Book8 (Материалы для студентов по курсу ОКТРЭС)

ятельности человека-оператора.Художественное конструирование

подразумевает использование основных законов эргономики и технической эстетики при разработке конструкций. Инженерная психология и художественное конструирование являются составными частями эргономики — общего научного направления многопланового характера.

Важнейший вопрос проектирования человекомашинных систем —
это строго научное разделение функций между оператором и машиной в будущей системе. Этого не может сделать ни психолог, ни физиолог,ни гигиенист, поскольку они не знают свойств машин и требуемых характеристик всей системы. Это обязан сделать конструктор-разработчик, обладающий знаниями эргономики, знающий возможности оператора в системе, уровень современной автоматики и реализующий общие требования на систему.

Убедительным примером необходимости развития этой науки в области радиотехники и конструирования РЭС является тот факт, что сравнительный анализ существующих американских ракетных систем показал, что ошибки человека-оператора составляют 20...53% всех отказов в системе. Нетрудно уяснить, какую роль играет человек-оператор в современных системах контроля и производства. Поэтому изучение возможностей человека-оператора в замкнутой эргатической системе и согласование его аппарата восприятия с РЭС для оптимизации основной целевой функции системы является не «модой», а такой же необходимой задачей, как и само проектирование технических средств.

В общее понятие «система» входит совокупность элементов, взаимосвязанные функции которых координированы для выполнения некоторой общей задачи. Человекомашинная система (ЧМС) — это система,содержащая качественно разнородные компоненты — человека и технические средства. Такие системы чрезвычайно разнообразны и иерархичны. Например, система «командир корабля (первый пилот) — приборы, органы управления — самолет» и система «штурман — радист —радиоаппаратура самолета» находятся во взаимосвязи, но и подчинены
более сложной системе «самолет, выполняющий задание», которую обслуживают ряд наземных систем и компонентов, являющихся также эргатическими системами.

В настоящее время системы «человек-машина» в связи с развитием технических средств все более превращаются из систем контроля в системы управления, в которых человек-оператор занимает доминирующее положение. Можно привести несколько примеров моделирования как человека-оператора в ЧМС, так и самих систем в целом. Например,для системы управления предлагается одна схема (рис. 8.1,а), а для системы обнаружения, контроля — другая схема (рис. 8.1,6). Весьма часто

301

Рис. 8.1. Схематическое представление ЧМС:

а — системы управления;
б — системы контроля

проводится аналогия между эрратической системой и сервосистемой.Сервосистема — это тип следящей замкнутой электромеханической системы, где на выходе воспроизводится измененная определенным образом входная величина.

Классификация ЧМС может быть проведена по ряду признаков. По основной целевой функции они делятся на контрольные, управления,поисковые, восстанавливающие, обучающие системы. В случае контрольной системы (см. рис. 8.1,6) выходные сигналы оператора можно вводить в наблюдаемую им систему. Оператор здесь включен в систему «как бы параллельно ей» (хотя по схеме рисунка это выглядит последо-

302

вательно). Основная функция оператора — контроль, наблюдение за
системой, измерение ее параметров.

В системе управления (см. рис. 8.1,а) оператор становится непосредственным участником выполнения системой ее задач и включен в работу«как бы последовательно» (по схеме рисунка — параллельно) с техническими элементами системы. Основная функция оператора — регулирование, слежение, стабилизация и приведение координат выхода системы к их заданному значению. Эта система замкнута через оператора. Системы управления могут быть двух видов: система слежения с компенсацией и
система слежения с преследованием. В первом случае оператор наблюдает только рассогласование между текущим выходным показателем (координатой) системы и требуемым значением. Его задача состоит в том, чтобы довести величину рассогласования до нуля или до заданного уровня, т.е. скомпенсировать ошибку рассогласования. Примерами таких систем
могут являться системы регулирования самих РЭС, системы регулирования технологических процессов и т.п.

При слежении с преследованием оператор наблюдает величину как входного, так и выходного сигналов, и его задача состоит в том, чтобы,управляя машиной, изменять выход системы и тем самым как бы «преследовать» вход системы. Примерами таких систем могут служить система посадки самолета, работа бортовой РЛС в режиме захвата и сопровождения цели и т.д.

Поисковая система, как правило, образуется при отказе функционирующей радиоаппаратуры, когда требуется вмешательство оператора для определения причин и места отказа. Она включает в себя оператора, проверяемую машину и устройство поиска.

Восстанавливающая система возникает после определения причины отказа, и главная функция оператора в такой системе — восстановить систему путем ремонта или демонтажа неисправного блока.

Примерами обучающих систем являются различного рода тренажеры, обучающие машины и т.п.

По типу информационной модели ЧМС делятся на системы с дифференциальной информационной моделью и интегральной информационной моделью.

Дифференциальная информационная модель включает в себя подробные сведения об отдельных параметрах системы. Как правило, информация от машины к оператору поступает первичная без предварительной обработки. При этом оператор получает точную количественную оценку состояния отдельных элементов технической части системы, ее выходных параметров. Чтобы получить общее представление о состоянии системы на основе показаний детальной модели, оператору необходимо определенное время для обработки всей разрозненной ин-

303

формации. При дефиците времени это может привести к принятию неверных решений. Примером такой дифференцальной модели может служить совокупность контрольных шкал приборов, устанавливаемых в
кабине летчика. Поэтому при современных скоростях самолетов стремятся создать совмещенную (интегральную) индикаторную панель. На рис. 8.2, а показана индикаторная панель самолета в режиме поиска цели. Однако назвать это интегральной моделью пока что нельзя.

Рис. 8.2. Совмещенные индикаторы: а — самолетный (1 — шкала дальности до цели,

2 — строб цели, 3 — скорость полета самолета, 4 — высота полета самолета, 5 — цель,

6 — положение самолета относительно горизонта, 7 — горизонтальная ось самолета,

8 — положение антенны); б — коналог

304

вательно). Основная функция оператора — контроль, наблюдение за
системой, измерение ее параметров.

В системе управления (см. рис. 8.1,а) оператор становится непосредст-
венным участником выполнения системой ее задач и включен в работу
«как бы последовательно» (по схеме рисунка — параллельно) с техниче-
скими элементами системы. Основная функция оператора — регулирова-
ние, слежение, стабилизация и приведение координат выхода системы к
их заданному значению. Эта система замкнута через оператора. Системы
управления могут быть двух видов: система слежения с компенсацией и
система слежения с преследованием. В первом случае оператор наблюда-
ет только рассогласование между текущим выходным показателем (коор-
динатой) системы и требуемым значением. Его задача состоит в том, что-
бы довести величину рассогласования до нуля или до заданного уровня,
т.е. скомпенсировать ошибку рассогласования. Примерами таких систем
могут являться системы регулирования самих РЭС, системы регулирова-
ния технологических процессов и т.п.

При слежении с преследованием оператор наблюдает величину как
входного, так и выходного сигналов, и его задача состоит в том, чтобы,
управляя машиной, изменять выход системы и тем самым как бы «пре-
следовать» вход системы. Примерами таких систем могут служить сис-
тема посадки самолета, работа бортовой РЛС в режиме захвата и сопро-
вождения цели и т.д.

Поисковая система, как правило, образуется при отказе функциони-
рующей радиоаппаратуры, когда требуется вмешательство оператора
для определения причин и места отказа. Она включает в себя операто-
ра, проверяемую машину и устройство поиска.

Восстанавливающая система возникает после определения причины
отказа, и главная функция оператора в такой системе — восстановить
систему путем ремонта или демонтажа неисправного блока.

Примерами обучающих систем являются различного рода тренаже-
ры, обучающие машины и т.п.

По типу информационной модели ЧМС делятся на системы с диф-
ференциальной информационной моделью и интегральной информа-
ционной моделью.

Дифференциальная информационная модель включает в себя под-
робные сведения об отдельных параметрах системы. Как правило, ин-
формация от машины к оператору поступает первичная без предвари-
тельной обработки. При этом оператор получает точную количествен-
ную оценку состояния отдельных элементов технической части систе-
мы, ее выходных параметров. Чтобы получить общее представление о
состоянии системы на основе показаний детальной модели, оператору
необходимо определенное время для обработки всей разрозненной ин-

303

формации. При дефиците времени это может привести к принятию не-
верных решений. Примером такой дифференцальной модели может
служить совокупность контрольных шкал приборов, устанавливаемых в
кабине летчика. Поэтому при современных скоростях самолетов стре-
мятся создать совмещенную (интегральную) индикаторную панель. На
рис. 8.2, а показана индикаторная панель самолета в режиме поиска це-
ли. Однако назвать это интегральной моделью пока что нельзя.

Рис. 8.2. Совмещенные индикаторы: а — самолетный (1 — шкала дальности до цели,

2 — строб цели, 3 — скорость полета самолета, 4 — высота полета самолета, 5 — цель,

6 — положение самолета относительно горизонта, 7 — горизонтальная ось самолета,

8 — положение антенны); б — коналог

304

Интегральная информационная модель дает общее представление о
функционировании. Для этого в системе используют дополнительные
блоки обработки первичной информации. Например, разработаны ин-
дикаторы — «коналоги» (рис. 8.2, б), дающие условные изображения
взлетно-посадочной полосы или «дороги» при движении объекта. Хотя
изображение проецируется на электронно-лучевой индикатор, оно не
является телевизионным. Основное преимущество коналогов состоит в
том, что они позволяют использовать основное свойство восприятия —
предметность. Кроме этого, рассмотренный тип коналога позволяет ос-
вободиться от восьми отдельных индикаторов. Другой особенностью
коналогов является также то, что они предусматривают получение точ-
ной количественной информации либо «по вызову», либо с помощью
дополнительных периферийных индикаторов, обрамляющих коналог.

Свойства ЧМС определяются свойствами основных ее звеньев, а
именно: оператора и «машины». Отметим те из них, по которым опера-
тор или машина превосходят друг друга при выполнении определенных
функций [38].

Оператор превосходит «машину» в следующих функциях:

обнаружении слабых световых и звуковых сигналов;

восприятии, интерпретации и организации сигнальных образов раз-
личных модальностей;

осуществлении гибких операций управления;

хранении большого количества информации в течение длительного
времени и ее использовании в нужный момент;

образовании интуитивных умозаключений;

изменении показателей в результате обучения;

формировании понятий и выработке методов;

организации и объединении показателей входов, различных по пара-
метрам, по модальности.

«Машина» превосходит человека-оператора по следующим показа-
телям:

быстроте ответов на сигналы;

способности применить плавно и точно большую силу;

возможности выполнять повторные стереотипные действия и зада-
чи;

способности хранить информацию в сжатой форме и полностью ос-
вобождаться от ненужных составляющих;

скорости расчетов;

способности выполнять одновременно несколько различных функ-
ций.