ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ЧЕЛОВЕКОМ-ОПЕРАТОРОМ

Представлен новый способ исследования процесса принятия решения методом оценки реакции на движущийся объект. Разработанный способ ориентирован на исследование способности к оценке временных и пространственных характеристик движения объекта управления и новую методику обработки результатов измерений. Установлено, что разработанный способ обладает более высокими функциональными и диагностическими возможност ми в сравнении с известными способами.

Введение.

Современное производство характеризуется прежде всего всеобщей тенденцией к автоматизации технологических процессов, позволяющей не только уменьшить расходы на производство, стабилизировать производственный процесс, снизив влияние человека на конечный результат работы технологической линии, но и повысить безопасность труда — снизить производственный травматизм и уменьшить смертность на производстве.

В то же время существует большой класс производственных процессов, не поддающихся полной автоматизации, или же, где полная автоматизация нецелесообразна. В этом случае говорят об использовании автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). АСУТП относятся к человеко-машинным системам (ЧМС), так как центральное место в управлении сохраняется за человеком.

Очевидно, что проблема обеспечения надежности и безопасности ЧМС представляется актуальной и востребованной для большинства областей промышленного производства и управления транспортными средствами.

Теоретическое обоснование и методическое обеспечение оценки.

Надежность и точность работы оператора, а так же своевременность решения задачи принято считать одними из основных параметров функционирования ЧМС.

Под надежностью ЧМС принято понимать долгосрочный показатель работоспособности технических систем, которые актуально обслуживаются людьми во всевозможных условиях ее функционирования .

Анализ литературных источников свидетельствует, что более 70 % аварий и несчастных случаев на производстве и транспорте происходит по причинам, связанным с влиянием человеческого фактора [1—3].

Известно, что процесс операторской деятельности может быть условно разделен на следующие отдельные этапы [4]:

1. Прием, восприятие поступающей информации, где выполняются следующие основные действия: обнаружение сигнала, выделение наиболее важных сигналов, расшифровка и декодирование информации, построение предварительного образа ситуации.

2. Оценка и переработка информации (в основе — сопоставление заданных и текущих режимов работы СЧМ) предполагают выполнение следующих действий: запоминание информации, извлечение из памяти нормативных информационных образцов, декодирование информации.

3.  Принятие решения (во многом зависит от имеющихся альтернатив — от «энтропии множества решений»). При этом важную роль играет выделение оператором критерия правильного решения (критерия выбора одной из альтернатив), соответствующего представлениям оператора о цели и результате своей работы.

4. Реализация принятого решения , которая во многом зависит от готовности оператора быстро, на уровне автоматизма, выполнять сложные действия в экстремальных условиях. Для поддержания такой (автоматизированной) готовности важную роль играют специальные занятия на тренажёрах, где моделируются различные экстремальные ситуации.

5. Проверка решения и его коррекция (по возможности).
При этом 51,6 % аварий сводятся к ошибкам категории «принятие решения» [3].

Кроме того, ошибка на третьем этапе операторской де тельности (этапе принятия решения ) влечёт ошибочность действий на четвертом этапе. Возможность же исправления ошибки на пятом этапе операторской де тельности не всегда возможна.

Таким образом, очевидно, что повышение качества функционирования ЧМС возможно за счёт повышения надёжности человека-оператора в составе системы, в том числе за счёт повышения надёжности его на отдельных этапах операторской де тельности.

В настоящее время накоплен обширный и глубокий эмпирический материал, имеются серьёзные методологические разработки, обоснованы многочисленные практические рекомендации по обеспечению надёжности человека-оператора путём профессионального отбора, профессионального обучения, учёта психологических и эргономических факторов.

Установлено, что на качество операторской де тельности влияют врем суток, климатические условия , производственные факторы (температура, загазованность, запыленность, освещённость), причём степень влияния зависит от профессии и стажа работы. Имеются многочисленные данные о зависимости успешности выполнени операторских функций от особенностей процесса управления , его динамических характеристик, времени, отведённого на принятие решения и т. д.

В то же время отдельно отмечается, что индивидуальна способность к успешному выполнению операторской де тельности в значительной степени зависит от особенностей организации свойств центральной нервной системы человека и его текущего функционального состояния (ФС). При этом абсолютное большинство вышеперечисленных факторов внешних среды и процесса управления оказывают влияние на ФС оператора и его динамику в процессе профессиональной деятельности. В ФС так же находят отражение мотивация , состояние стресса, эмоциональное состояние и утомление. Согласно этому, задачи проф-ориентации персонала и оценки профпригодности на основе дифференциации свойств нервной системы человека и определения интегральных показателей профессиональной деятельности приобретают особую значимость и актуальность.

Анализ литературных источников показывает, что наибольшее внимание в инженерной психологии и эргономике уделяется деятельности человека-оператора в режиме визуально-ручного управления динамическим объектом и в режиме слежения.
Одним из таких методов исследования операторской деятельности на этапе принятия решения является метод оценки времени реакции на движущийся объект (РДО) [5]. Метод оценки РДО представляет собой сложный зрительно-моторный тест и является индикатором точности восприятия временных и пространственных характеристик движения.

Ценность метода РДО заключается в том, что он позволяет изучать процесс саморегуляции, поиска минимальных коррекций, приводящих к желаемому результату в оценке времени и пространства, способность к экстраполяции и ориентированию в новой обстановке, умение планировать и рассчитывать свои действия [6].
Метод РДО основан на предъявлении испытуемому символьного изображения движущегося объекта, движение которого испытуемый останавливает в момент предполагаемого его совпадения с заданной меткой (способ с остановом), различные модификации которого описаны Н.М. Пейсаховым [6] и О.И. Масловой [7].

Согласно способу Н.М. Пейсахова испытуемый по команде «Можно» включает секундомер и останавливают его в момент достижения стрелкой заданного деления на циферблате. Индикатором реакции на движущийся объект является средняя величина ошибок запаздывания и средняя величина ошибок упреждения. Для оценки индивидуальной тенденции к запаздыванию (упреждению) подсчитывается средняя величина ошибок запаздывания tзап (упреждения tупр). Простое сопоставление средних величин даёт представление о преобладающей тенденции в реакциях испытуемого [6].

Согласно способу О.И. Масловой испытуемому предъявляют на экране видеомонитора окружность, на которой помещены курсор и метка, обозначающая «Стоп». Для обеспечения движения курсора по окружности испытуемый удерживает щупом кнопку пульта управления в нажатом состоянии. В момент предполагаемого совпадения курсора с меткой испытуемый отжимает щупом кнопку пульта. По количеству опережающих, отстающих и точных реакций судят об оценке реакции на движущийся объект [7].

При этом большинство авторов ошибки упреждения в реакциях РДО склонны считать показателем преобладания возбудительного процесса, а ошибки запаздывания — индикатором преобладания процесса торможения. Предполагается также, что точные реакции в РДО показывают лица с уравновешенными процессами возбуждения и торможения [6].

Так как в известных способах испытуемый корректирует ошибки упреждения увеличением пути движения объекта, а ошибки запаздывания — сокращением пути движения объекта, очевидно, что известные способы позволяют прежде всего оценить способность к корректировке своих действий, обучению и адаптации.

В то же время следует констатировать, что известные способы не позволяют оценить индивидуальную способность к воспри тию времени и пространства, экстраполяции и принятию решения .

Кроме того, экспериментально установлена зависимость результатов оценки РДО от методики обработки результатов измерений и вынесения оценки, в частности, когда число ошибок запаздывания не равно числу ошибок упреждения, а их величины незначительно отличаются друг от друга, или, когда число ошибок запаздывания равно числу ошибок упреждения, но их величины отличаются друг от друга.

Целью работы является разработка методического аппарата для исследования процессов операторской деятельности на этапе принятия решения методом РДО на основе дифференциации свойств нервной системы человека.

Метод исследования операторской деятельности.

Для исследования индивидуальной способности к восприятию времени, пространства, экстраполяции и принятия решения предложено развитие метода РДО. На рис. 1 представлена обобщённая схема реализации метода РДО.

Обобщённая схема реализации метода РДО.

Рис. 1. Обобщённая схема реализации метода РДО.

1 — метка; 2 — точечный объект, движущийся с заданной скоростью по окружности; 3 — траектория , на которой движущийся по окружности точечный объект.

Согласно известным способам, действия испытуемого при определении времени РДО соответствуют управлению в следующих системах, основанному на непрерывных коррекция х, которые осуществляются после каждого очередного акта и базируются на текущей информации. То есть текущая информация об ошибке совмещения точечного объекта и метки поступает испытуемому по обратной св зи, на основании которой испытуемый корректирует свои действия.

Устранение обратной связи (информации о величине ошибки несовпадения точечного объекта и метки) позволит исследовать действия испытуемого при определении времени РДО при отсутствии корректирующих воздействий.

На основании вышеизложенного предложен способ исследования операторской де тельности методом РДО осуществляемый следующим образом. В момент предполагаемого совпадения движущегося по окружности точечного объекта с меткой испытуемый нажатием кнопки «Стоп» фиксирует положение точечного объекта относительно метки, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без остановки. В момент фиксации вычисляют ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки — время ошибки запаздывания или упреждения, и описанную процедуру повторяют заданное число раз [8].

Время реакции Тр человека на движущийся объект вычисляют по формуле [9]
на2
где ti — i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n — число остановок точечного объекта в районе метки.

Экспериментальная часть.

Для экспериментальной апробации разработанного способа проведены экспериментальные исследования в группе из 30 испытуемых. В качестве испытуемых отобраны практически здоровые люди 22—23 лет, прошедшие предварительное обучение.

На первом этапе был выполнен сравнительный анализ предложенного и известных способов обработки результатов измерений времени РДО. Использовали разработанный способ без останова. Обработку результатов измерений проводили предложенным способом по формуле (1) и известным способам обработки Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой.

Результаты тестирования представляли в виде диаграммы в координатах «значение ошибки — номер попытки». Критерием преобладающей тенденции к запаздыванию или упреждению является соотношение суммарных значений величин столбцов диаграммы в области положительных или отрицательных значений.

На рис. 2 представлены диаграммы шести испытуемых, отобранных из 30 человек, разделенных на три подгруппы: «преобладание упреждающих реакций», «преобладание запаздывающих реакций» и «сбалансированность реакций».

Диаграммы индивидуальных значений ошибок запаздывания и упреждения

Рис. 2. Диаграммы индивидуальных значений ошибок запаздывания и упреждения (по горизонтальной оси — номер попытки, по вертикальной — время РДО, мс):
а — 1-й , б — 2-й , в — 3-й , г — 4-й , д — 5-й , е — 6-й испытуемые соответственно

Из каждой подгруппы взяты результаты двух испытуемых — один испытуемый со средним значением времени РДО внутри подгруппы и один испытуемый с максимальным значением времени РДО внутри данной подгруппы.

Результаты расчета оценки времени РДО данных шести испытуемых по известным способам [6, 7] и предложенному способу представлены в таблице, где tзап — средняя величина ошибок запаздывания; tупp — средняя величина ошибок упреждения; Nзап — количество запаздывающих реакций;  Nупр  — количество упреждающих реакций.

Результаты обработки экспериментальных данных по известным способам [6, 7]  при оценке РДО в группе из шести испытуемых

Результаты обработки экспериментальных данных по известным способам [6, 7]  при оценке РДО в группе из шести испытуемых

 

Анализ значений времени РДО для шести испытуемых показывает, что полученные оценки принятия решения испытуемыми по предложенному способу обработки результатов измерений во всех случаях совпали с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, в четырёх случаях совпали с оценками по способу Н.М. Пейсахова и в трёх случаях — с оценками по способу О.И. Масловой.

Сравнительный анализ оценок по группе из 30 испытуемых показал, что оценки по предложенному способу обработки результатов измерений во всех случа х совпадают с оценками, полученными на основе анализа диаграмм. Совпадение оценок по способам Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой с оценками, полученными на основе анализа диаграмм, наблюдается только в 30 % случаев.

Таким образом, показано, что достоверность оценки способности к операторской де тельности методом РДО с использованием предложенного способа обработки результатов измерений выше в сравнении с известными способами Н.М. Пейсахова и О.И. Масловой.

На втором этапе экспериментов исследовали зависимость полученных оценок от способа реализации метода РДО — с остановом и обратной связью (известный способ) и без останова и обратной связи (разработанный способ). Обработка результатов измерений осуществлялась по формуле (1). На рис. 3 представлена диаграмма индивидуальных значений времени РДО, полученных с использованием предложенного и известного способов.

Диаграмма индивидуальных значений времени РДО по группе из 30 испытуемых

Рис. 3. Диаграмма индивидуальных значений времени РДО по группе из 30 испытуемых
(по горизонтальной оси — испытуемые; по вертикальной оси — врем РДО, мс)

Анализ результатов показывает, что совпадение оценок времени РДО наблюдается только в 37 % случаев. Это свидетельствует о том, что полученные результаты характеризуют отдельные аспекты операторской деятельности.

Очевидно, что разработанный способ позволяет исследовать успешность выполнения операторской деятельности при отсутствии возможности анализа результатов принятого решения и корректировки, т. е. оценить индивидуальную способность к восприятию времени и пространства, экстраполяции и принятию решения .

Известные способы с остановом движущегося объекта позволяют исследовать успешность выполнения операторской де тельности при наличии возможности проверки и анализа решения, а так же его коррекции, т. е. оценить способность к корректировке своих действий, обучению и адаптации.

Выводы.

Таким образом, разработанный способ исследования процессов приятия решения оператором обладает следующими преимуществами: позволяет исследовать индивидуальные возможности оператора на третьем-четвёртом этапах операторской деятельности, определяемые особенностями организации его нервной системы, в частности соотношением процессов возбуждения и торможения;
обладает большей достоверностью за счёт применения нового способа обработки результатов измерений в сравнении с известными.

Разработанный способ оценки РДО может быть рекомендован для практического применения центрами профдиагностики и профтестирования при решении задач подбора кадров, подготовки и тренировки персонала для исследования индивидуальных способностей принятия решений.

Исследования по разработке способа принятия решений человеком-оператором методом РДО проводятся при поддержке гранта ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. «Методы, модели и алгоритмы когнитивных исследований процессов восприятия, переработки информации, принятия решений и аспектов интерфейсного взаимодействия человека-оператора и информационной системы» (государственный контракт № 1005П от 20 августа 2009 г.) и гранта Президента Российской Федерации дл поддержки молодых российских ученых МК- 913.2009.8 «Разработка научных основ проектирования человеко-ориентированных эргатических систем высокой надёжности и производительности».

Библиографические ссылки

1. Глебова Е.В. Снижение риска аварийности и травматизма в нефтегазовой промышленности на основе модели профессиональной пригодности операторов: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. Уфа, 2008. 46 с.

2. Абашин В.Г. Автоматизация процесса определения психофизиологического состояния оператора автоматизированного рабочего места в АСУТП: Автореф. дис. … канд. техн. наук. Орёл, 2007. 20 с.

3. Дженсеном Р. Ошибки пилота. М.: Транспорт, 1986.  120 с.

4. Хрестоматия по инженерной психологии / Под ред. Б.А. Душкова. М.: Высшая школа, 991. 287 с.

5. Петухов И.В. Оценка профпригодности операторов человеко-машинных систем // Управление персоналом. 2009. № 4. С. 51—53.

6. Пейсахов Н.М. Закономерности динамики психических явлений. — Казань: КГУ, 1984. 235 с.
7. Маслова О.И., Горюнова А.В., Гурьева М.Б. и др. Применение тестовых компьютерных систем в диагностике когнитивных нарушений при синдроме дефицита внимани с гиперактивностью у детей школьного возраста // Медицинская техника. 2005. № 1. С. 7—13.

8. Патент № 2322187 РФ. Песошин А.В., Петухов И.В., Роженцов В.В. Способ оценки соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11.

9. Патент № 2369326 РФ. Петухов И.В. Способ оценки времени реакции человека на движущийся объект. Опубл.10.10.2009. Бюл. № 28.

_____________________

И.В. Петухов, канд. техн. наук, проф.
(Марийский государственный технический университет, г. Йошкар-Ола)

Журнал «Автоматизация и современные технологии»

Ключевые слова: человек-оператор, операторская деятельность, человеко-машинные системы, принятие решения, время реакции на движущийся объект.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

*

code