Методы отображения деятельности оператора

На основе анализа психологической деятельности оператора строятся некоторые методы отображения преобразований информации в системах управления. Эти методы включают две стороны процесса управления:

- технологические преобразования присущие процессу управления

- алгоритм процесса управления

Для описания технологических преобразований информации используются рабочие чертежи, блок-схемы, мнемонические схемы, сопоставительные диаграммы, таблицы, структурные схемы событий, сетевые графики.

1. Рабочие чертежи и блок-схемы могут быть использованы для описания некоторых элементов взаимодействия оператора с техническими устройствами в системе управления. Эти описания возможно применить для инженерно-психологического анализа системы в процессе ее проектирования. Такой анализ осуществляется с помощью специальных инженерно-психологических карт, в которых указывается перечень пунктов по наиболее важным аспектам согласования конструируемого оборудования с инженерно-психологическими стандартами.

По рабочим чертежам представляется возможным анализировать компоновку пультов управления. Подобный анализ направлен на достижение оптимального размещения людей и приборов в пределах данной рабочей зоны. На чертежи наносятся линии отражающие частоту {а иногда и значимость) связей отдельных операторов с каждым элементом рассматриваемого пульта.

Такие чертежи составляются для различных вариантов компоновки приборов и органов управления на данном пульте. Путем сопоставления числа пересечений связей в различных вариантах пультов выбирается такая компоновка, при которой число таких пересечений оказывается минимальным.

На чертежах специальными линиями может быть представлена и последовательность выполнения отдельных операций по управлению аппаратурой (соединяются индикаторы с соответствующими органами управления). Большая концентрация таких линий у отдельных органов управления и индикаторов свидетельствует о необходимости их более детального рассмотрения.

Посредством подобных чертежей представляется возможным выделить индикаторы и органы управления, которые используются преимущественно совместно для оценки целесообразности их совместного размещения.

Преобразования информации в системе управления могут быть представлены в виде функциональных блок-схем. На блок-схеме посредством диаграммы связанных между собой блоков указываются функции, выполняемые системой или ее отдельными частями. В зависимости от уровня рассмотрения работы системы, функции, выполняемые операторами, могут представляться или отдельными блоками или одним объединенным блоком. В блок-схемах, в отличие от рабочих чертежей, отсутствует описание оборудования; функции, выполняемые отдельными блоками и взаимосвязь блоков представляется в абстрактной форме.

Логика действия каждого блока выражается во взаимосвязи между его «входом» и ««выходом». Из логики действия отдельных блоков и их взаимосвязи формируется логика действия всей системы или рассматриваемой ее части.

Блок-схемы могут использоваться на различных этапах проектирования системы. На начальных стадиях - для проверки соответствия распределения функций между человеком и машиной, для установления последовательности операций управления.

На стадии испытаний опытных образцов блок-схемы могут быть полезны при инженерно-психологическом анализе результатов этих испытаний.

В процессе практического применения системы они используются при анализе причин ее неисправностей.

2. Мнемонические схемы служат для облегчения оператору воспроизведения в памяти и оценки общей картины процесса, протекающего в объекте, и состояния объекта в целом. Они

способствуют лучшему выявлению связей, существующих между агрегатами и узлами объекта, обнаружению тех участков и параметров объекта, которые требуют усиленного контроля или непосредственного вмешательства оператора. Мнемосхемы позволяют анализировать неисправности в работе объекта и устанавливать их причины. Поэтому основным требованием, предъявляемым к мнемосхемам, является их органическая связь с информационной моделью объекта управления и концептуальной моделью оператора.

Мнемосхемы бывают статические и динамические. В статических мнемосхемах элементы, изображающие отдельные агрегаты, узлы, связи не изменяются. В динамических же - путем изменения цвета или освещенности отдельных элементов моделируются преобразования, процессы, протекающие в объекте.

Мнемосхемы подразделяются также на информационные и оперативные. Первые отображают, в основном, функции контроля оператора, поэтому обычно размещаются на контрольных щитах вместе с измерительными приборами. Оперативные мнемосхемы отражают функции управления и предназначаются для размещения на пультах с органами управления. Применяются и объединенные информационно-оперативные мнемосхемы. Они используются для отображения менее сложных процессов, для объектов с небольшим числом органов контроля и управления.

Мнемосхемы обычно применяются для описания следующих процессов:

- преобразований информации или энергии в звеньях системы {схема автоматического управления);

- изменения взаимного расположения объектов, происходящего по заданному закону (схема взаимодействия отдельных звеньев технического комплекса); - перемещения объектов в пространстве по заранее установленной последовательности (диспетчерская схема движения самолетов);

- скачкообразных изменений качественного состояния объекта (схема включения и переключения линий электропередачи в энергосистемах)

- изменения химического или физического состава вещества (схема технологического процесса химического производства) и др.

Мнемосхемы оказываются особенно полезными в тех случаях. когда возникает необходимость анализировать сложные или непредвиденные ситуации, возникающие в объекте, когда на оператора возлагаются функции оценки состояния объекта при неполном объеме информации. при обнаружении ненормальностей в работе объекта и выявлении их причин.

Методы построения мнемосхем были рассмотрены 0.Н. Чернышевой.

Мнемосхемы составляются обычно из нескольких упрощенных технологических схем. Однако между мнемоническими и технологическими схемами существует принципиальное различие. Если технологическая схема является детальным графическим отображением процесса и служит основой для создания рабочих чертежей и монтажных схем, то мнемоническая схема предназначена для использования в процессе контроля и управления уже созданной и действующей системы. Поэтому мнемоническая схема должна отражать прежде всего логику управления объектом (не нарушая логики процесса). Она должна сосредоточивать внимание оператора на тех узловых точках объекта, которые наилучшим образом отражают состояние всего объекта в целом. Выбор этих точек является важнейшим элементом в процессе составления мнемосхем. Пропуск таких точек, как и отнесение к ним менее значимых узлов, отрицательно сказываются на эффективности применения мнемонических схем.

Таким образом, мнемосхема призвана облегчить работы.оператора. Она способствует организации его психической деятельности, особенно в первоначальной фазе, обеспечивая тем самым быстрое и надежное подключение оператора к управляемому процессу. В дальнейшем мнемосхема как бы выполняет за оператора часть его мыслительных задач.

Мнемосхема является плодом коллективного труда инженеров, психолога и художника. На первом этапе инженерами (технологом, специалистами по автоматике, контрольно-измерительным приборам) и психологом производится анализ рассматриваемого процесса как такового, в его «чистом виде». В этом процессе выявляются те информационные элементы, которые являются наиболее важными с точки зрения управления процессом. При рассмотрении протекания того же процесса в реальной системе приходится учитывать целый ряд дополнительно возникающих факторов (надежность, точность работы отдельных звеньев, особенности внешних условий и т. п.). Здесь появляются некоторые новые важные точки, которые следует выделить в мнемосхеме (их обычно указывают инженеры). Затем составляется эскиз мнемосхемы, по которому выделяются наиболее важные для оператора связи, смысловые группы. Эти группы должны располагаться на схеме с учетом логики контролируемого процесса. Здесь иногда приходится в одном рисунке объединять ряд устройств, выполняющих одинаковые функции. Те агрегаты, где происходят процессы, за параметрами которых должен осуществляться раздельный контроль, приходится представлять в виде нескольких блоков. В этой работе активно участвует и художник, который изыскивает лучшие формы изображения элементов схемы. Затем следует заключительный этап работы над мнемосхемой, целью которого является уменьшение числа линий,. их пересечений, формализация изображений и символов. В этой части работы ведущую роль занимает художник, ему помогают своими консультациями инженеры и психолог.

В качестве иллюстрации рассмотрим фрагмент мнемосхемы управления самолетом, на котором представлено основное управление самолетом относительно его продольной оси - по крену.

Управление по крену летчик осуществляет перемещением рукоятки управления влево или вправо для получения соответственно левого или правого крена. Движение рукоятки передается через ряд кинематических узлов на элероны - рули, управляющие положением самолета относительно продольной его оси. Они расположены а задней части крыла. При перемещении рукоятки вправо правый элерон поворачивается на оси подвески вверх, изменяя так профиль правого крыла, что подъемная сила этого крыла падает. Одновременно с перемещением правого элерона перемещается и левый элерон, расположенный симметрично на левом крыле. Левый элерон поворачивается на оси подвески вниз, увеличивая этим самым подъемную силу левого крыла. В результате появляется момент, который, разворачивая самолет относительно продольной оси, создает накренение самолета вправо. Указанные перемещения рукоятки, элеронов и крыла представлены на схеме сплошными стрелками.

Наклон рукоятки влево вызывает перемещения элеронов в обратную сторону, что влечет за собой накренение самолета влево. Перемещения рукоятки, элеронов и самолета, соответствующие левому крену, показаны на мнемосхеме штриховыми стрелками.

Кроме рукоятки управления, летчик может создавать крен самолета и с помощью триммеров. Триммеры являются дополнительным элементом управления, служащим для корректировки положения самолета и снижения аэродинамических нагрузок на рулях. Триммер оказывается как бы «рулем элерона». На каждом элероне, в задней его части, подвешен свой триммер. Как элерон воздействует на крыло, так и триммер действует на элерон. При повороте триммера изменяется профиль элерона, что создает аэродинамическую сллу, поворачивающую элерон на оси подвески. А это, как мы уже отмечали, ведет к изменению профиля и подъемной силы крыла.

Для управления триммерами у летчика предусмотрен нажимной переключатель. Рассмотрим на мнемосхеме его воздействие на самолет. При нажатии выключателя вправо посредством электромеханической передачи триммер правого элерона поворачивается вниз, а левого элерона - вверх. Такое отклонение триммеров приводит к повороту на оси подвески правого элерона вверх, а левого - вниз. Подобные перемещения элеронов, как было уже показано, вызывают образование момента, кренящего самолет вправо. Очевидно, нажатие выключателя управления триммерами влево определяет движение триммеров и элеронов в обратную сторону, что ведет к накренению самолета влево.

На мнемосхеме сплошными стрелками показаны движения переключателя и связанных с ним органов управления на создание правого крена, штриховыми - перемещения, соответствующие левому крену.

В рассмотренной мнемосхеме выделены как наиболее значимые в системе управления точки: рукоятка летчика, переключа тель триммеров, элероны и триммеры. Кинематика управления, электромеханизмы триммеров в мнемосхему не вошли. Не включены в нее и контрольные индикаторы - указатель положения триммеров, авиагоризонты. Нет необходимости отмечать в мнемосхеме тот тривиальный для летчика факт, что при перемещении триммера переместится и его указатель, что при правом крене «силуэтик» авиагоризонта накренится вправо. Соотнесение изменений, происшедших в объекте с показаниями его контрольных приборов, без труда выполняет летчик и эту- операцию не требуется облегчать, загружая тем самым мнемосхему.

3. Сопоставительные диаграммы практически реализуются на интегральных индикаторах с вертикальными шкалами Каждая такая шкала является соответствующим столбцом диаграммы, высота которого ограничена подвижным индексом и отражает значение контролируемого параметра. Близкое расположение таких шкал способствует их интегральному восприятию в виде одной общей диаграммы. Градуировка шкал осуществляется таким образом, чтобы при нормальных значениях всех контролируемых параметров индексы, указывающие их величину, располагались на одном уровне. В таком случае быстро и легко обнаруживается отклонение от нормы любого из контролируемых параметров. Но можно и так проградуировать вертикальные шкалы, чтобы на индикаторах отображалась диаграмма изменения параметра вдоль технологического потока (например, изменение температуры по этапам технологического процесса, протекающего в системе). Такая диаграмма облегчает оператору наблюдение за изменением контролируемого параметра и соотнесение информационной модели с физическим состоянием объекта.

4. Таблицы данных служат для организации и группировки текущей информации в соответствии с последовательностью процесса технологических преобразований.

Существует категория таблиц, в которых информация группируется по строкам и столбцам. Столбцы таблицы отражают изменение текущей информации о состоянии объекта по ступеням от входа к выходу, а строки - состояние определенных элементов процесса. Такие таблицы используются, например, для регистрации изменений параметров в процессе управления энергоблоками. Удобство таких таблиц заключается в их компактности, возможности использования различных критериев группировки данных.

В таблицы могут группироваться также непосредственные наименования событий, возникающих одновременно в объекте.

Такие таблицы - «табло событий» используются для перечисления факторов, сопутствующих тем или иным нарушениям в работе объекта; они помогают оператору быстро обнаруживать и устранять причины отказов и неисправностей, проявляющихся в объекте.

5. Структурные схемы событий были предложены А.Н Галактионовым на основе теоретико-информационного анализа деятельности оператора. Для построения структурной схемы требуется выявить совокупность признаков - отклонений контролируемых параметров, соответствующих отдельным нарушениям в работе объекта. Совокупность этих отклонений представляется в виде направленного графа, в узлах которого изображают указанные признаки, а его соединительные ветви отражают существующие между ними логические причинно-следственные связи. Такой граф назван структурной схемой событий. Каждая структурная схема фактически является обобщенным образом конкретного события и может служить моделью деятельности оператора по оценке сложных событий, возникающих в объекте. и выявлению их причин. С помощью таких схем оператор способен при минимальном числе действий оценивать сложные события и опознавать порождающие их факторы. По количеству информации, воспринимаемой оператором, определяются временные характеристики его деятельности.

К категории структурных схем событий можно отнести и схемы, используемые А.И.Губинским для расчета надежности эргатических систем, а также логические схемы для оценки вероятности наступления определенных последствий отказа, рассмотренные ранее.

б. Сетевые графики представляют собой наглядные представления планов протекания процессов в различных звеньях системы, в том числе и в звене «оператор».

Деятельность операторов в системе управления можно представить в виде ряда последовательных или совмещенных операций. Любая операция выражается на схеме посредством стрелки, направленной из одного кружка в другой. Кружки определяют соответствующие состояния системы. Таким образом, каждая операция, выполняемая оператором, переводит систему из какого-то одного состояния в другое. График деятельности операторов в процессе управления системой представляет собой последовательно-параллельные цепочки, состоящие из стрелок и кружков и определяющие операции по переводу системы в различные состояния в соответствии с заданными условиями ее работы. Каждая операция характеризуется определенным временем выполнения, а также вероятностью выполнения ее в установленное время.

С помощью подобных графиков представляется возможным анализировать и количественно оценивать различные варианты деятельности операторов и выбирать из них оптимальные.