексов.

Функции системы:

– автоматический контроль и управление работой газораспределительной станции как в нормальном режиме, так и в нештатных ситуациях, обеспечивая при этом высокую надёжность и эффективность функционирования системы за счёт непрерывной диагностики основных систем и узлов[1];

– контроль действий персонала, предотвращение несанкционированного доступа или преднамеренного вмешательства при нормальной работе газораспределительной станции;

– выдача информации о функционировании станции на локальный пункт контроля и управления и т.д.

Одним из звеньев данной системы является автоматизированное рабочее место оператора газораспределительной станции. Автоматизированное рабочее место оператора позволяет осуществить мониторинг технологического процесса, вести архив измеряемых параметров, архив аварийных событий, непрерывный автоматический контроль технологических параметров, функций защиты, выполнять дистанционное и автоматическое управление основным и вспомогательным оборудованием газораспределительной станции, обеспечивающим подачу газа в заданном количестве с определёнными параметрами [2].Однако при аварийных ситуациях на газораспределительных станциях (разрывы технологических и подводящих газопроводов, аварии на оборудовании, пожар на территории газораспределительной станции, значительные выбросы газа, стихийные бедствия) оператор должен самостоятельно принимать решения. В этих случаях он должен взять на себя ответственность и произвести необходимые переключения для остановки или переводы станции на газоснабжение по обводной линии [2]. Таким образом, надёжность работы системы зависит от надёжности работы оператора.

Надёжность работы оператора зависит от его индивидуальных способностей. Надёжность человека является функцией его состояния, которое, в свою очередь зависит от многих факторов: потока поступающей информации, длительности работы, степени сложности ситуации, индивидуальных способностей человека, уровня его знаний и т.д. [2]. По надёжности человек значительно уступает машинным звеньям систем управления газораспределительной станции ввиду своей быстрой утомляемости, подверженности влиянию многим факторам извне. Однако именно человек включается в систему управления для того, чтобы повысить её надёжность. Так как он способен воспринимать не только то, что поступает к нему от элементов системы, но и всю окружающую обстановку, способен менять действия, легко преобразовывать информацию из одной формы в другую, обладает огромной пластичностью и возможностями компенсации [2]. Поэтому в тех ситуациях, где машины выходят из строя, человек способен при определённой подготовке действовать надёжно.

Иными словами, в обеспечении стабильной, надёжной работы предприятия важную роль играет человеческий фактор. Человеческий фактор - система физиологических, социально-психологических свойств и возможностей человека, которые проявляются при взаимодействии между людьми, при организации труда и которые оказывают существенное влияние на эффективность производства [1].Речь идёт о способностях человека, об интеллекте и эмоциях, воле и характере, сознании и самосознании, формировании социальных установок и ценностной ориентации. Это комплекс свойств человека и социальной среды, в которой реализуется его деятельность [1].

Исходя из представленной выше информации, можно сделать вывод об уровне сложности и ответственности работы оператора системы автоматизированного управления газораспределительной станцией.

Для того чтобы выявить профессионально важные качества оператора газораспределительной станции следует ознакомиться с деталями его профессиональной деятельности. Профессиональная деятельность оператора может быть представлена в виде информационной модели (рис.1.1)[1].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1

В результате обучения и стажировки у оператора создаётся эталонный образ - представление ожидаемого (номинальные параметры управляемой системы). Это информация о работе всей системы автоматического управления газораспределительной станции, которая включает нормы и характер показания приборов, контролирующих работу станции, перечень необходимых операций, выполняемых по контролю и управлению станцией, и многое другое. Текущий образ состояния управляемой системы формируется у оператора на основе отражения реальной действительности, то есть ежедневной фактической работы на станции [1]. При нормальной работе всех узлов газораспределительной станции эталонный образ практически полностью соответствует текущему, то есть угол рассогласования Q между условно обозначенными векторами эталонного образа и текущего образа равен нулю (рис.1.1). Если текущий образ не соответствует эталонному по ряду существенных параметров, то угол рассогласования между данными векторами больше нуля (рис.1.1). На основе сравнения этих образов оператор принимает адекватное решение: в случае Q=0 оператор продолжает работать в режиме пассивного контроля, в случае Q>0 оператор осуществляет корректирующее воздействие на объект управления с целью приведение работы газораспределительной станции к нормальному безопасному режиму [1]. Таким образом, несмотря на то, что система контроля за безопасным режимом станции является автоматической, именно оператор принимает решение о воздействии, которое необходимо совершить для стабилизации состояния станции.

Труд оператора газораспределительной станции требует от работника не только уверенных знаний в предметных областях (физике, химии, математике, технике, информатике; знание технологии транспортировки газа; устройства, принципов действие и правил эксплуатации приборов, агрегатов и коммуникаций), но и определённый набор индивидуальных психических особенностей (хорошие зрение и слух, эмоционально-волевая устойчивость, наглядно-действенное мышление, устойчивое внимание, наблюдательность, решительность, самокритичность, высокая дисциплинированность и работоспособность, стрессоустойчивость и другие) [3]. Так же, как приводилось выше, на опасных производствах постоянно существует риск возникновения аварийных ситуаций, причинами которых могут служить сбои и неисправности технологического характера. В таком случае каждый специалист подвергается комплексному внезапному воздействию, вызывающему два уровня ответных реакций: приспособительно-защитные реакции (типа ориентировочно-исследовательского рефлекса); сложные интеллектуальные действия, связанные с оценкой обстановки, сформированием стратегии поведения и с обеспечением процесса распределения внимания между контролем текущего состояния управляемого объекта и за выработкой новой незапланированной схемы действий[2]. Таким образом, в профессии оператора газораспределительной станции профессиональные навыки также важны, как и наличие профессионально важных качеств.

Профессионально важные качества - это индивидуально-психологические качества и свойства личности, включённые в процесс профессиональной деятельности и обеспечивающие эффективность её выполнения по параметрам производительности труда и надёжности[2]. Они отражают в себе свойства нервной системы, свойства психических процессов, личностные особенности, характеристики направленности, знания и убеждения человека [4].

Посредством исследований, проводимых сотрудниками Белорусского государственного университета, были выявлены профессионально-важные качества для операторов газораспределительной станции. Исследования включали в себя такие процедуры, как интервьюирование, анкетирование операторов, диспетчеров газораспределительной станции, включённое и невключённое наблюдение за работой операторов газораспределительной станции, групповой опрос операторов газораспределительной станции, деловые игры. По результатам исследования было выявлено 14 профессионально значимых психофизиологических качеств операторов газораспределительной станции, и была выявлена степень значимости каждого качества [4]. Эти качества приведены в таблице 1.1 [4].

Таблица 1.1 - Перечень качеств в порядке их значимости

Ранг

Психофизиологические профессионально важные качества операторов газораспределительной станции

1

2

1

Быстрота реакции (Время реакции)

2

Надёжность

3

Точность

4

Устойчивость работы (к внешним воздействиям)

5

Способность сфокусировать внимание (концентрация)

6

Способность к принятию ситуативных решений

7

Способность к взятию ответственности за собственные решения

8

Распределение внимания

9

Способность к формированию динамического образа ситуации

10

Уровень умственной утомляемости

11

Психологическая стрессоустойчивость

12

Оперативно-динамическая память

13

Способность к выделению главного (опорных точек) в ситуации

14

Интеллектуальная лабильность

Далее были проведены иные исследования по определению психологических и психофизиологических методик, позволяющих оценить наличие и степень развития каждого из 14-ти профессионально значимых качеств личности оператора, в ходе которых были сформулированы следующие требования к методикам:

– учитывая опасность, сложность и ответственность профессии «Оператор газораспределительной станции» методики тестирования должны быть такими, чтобы их нельзя было при желании обмануть;

– каждое профессионально важное качество должно исследоваться как минимум двумя валидными тестовыми методиками, чтобы избежать технических ошибок и сомнений;

– тестовые методики должны быть по возможности деятельного типа: «Говоришь, что обладаешь необходимым качеством - продемонстрируй!»;

– помимо качественных переменных («выполнил - не выполнил»; «хорошо - плохо») тестовые методики должны иметь количественные результаты для экспериментального определения экстремумов в диапазонах данных.

На основе этих требований были отобраны методики, программная реализация которых позволит создать комплекс тестовых компьютерных методик для применения в профотборе по профессии «Оператор газораспределительной станции» [2].

Автоматизированный профотбор применяется во многих отраслях производства. Достаточная распространённость такого подхода при профотборе объясняется следующими преимуществами:

– последовательность тестовых заданий с программным алгоритмом подсчёта результатов;

– база данных результатов с возможностью повторного тестирования испытуемых через некоторое время и сравнения полученных результатов;

– возможность вывода результатов на печать в виде стандартных бланков с занесением в личное дело;

– объективность результатов;

– скорость обработки.

Для отбора операторов газораспределительной станции в настоящее время существует достаточно обобщенная процедура профессионального психологического отбора. Для работы в системе Белтрансгаза оптанты (кандидаты, выбирающие конкретную профессию) проходят собеседование на территориальных газораспределительных станциях, где происходит изучение социальных характеристик претендентов, уровня их общеобразовательной и специальной подготовки, а также медицинское и психологическое обследование[2]. После чего они поступают для обучения конкретным специальностям в учебные комбинаты ОАО «Белтрансгаз».

Таким образом, профессионально ориентированные, образовательные учреждения получают для начального обучения профессиям операторов лиц, уже работающих в газотранспортной отрасли, но по другим специальностям, и вынуждены обучать всех, кого к ним направили. Но развитие технологии транспортировки газа, совершенствование технологического оборудования, и, следовательно, усиление требований к уровню безопасности деятельности специалистов опасных производств, приводят к необходимости разработки более детальных процедур профессионального психологического отбора, учитывающих изложенные выше принципы [2].

1.2 Анализ методик по определению профессионально важных качеств

Методика «Реакция на движущийся объект» позволяет охарактеризовать быстроту реагирования по ряду факторов. При выполнении этой методики учитывается число Зр(n+), Ор(n-), средние ошибки Зр и Ор (M+ и M-), коэффициент баланса Кб= М+/М-, Крдо = N+/N-, число точных реакций в процентах.

Показатель Крдо может служить индивидуально-типологическим различительным признаком[3]. При обработке данных, получаемых с помощью методики «Реакция на движущийся объект», ее точностная характеристика показывает качество оценки человеком сложности движения объекта и величину соответствующего упреждения. Она определяется временем преобладающей ошибки (Тпр) по формуле:

Тпр = (?Ор - ?Зр)* 1000/ n,

где n - число поданных сигналов.

Методика «Измерение времени реакции» позволяет выявить быстроту и качество реагирования на световой стимул [3]. Простая сенсомоторная реакция - элементарный вид произвольной реакции. Она осуществляется как простое (например, нажатие кнопки) движение в ответ на простой (например, загорание лампы) сигнал. Соотношение «сигнал-движение» всегда определено инструкцией. Данная методика представлена двумя вариантами. В первом варианте интервал времени, разделяющий предупредительный и основной сигналы, постоянен и равен 1,5 с. Для второго варианта длительность этого варианта меняется в случайном порядке от 0,5 с до 2,5 с. В каждом из вариантов предлагается 30 предъявлений основного сигнала.

По полученным данным рассчитываются следующие статистические показатели:

1) среднее арифметическое (М);

2) среднее квадратичное отклонение (е);

3) коэффициент вариативности (CV);

4) достоверность среднего значения по t-критерию Стьюдента.

Методика «Красно-черно-синие таблицы» предназначена для определения уровня развития внимания. Также "Красно-черно-синие таблицы" могут использоваться для оценки кратковременной памяти. При работе с таблицами испытуемый одинаково "задействует" и объем внимания, его распределение, концентрацию и переключение. Методика предназначена для общей оценки внимания, без конкретизации до отдельных характеристик. Методика довольно "компактна" при проведении. Ее удобно использовать и для единичных замеров, и для мониторинга функционального состояния испытуемого.

Предъявляемый материал - таблица, состоящая из черных чисел от 1 до 12, синих русских букв от А до К и красных латинских от A до L. Задание заключается в том, чтобы как можно быстрее найти русские буквы, затем латинские, затем по порядку числа. Фиксируется общее время. Фиксируется общее время в секундах, которое ушло у испытуемого на то, чтобы найти все 36 символов. Чем короче этот период, тем о лучшем развитии внимания можно судить.

Цель методики «Сложные аналогии» выявить, насколько испытуемому доступно понимание сложных логических отношений и выделение абстрактных связей. Методика состоит из 20 пар слов - логических задач, которые предлагается решить испытуемому. Его задача - какой из шести типов логической связи заключен в каждой паре слов. В этом ему поможет "шифр" - таблица, в которой приводятся образцы использующихся типов связи. Оценивается общее количество правильных ответов в баллах.

1.3 Выводы и постановка задач к магистерской диссертации

В магистерской диссертации «Биометрический комплекс» необходимо разработать программный модуль, который будет реализовывать методики по определению таких профессионально-важных качеств как «Быстрота реакции (время реагирования)», «Точность», «Концентрация внимания», «Способность к выделению главного (опорных точек) в ситуации». Быстрота и точность реагирования на внешний сигнал (стимул) являются первыми психомоторными характеристиками человека, подвергшимися систематическому исследованию, поскольку определённый двигательный ответ на тот или иной сигнал является составляющим элементом почти любой трудовой деятельности [4]. Такой двигательный ответ также называется произвольной реакцией.

Произвольная реакция по заданной инструкции представляет собой процесс взаимодействия различных функциональных систем, обеспечивающих отражение реальной ситуации и воздействие на неё. Она включает в себя несколько этапов:

– воздействие стимула на рецептор, которое вызывает формирование сигнала;

– передача сигнала по нервным путям системе в корковые центры анализатора;

– оценка ситуации и принятие решения, передача команд двигательным центрам коры;

– передача нервного сигнала мышцам и - как результат всего процесса - собственно движение [4].

Следует отметить, что процессу произвольного реагирования предшествует знакомство испытуемого с инструкцией и различными предупреждающими сигналами, что приводит к повышению уровня готовности всех его функциональных систем. Однако уровень готовности существенно зависит от возможности человека предвосхищать момент появления сигнала. Такая зависимость объясняется способностью испытуемого достаточно точно оценивать те или иные отрезки времени.

В качестве показателей произвольной реакции обычно и используется время реакции и точность ответа. Под временем реакции понимается время от выдачи сигналы до окончания ответного действия, что может быть выражено следующей формулой:

, (1.1)

где - время реакции;

- время сенсорно-перцептивного процесса;

- время оценки и принятия решения;

- время двигательного ответа [5].

Таким образом, время реакции зависит как от состояния отдельных функциональных систем, так и от внешних условий, которые определяют параметры деятельности функциональных систем. Конструируя эти условия в эксперименте, можно получить данные о зависимости времени реакции от различных факторов (например, от логической сложности задания, от трудности выполнения двигательного ответа и т.п.).

На некоторые из выше названных качеств отведено по две методики. Для определения качества «Быстрота реакции (время реагирования)» служит методика «Измерение времени реакции» [5], которая включает в себя два эксперимента, и методика «Исследование точности реагирования на совмещение двух сигналов-меток» - включает один эксперимент. Для определения качества «Точность» служит методика «Измерение времени и точности сенсомоторной реакции выбора» (включает два эксперимента) и методика «Реакция на движущийся объект». Для определения качеств «Концентрация внимания» и «Способность к выделению главного (опорных точек) в ситуации» служат методики «Красно-черно-синие таблицы» и «Сложные аналогии» соответственно [5].

Программный модуль должен не только осуществлять эксперименты, но и фиксировать результаты, и сохранять их в файл для дальнейшего анализа. Кроме того каждый эксперимент должен начинаться с ознакомительной, однозначно воспринимаемой инструкции, что необходимо для выполнения данного эксперимента испытуемым (оптантом).

Для реализации программного модуля была выбрана среда разработки BorlandC++ Builder. Это обусловлено достаточной мощностью данной среды, удобством средств визуального проектирования форм, эффективностью отладки приложений. Язык реализации С++. Для хранения и представления результатов было выбрано программное средство Microsoft Office Excel. Это было обусловлено следующими фактами:

– общепринято, что результаты, представленные в виде таблицы, проще и быстрее анализировать;

– Excel является универсальным средством для хранения и обработки данных в таблицах;

– среда разработки BorlandC++ Builder позволяет взаимодействовать с Excel за счёт встроенных компонент.

Таким образом, необходимо:

– разработать способы предъявления сигналов для каждого эксперимента каждой методики;

– разработать способы фиксации реакции испытуемых (оптантов);

– разработать программную реализацию каждой из методик;

– разработать программные процедуры по обработке и сохранению результатов в файле;

– разработать руководство пользователя;

– разработать алгоритм интерпретации полученных результатов для определения группы профессиональной пригодности кандидатов.

ГЛАВА 2. ЭРГОНОМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ

2.1 Анализ функций системы и распределение их между человеком и техникой

Проектируемый программный комплекс представляет собой систему «человек-компьютер-среда». Соответственно он должен выполнять ряд функций, которые определяются взаимодействием всех составляющих данной системы.

Подробнее эти функции рассмотрены ниже.

1) Регистрация испытуемого.

2) Подробное инструктирование испытуемого о предстоящем эксперименте. Инструктирование испытуемого осуществляется путём предъявления ему специальной инструкции.

3) Предъявление экспериментального материала. Предъявление экспериментального материала осуществляется с помощью вывода на экран.

4) Выполнение требуемых манипуляций с экспериментальным материалом. Организация выполнения заданного алгоритма работы определяется последовательностью шагов программы и оперативными командами испытуемому, предъявляемыми с экрана монитора.

5) Регистрация ответов испытуемого.

6) Обработка результатов.

7) Вывод результатов промежуточных результатов после прохождения каждого эксперимента.

8) Сохранение результатов работы испытуемого. В файл с регистрационными данными испытуемого сохраняются и его результаты.

9) Организация выполнения заданного алгоритма работы.

10) Формировать сводную таблицу результатов экспериментов, выдавать конечный результат пользователю в виде номера профессиональной группы, к которой он относиться.

Распределение функций в системе «человек-компьютер-среда» между человеком и техническими устройствами осуществляется на основе следующих принципов:

– функция передается тому или иному компоненту системы на основе сравнительного анализа человека и техники на предмет возможности и эффективности ее выполнения ими;

– человеку также передаются те функции, которые определяются особенностями системы с учетом ее назначения, т.е. за человеком сохраняются функции, которые он должен выполнять в системе обязательно безо всякого дополнительного сравнительного анализа возможностей человека и машины.

Учитывая названные принципы, были проведены анализ функций системы с целью распределения их между человеком и компьютером. Результаты работы представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Распределение функций между человеком и компьютером в проектируемой системе «человек-компьютер-среда»

№ п/п

Название функции

Кто ее выполняет в системе «человек-компьютер-среда»

Обоснование распределения функций

1

2

3

4

1

Регистрация испытуемого

ПК

ПК делает это быстрее и одинаково для всех испытуемых

2

Инструктирование испытуемого о задании

ПК

ПК делает это быстрее и одинаково для всех испытуемых

3

Предъявление экспериментального материала

ПК

ПК делает это надёжнее и одинаково для всех испытуемых

4

Выполнение требуемых манипуляций с экспериментальным материалом

Человек

Функция остается за человеком в соответствии с назначением системы

5

Регистрация ответов испытуемого

ПК

ПК делает это быстрее и может сохранять результаты

6

Обработка результатов

ПК

ПК делает это быстрее и надёжнее

7

Вывод промежуточных результатов

ПК

ПК делает это быстрее и надёжнее

8

Сохранение (документирование) результатов работы

ПК

ПК делает это надёжнее и может сохранять результаты в течение неограниченного времени

9

Организация выполнения заданного алгоритма работы

ПК

ПК делает это четко и однозначно, работая в соответствии с программой

10

Формирование сводной таблицы результатов

ПК

ПК делает это надёжнее и может сохранять результаты в течение неограниченного времени

2.2 Разработка алгоритма работы пользователя

Для данной системы необходимо разработать алгоритмы работы человека в подсистеме «пользователь - ПК - среда» (таблица 2.2)[6]. Некоторые из операций алгоритмов могут выполняться в другой последовательности или опускаться. Результаты представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Алгоритм работы испытуемого в подсистеме «человек-компьютер-среда»

№ п/п

Содержание операции

Обращение к системе отображения информации

Обращение к объектам управления

1

2

3

4

1

Включение ПК

Индикатор на системном блоке (подсветка кнопки на системном блоке)

Кнопка включения на системном блоке

2

Включение дисплея

Индикатор включения на дисплее

Кнопка включения дисплея

3

Загрузка программы

Ярлык на экране дисплея

Щелчок мышкой

5

Выбор эксперимента

Кнопка на экране дисплея

Щелчок мышкой

6

Ознакомление с инструкцией к данному эксперименту

Формуляр на экране дисплея

Манипуляции мышью

8

Выполнение экспериментального задания

Изображения на экране дисплея

Щелчок мышкой или использование клавиатуры

9

Завершение работы программы

Значок на экране дисплея

Щелчок мышкой

10

Выключение ПК

Значок на экране дисплея

Щелчок мышкой

При загрузке программы перед пользователем открывается окно программы. В данном окне расположены несколько кнопок. Нажав на кнопку «Выбор методики», пользователь знакомится с названиями методик. Выбрав любую из них, пользователь попадает в меню экспериментов. Так как каждая методика содержит один или более экспериментов, пользователю необходимо пройти каждый из них. Перед тем, как начать эксперимент, испытуемый знакомится с инструкцией. Инструкция содержит чёткое и лаконичное описание эксперимента и руководство к действиям испытуемого в ходе эксперимента. Ознакомившись с инструкцией, испытуемый переходит к работе непосредственно с экспериментом. В ходе эксперимента пользователь может прервать его в любой момент посредством клавиши Esc. По окончании эксперимента испытуемому сообщается о том, что эксперимент пройден. Далее осуществляется выход в меню, где испытуемый выбирает следующий эксперимент. Когда испытуемый выполнит все необходимые эксперименты, программа сохранит его данные в файл.

2.3 Разработка эргономических требований к системе

Эргономические требования определяются свойствами человека-оператора и устанавливаются с целью оптимизации его деятельности. Они являются базовыми при проектировании системы «человек-компьютер-среда» на основе антропоцентрического подхода [7].Под эргономическими требованиями к системе «человек-компьютер-среда» понимаются требования к самой системе, ее отдельным подсистемам, оборудованию, рабочей среде, определяемые свойствами человека и устанавливаемые для обеспечения его эффективной и безопасной деятельности. Эргономические требования должны предъявляться как к свойствам системы и к различным ее элементам, так и к человеку как оператору.

Разработанное специальное программное средство должно полностью соответствовать методическому материалу, т.е. позволять успешно достигать поставленные перед ним цели и задачи. Последовательности действий, необходимых для установки программного средства, должна полностью соответствовать инструкции. Программное средство должно быстро и легко запускаться. Основные параметры технических характеристик программного средства должны соответствовать параметрам, приведенным в документации. Должна обеспечиваться надежная и устойчивая работа разработанного программного средства. Эргономические требования формируются на основании экспериментальных исследований и опыта эксплуатации системы «человек-компьютер-среда», требований эргономических стандартов. Эргономические требования необходимы для обеспечения:

– рационального распределения функций в системе;

– рациональной организации рабочего места на основе учета в конструкции рабочих характеристик и свойств человека;

– соответствия технических средств возможностям человека по приему и переработке информации и осуществлению управляющих воздействий;

– оптимальных для жизнедеятельности и работоспособности человека показателей производственной среды.

Система «человек-компьютер-среда» состоит из трех основных частей.

1) Человек, воздействуя на техническое звено системы, выполняет экспериментальное задание. На работу человек влияют его знания, опыт, психические и физиологические особенности, мотивы и цели деятельности и др.

2) Техническое звено системы включает программное и аппаратное обеспечение. К аппаратному обеспечению относится персональный компьютер, состоящий из системного блока, монитора, клавиатуры и мыши. Программное обеспечение представляет собой совокупность операционной системы и прикладной программы. Состояние технического звена определяется уровнем развития программных и аппаратных технологий на момент проведения эксперимента, финансовыми затратами на покупку и ремонт компьютеров, на покупку лицензионного программного обеспечения, грамотной компоновкой различных частей технического звена между собой.

3) Рабочая среда рабочего места человека-оператора включает такие факторы, как освещенность, шум, аэроионный состав воздуха, микроклимат, вибрация, электромагнитное излучение. Если не ставится цель изучить работу человека-оператора в экстремальных условиях, то все факторы необходимо привести к оптимальному значению. В иных случаях можно варьировать значения необходимых параметров, не допуская при этом причинения ущерба здоровью работающего.

Если хотя бы один из компонентов системы человек-компьютер среда находится в состоянии, не удовлетворяющем условиям техники безопасности, эксперимент должен быть отложен до устранения негативно влияющих факторов.

При разработке эргономических требований учитывались факторы, определяющие эффективность функционирования системы «человек-компьютер-среда». Учёт этих факторов на этапе проектирования системы повысит результативность работы системы в целом. Данные группы факторов приведены таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Факторы, определяющие эффективность функционирования системы «человек-компьютер-среда»

Название группы факторов

Номенклатура факторов группы

1

2

1. Антропометрические факторы

– соответствие размеров рабочего стола размерам и форме тела человека

– соответствие размеров рабочего кресла размерам и форме тела человека

– соответствие объектов управления размерам и форме тела человека

2. Физиологические факторы

– соответствие усилий на объект управления силовым возможностям человека

– соответствие требований выполнения алгоритма работы скоростным возможностям человека

– принцип экономии движений

3. Психологические факторы

– соответствие цветов надписей и знаков стереотипам восприятия

– соответствие объемов информации, требующей запоминания, возможностям памяти человека

– отсутствие неоднозначного толкования требований инструкций и команд

– соответствие компоновки объектов управления и систем отображения информации стереотипам восприятия

– соответствие индикации срабатывания объекта управления сформированным навыкам

– соответствие количества одновременно предъявляемых сигналов возможностям внимания человека

– использование необходимых средств привлечения внимания

– отсутствие нестандартных сокращений и аббревиатур

– соответствие сложности инструкций, времени, отводимому на их усвоение

– одинаковый характер команд на протяжении всего периода работы в системе в схожих ситуациях

– наличие указаний на проблемы, возникающие в процессе обслуживания системы

4. Социально-психологические факторы

– отсутствие возможности согласовать действия в случаях различного понимания инструкций операторами

– отсутствие ограничений к выполнению некоторых функций операторами различного статуса

5. Психофизиологические факторы

– соответствие размеров, яркости и контраста информационных знаков (символов) возможностям зрительного анализатора

– соответствие пространственных характеристик предъявляемых сообщений оптимальным зонам поля зрения оператора

6. Гигиенические факторы

– соответствие уровней освещенности рабочего места гигиеническим нормам

– соответствие уровней шума на рабочем месте гигиеническим нормам

– соответствие параметров микроклимата рабочего места гигиеническим нормам

– соответствие уровней излучений на рабочем месте гигиеническим нормам

– соответствие уровней вибрации рабочего места гигиеническим нормам

– соответствие газового состава воздуха рабочей зоны гигиеническим нормам

Эргономические требования к информации, представляемой пользователю на экране дисплея, описаны ниже.

а) Требования к энергетическим и пространственным параметрам.

Для точного считывания информации и комфортных условий ее восприятия работа с дисплеями должна проводиться при таких сочетаниях контраста и яркости изображения, внешней освещенности экрана, углового размера знака и угла наблюдения экрана, которые входят в оптимальные или предельно допустимые (при кратковременной работе) диапазоны. Яркость знаков не должна быть менее 35 кд/м2 для дисплеев на ЭЛТ и не менее 20 кд/м2 для дисплеев с плоскими экранами[8]. Неравномерность яркости рабочего поля экрана и яркости элементов знаков не должна быть более 20%. Яркостной контраст изображения, а также внутри знаков и между знаками должен быть не менее 3:1 [8]. Ширина контура знака должна быть в пределах от 0,25 до 0,5 мм, а изменение размеров однотипных знаков на рабочем поле не должно превышать + - 5%. Если в документации на дисплей не оговорено проектное расстояние наблюдения, то его принимают равным 50 см для дисплеев с размером экрана по диагонали 14 -17 дюймов и 75 см - для экранов 19 - 21 дюймов [8].

б) Требования к цветовым параметрам.

Не следует применять насыщенный синий цвет, если размер изображения менее 2 дюймов. Для чтения текстов, восприятия знаков и символов не следует применять при обратном контрасте синий и красный цвета на темном фоне и красный цвет на синем фоне, а при прямом контрасте - синий цвет на красном фоне. Для точного опознания цветов должны применяться цветные изображения переднего плана на ахроматическом фоне или ахроматические изображения переднего плана на цветном фоне. Число цветов, одновременно отображаемых на экране должно быть минимальным, а при необходимости проведения быстрого поиска, основанного на опознании цветов, и когда параметры цвета вызываются из памяти ЭВМ, следует применять не более 6 цветов. При необходимости идентификации и распознавания цветов прикладная программа должна предлагать устанавливаемый по умолчанию набор цветов, а когда цвет может быть изменен пользователем, то должна быть предусмотрена возможность его восстановления.

Насыщенные крайние цвета видимого спектра приводят к нежелательным эффектам глубины изображаемого пространства и не должны применяться для изображений, которые требуют непрерывного чтения или просмотра. Контраст изображения по отношению к фону должен быть оптимальным: для графической информации необходимо использование прямого контраста, для текстовой - обратного. Должно обеспечиваться постоянство используемых цветов. Одни и те же объекты следует обозначать одинаковыми цветами. Используемые цвета должны соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям: красный - опасность, желтый - внимание, слежение, зеленый - разрешающий и т.д.

Яркость цветов объектов по отношению к фону должна обеспечивать равномерное распределение яркости, яркостной контраст должен быть не менее чем 60%. Следует использовать оптимальный выбор цветов для смыслового противопоставления объектов: красный - зеленый, синий - желтый, белый - черный. Должно обеспечиваться оптимальное сочетание цвета и яркости изображения: красный - при высокой яркости, зеленый - в среднем диапазоне, желтый - в широком диапазоне, синий - при малой яркости.

в) Требования к пространственному размещению информации на экране монитора.

Формы объектов должны соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям, т.е. быть похожими на экране на формы реальных объектов. Для графической информации обязательно должны использоваться логические ударения, желательно их использовать также для текстово-графической информации. Логические ударения должны использоваться оптимально: наличие не более одного логического ударения в каждый момент времени, выделение логическим ударением главного объекта. Последовательность логических ударений должна соответствовать оптимальному порядку восприятия информации.

Поля восприятия графической информации должны соответствовать оптимальному порядку изучения информации. При этом поля восприятия должны иметь определенные размеры: поле точного восприятия - (3? вверх-вниз, 7? вправо-влево или 2,6-2,7 см, 4,8-5,2 см от оси зрения); поле опознания расположения - (вверх 25?, вниз 35?, вправо и влево по 32? или 24-28 см, 34-40 см, 31-37 см от оси зрения); поле информации первостепенной важности - (15? или 14-16 см во все стороны от оси зрения); поле главного объекта - (10? или (9-10 см) во все стороны от оси зрения) [9].

Должно обеспечиваться соответствие пространственного расположения информации на экране оптимальному порядку изучения. Степень засоренности поля главного объекта не должна быть большой: превышать 4-6 второстепенных объектов в поле главного объекта [9].

г) Требования к надписям, знакам и предъявляемому на экране тексту.

Надписи, обозначающие объекты или органы управления должны быть краткими, однозначно воспринимаемыми и читаться слева направо [10].Допускается использование только тех слов, которые хорошо известны пользователю. Сокращение слов нежелательно, в крайнем случае, можно использовать только стандартные сокращения. Параметры предъявляемого на экране текста должны удовлетворять следующим требованиям:

– высота знака - не менее 3 мм;

– отношение ширины буквы, цифры к высоте - в пределах 0,76 - 0,80;

– толщина линии обводки в прямом контрасте - в пределах 10 - 15% от высоты знака, в обратном контрасте - в пределах 12 - 16% от высоты знака;

– расстояние между знаками - не менее 30% от высоты знака;

– расстояние между строками - 1,5 - 2 высоты знака;

– длина строки - 40 - 80 знакомест [11].

Используемые в тексте слова должны соответствовать тезаурусу (словарю с полной смысловой информацией) пользователя, а его лингвистическая композиция обеспечивать доступность и понятность текста.

При проектировании системы «Человек-компьютер-среда» должны максимально учитываться эргономические требования к каждому из объектов системы. Кроме того немаловажное значение отводится формированию инструкции испытуемому. Объективно полученные данные по результатам прохождения эксперимента - следствие правильно выполненного эксперимента, что в свою очередь является следствием действий испытуемого по инструкции.

Также при разработке дизайна приложения необходимо учитывать психофизиологические свойства человека (восприятие цвета, размер шрифта, выделение ключевых фраз, соответствие цветов надписей и знаков стереотипам восприятия и многое другое). Таким образом, эргономическое проектирование систем должно проводиться для всяких систем, одним из объектов которых является человек.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

3.1 Системное программное проектирование

Программный модуль можно представить в виде нескольких взаимодействующих друг с другом логических блоков. Такой способ представления системы позволяет выделить в ней важные составляющие и способы взаимодействия этих составляющих. В данном случае система была поделена на блоки в соответствии с основными функциями, которые она должна выполнять, а именно предъявление экспериментального материала, фиксация реакции испытуемого, обработка результатов, сохранение результатов в файл. При проектировании данного программного модуля было предложена схема, состоящая из семи логических блоков. Первый блок - это блок «Меню». Данный блок представляет собой каталог экспериментов. Функцией данного блока является предоставление доступа к экспериментам. Кроме того при выходе из «Меню» осуществляется автоматическое сохранение полученных результатов, то есть блок «Меню» также связан и с блоком «Сохранение данных». Таким образом, блок «Меню» является связующим звеном между остальными блоками.

Следующий блок - блок «Измерение реакции». Данный блок представляет собой реализацию методики «Измерение времени простой сенсомоторной реакции на световой сигнал». Данный эксперимент состоит из двух вариантов, соответственно блок включает в себя реализацию этих двух вариантов. Пройдя первый вариант, пользователь приступает к прохождению второго варианта. По окончании прохождения пользователь возвращается обратно в блок «Меню». Однако в блок «Меню» пользователь может возвратиться не только по окончании эксперимента, но и в любой момент посредством клавиши Esc. Затем после того как пользователь пройдёт данный эксперимент, возвратиться в блок «Меню», он не сможет опять перейти в блок «Измерение реакции». Это обусловлено требованием того, чтобы за один раз пользователь мог пройти каждый эксперимент по одному разу.

Третий блок - блок «Измерение точности». Данный блок содержит в себе реализацию методики «Исследование точности реагирования на совмещение двух сигналов-меток». Эксперимент состоит из одного варианта. По окончании прохождения эксперимента пользователь вновь переходит в блок «Меню». Связь между блоком «Измерение точности» блоком «Меню» такая же, как и между блоком «Измерение реакции» блоком «Меню». Блоки «Измерение точности» и «Измерение реакции» между собой непосредственно не связанны. Выход из данного блока может осуществляться как по необходимости с помощью клавиши Esc, так и после завершения прохождения данного эксперимента.

Четвёртый блок - блок «Измерение точности». Данный блок содержит в себе реализацию методики «Измерение времени и точности сенсомоторной реакции выбора». Содержит в себе два варианта эксперимента. Связь с блоком «Меню» аналогична предыдущим двум блока. Данный блок непосредственно связан только с блоком «Меню». Следующий блок - блок «Измерение реакции». Данный блок содержит в себе реализацию методики «Реакция на движущийся объект». Содержит один вариант эксперимента. Связь с блоком «Меню» аналогична предыдущему блоку. С блоками «Измерение реакции», «Измерение точности», «Измерение точности» непосредственно не связан.

Шестой блок - блок «Измерение концентрации внимания». Данный блок содержит в себе реализацию методики «Красно-чёрно-синие таблицы». Содержит в себе один вариант эксперимента. Связь с блоком «Меню» аналогична предыдущим двум блока. Данный блок непосредственно связан только с блоком «Меню». Седьмой блок - блок «Измерение способности выделения главного». Данный блок содержит в себе реализацию методики «Сложные аналогии». Содержит один вариант эксперимента. Связь с блоком «Меню» аналогична предыдущему блоку. С блоками «Измерение реакции», «Измерение точности», «Измерение точности» непосредственно не связан.

Восьмой блок - блок «Обработка результатов». Данный блок связан непосредственно с блоками «Измерение реакции», «Измерение точности», «Измерение точности», «Измерение реакции». После прохождение каждого эксперимента данные определённым образом обрабатываются. Обработка происходит в фоновом режиме, незаметно для пользователя. Таким образом, блок «Обработка результатов» также связана и с блоком «Меню», потому что данный блок задействуется в том случае, когда пользователь переходит в «Меню» или по окончанию прохождения эксперимента, или когда пользователь прерывает эксперимент посредством специализированной клавиши.

Девятый блок - блок «Промежуточной интерпретации данных». Данный блок связан непосредственно с блоком «Обработка результатов». После окончания каждого эксперимента происходит обработка полученных данных и интерпретации их в виде диаграмм и кратких расчётов.

Последний десятый блок - блок «Сохранение данных». Данный блок выполняет немаловажную функцию, а именно сохранение полученных данных в файл. Однако сохранение осуществляется при выходе из блока «Меню», то есть это завершающее действие программного модуля. Соответственно, блок «Сохранение данных» напрямую связан с блоком «Меню». Кроме того, блок «Сохранение данных» берёт данные из блока «Обработка результатов», поэтому также существует связь между этими блоками посредством блока меню. Таким образом, блок «Меню» является ключевым блоком данного программного модуля.

3.2 Функциональное проектирование

оператор газораспределительный профессиональный быстрота

При разработке программного модуля использовалась спроектированная ранее схема логических блоков. Так как блок «Меню» является основным блоком схемы, то соответственно он разрабатывался первым. В виду того, что программный модуль должен представлять собой оконное приложение, было принято решение использовать шесть форм. Форма - это встроенный объект среды C++ Builder, который отвечает за создание пользовательского интерфейса приложения. Пользовательский интерфейс создаётся путём добавления в окно формы элементов объектов C++ Builder, называемых компонентами. Таким образом, для каждого элемента создаётся свой интерфейс с помощью определённого набора компонент. Из этих шести форм четыре будут осуществлять визуализацию четырёх экспериментов, ещё одна форма послужит для разработки блока «Меню», и оставшаяся форма будет задействована для реализации блока «Сохранение данных». Каждая форма представляет собой отдельный модуль Unit. Соответственно разрабатываемый программный модуль состоит из шести подмодулей - от Unit1 до Unit6. Подробная разработка каждого подмодуля рассмотрена ниже.

Блок «Меню» реализован в подмодуле Unit1. Пользовательский интерфейс каталога экспериментов в программной реализации представляет собой встроенный объект среды Builder Page Control, который расположен на объекте Form1. Это совокупность вкладок, равная количеству экспериментов. Каждая вкладка содержит информацию об эксперименте и ссылку на него. Ссылка представлена пользователю компонентой BitBtn. Данная компонента является кнопкой, нажав которую пользователь запускает событие OnClick. Это событие обрабатывается функцией BitBtn1Click (TObject *Sender), которая осуществляет следующие действия:

– запускает таймер, отсчитывающий секунды до начала эксперимента;

– делает форму меню Form1 невидимой;

– открывает форму, содержащую эксперимент.

Время до начала эксперимента, отсчитываемое таймером необходимо испытуемого для того, чтобы приготовиться к прохождению эксперимента. Кроме того, данный подмодуль содержит обработчик события FormCloseQuery(TObject *Sender, bool &CanClose). Данный обработчик запускается, когда срабатывает событие закрытия формы пользователем путём нажатия им иконки «Ч». Прежде чем осуществить закрытие формы, обработчик запускает событие Form3->BitBtn1Click(Sender), которое сохраняет все полученные ранее результаты в файл. Только после того, как отработало это событие, происходит закрытие формы и прекращение работы модуля в целом. Более подробно событие Form3->BitBtn1Click(Sender) будет рассматриваться ниже при описании разработки подмодуля Unit3.

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.