Особенности n классификация СЧМ

 

Под системой в общей теории систем (системологии) понимается комплекс взаимосвязанных и взаимо­действующих между собой элементов, предназначен­ный для решения единой задачи [213]. Системы могут быть классифицированы по различным признакам. Одним из них является степень участия человека в работе системы. С этой точки зрения различают авто­матические, автоматизированные и неавтоматические системы. Работа автоматической системы осуществля­ется без участия человека. В неавтоматической систе­ме работа выполняется человеком без применения технических устройств. В работе автоматизированной системы принимает участие как человек, так и техни­ческие устройства. Следовательно, такая система пред­ставляет собой систему «человек—машина».

На практике применяются самые разнообразные виды систем «человек—машина». Основой их класси­фикации могут явиться следующие четыре группы при­знаков: целевое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура машинного зве­на, тип взаимодействия компонентов системы [60]. Эта классификация приведена на рис. 3.1.

Целевое назначение системы оказывает определя­ющее влияние на многие ее характеристики и поэтому является исходным признаком. По целевому назначе­нию можно выделить следующие классы систем:

■ управляющие, в которых основной задачей человека яв­ляется управление машиной (или комплексом);

Рис. 3.1. Классификация систем «человек — машина».

 

■ обслуживающие, в которых человек контролирует состо­яние машинной системы, ищет неисправности, произво­дит наладку, настройку, ремонт и т. п.;

■ обучающие, т. е. вырабатывающие у человека определен­ные навыки (технические средства обучения, тренажеры ит. п.);

■ информационные, обеспечивающие поиск, накопление или получение необходимой для человека информации (радиолокационные, телевизионные, документальные си­стемы, системы радио- и проводной связи и др.);

■ исследовательские, используемые при анализе тех или иных явлений, поиске новой информации, новых заданий (моделирующие установки, макеты, научно-исследова­тельские приборы и установки).

Особенность управляющих и обслуживающих си­стем заключается в том, что объектом целенаправлен­ных воздействий в них является машинный компонент системы. В обучающих и информационных СЧМ на­правление воздействий противоположное — на чело­век. В исследовательских системах воздействие имеет и ту, и другую направленность.

По признаку характеристики «человеческого зве­на» можно выделить два класса СЧМ:

■ моносистемы, в состав которых входит один человек и одно или несколько технических устройств;

■ полисистемы, в состав которых входит некоторый кол­лектив людей и взаимодействующие с ним одно или комп­лекс технических устройств.

Полисистемы в свою очередь можно подразделить на «паритетные» и иерархические (многоуровневые). В первом случае в процессе взаимодействия людей с машинными компонентами не устанавливается какая-либо подчиненность и приоритетность отдельных чле­нов коллектива. Примерами таких полисистем может служить система «коллектив людей — устройства жизнеобеспечения» (например, система жизнеобеспе­чения на космическом корабле или подводной лодке). Другим примером может быть система отображения информации с большим экраном, предназначенная для использования коллективом операторов.

В отличие от этого в иерархических СЧМ уста­навливается или организационная, или приоритетная иерархия взаимодействия людей с техническими уст­ройствами. Так, в системе управления воздушным дви­жением диспетчер аэропорта образует верхний уровень управления. Следующий уровень — это командиры воз­душных судов, действиями которых руководит диспет­чер. Третий уровень — остальные члены экипажа, ра­ботающие под руководством командира корабля.

По типу и структуре машинного компонента мож­но выделить инструментальные СЧМ, в состав кото­рых в качестве технических устройств входят инстру­менты и приборы. Отличительной особенностью этих систем, как правило, является требование высокой точности выполняемых человеком операций.

Другим типом СЧМ являются простейшие чело­веко-машинные системы, которые включают стацио­нарное и нестационарное техническое устройство (раз­личного рода преобразователи энергии) и человека, использующего это устройство. Здесь требования к че­ловеку существенно различаются в зависимости от типа устройства, его целевого назначения и условий при­менения. Однако их основной особенностью является сравнительная простота функций человека.

Следующим важным типом СЧМ являются слож­ные человеко-машинные системы, включающие поми­мо использующего их человека некоторую совокуп­ность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению аппаратов, уст­ройств и машин, предназначенных для производства определенного продукта (энергетическая установка, прокатный стан, автоматическая поточная линия, вы­числительный комплекс и т. п.). В этих системах, как правило, связанность технологического процесса обес­печивается локальными системами автоматического управления. В задачу человека входит общий контроль за ходом технологического процесса, изменение режи­мов работы, оптимизация отдельных процессов, на­стройка, пуск и остановка.

Еще более сложным типом СЧМ являются систе­мотехнические комплексы. Они представляют собой сложную техническую систему с не полностью детер­минированными связями и коллектив людей, участву­ющих в ее использовании. Для систем такого типа характерным является взаимодействие не только по цепи «человек—машина», но и по цепи «человек—человек—машина». Другими словами, в процессе сво­ей деятельности человек взаимодействует не только с техническими устройствами, но и с другими людьми. При всей сложности системотехнических комплек­сов их в большинстве случаев можно представить в виде иерархии более простых человеко-машинных систем. Типичными примерами системотехнических комплексов различного уровня и назначения могут служить судно, воздушный лайнер, промышленное предприятие, вычислительный центр, транспортная система и т. п.

В основу классификации СЧМ по типу взаимодей­ствия человека и машины может быть положена сте­пень непрерывности этого взаимодействия. По этому признаку различают системы непрерывного (напри­мер, система «водитель — автомобиль») и эпизоди­ческого взаимодействия. Последние, в свою очередь, делятся на системы регулярного и стохастического вза­имодействия. Примером системы регулярного взаимо­действия может служить система «оператор — ЭВМ». В ней ввод информации и получение результатов оп­ределяются характером решаемых задач, т. е. режимы взаимодействия во времени регламентируются харак­тером и объемом вычислений. Стохастическое эпизо­дическое взаимодействие имеет место в таких системах, как «оператор — система централизованного кон­троля», «наладчик — станок» и т. п.

Рассмотренная классификация СЧМ не является единственно возможной. Примеры иных подходов к решению этой задачи приводятся в специальной лите­ратуре [18, 26, 35, 38, 53, 137, 162].

Однако несмотря на большое разнообразие систем «человек — машина», они имеют целый ряд общих черт и особенностей. Эти системы являются, как правило, динамическими, целеустремленными, самоорганизую­щимися, адаптивными.

Системы «человек — машина» относятся к классу сложных динамических систем, т. е. систем, состоящих из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменени­ем во времени состава структуры и (или) взаимосвя­зей. Из этого следуют характерные особенности, при­сущие СЧМ как сложной динамической системе:

■ разветвленность структуры (или связей) между элемента­ми (человеком и машиной);

■ разнообразие природы элементов (в состав СЧМ могут входить человек, коллектив людей, автоматы, машины, комплексы мащин и т. д.);

■ перестраиваемость структуры и связей между элемента­ми (например, при нормальном ходе технологического процесса оператор лишь следит за ходом его протекания, т. е. включен в контур управления как бы параллельно; при отклонении от нормы оператор берет управление на себя, т. е. включается в контур управления последова­тельно);

■ автономность элементов, т. е. способность их автономно выполнять часть своих задач.

Системы «человек — машина» относятся также к классу целеустремленных систем. В общем случае счи­тается, что система действует целеустремленно, если она продолжает преследовать одну и ту же цель, изме­няя свое поведение при изменении внешних условий [213]. Существенной особенностью целеустремленных систем является их способность получать одинаковые результаты различными способами. Системы этого класса могут изменять свои задачи; они выбирают как-сами задачи, так и средства их реализации. Целеустремленность СЧМ обусловлена тем, что в нее включен человек. Именно он ставит цели, определяет задачи и выбирает средства достижения цели.

Системы «человек — машина» можно рассматри­вать и как адаптивные системы. Свойство адаптации заключается в приспособлении СЧМ к изменяющим­ся условиям работы, в изменении режима функцио­нирования в соответствии с новыми условиями. Для повышения эффективности СЧМ необходимо предус­мотреть возможность адаптации как внутри самой системы, так и по отношению к внешней среде. До недавнего времени свойство адаптации СЧМ реали­зовалось благодаря приспособительным возможнос­тям человека, гибкости и пластичности его поведе­ния, возможности его изменения в зависимости от конкретной обстановки. В настоящее время, на по­вестку дня ставится вопрос о создании СЧМ, в ко­торых свойство адаптации реализуется путем соот­ветствующего технического обеспечения. Речь идет о создании таких технических средств, которые могут изменять свои параметры и условия деятель­ности в зависимости от текущего конкретного психо­физиологического состояния человека и показателей эффективности его деятельности. Попытки решения этой задачи привели к появлению понятия взаимной адаптации человека и машины в системах управле­ния, или иначе — созданию систем адаптивного ин­формационного взаимодействия в СЧМ. Эта задача решается в рамках структурно-психологической кон­цепции анализа и проектирования СЧМ [17, 18]. Од­ним из конкретных способов реализации такого под­хода является профилактическое обслуживание СЧМ [102, 214].

Системы «человек—машина» относятся также к чис­лу адекватных (от лат. adaequatus — приравненный, рав­ный) систем. Под адекватностью понимается совокупность свойств системы, характеризующих ее приспособленность к выполнению данной задачи. Применительно к техничес­ким звеньям адекватность определяется:

■ правильной организацией СЧМ (наличие в структуре сис­темы необходимого оборудования, программных средств, каналов связи, обученного персонала и т. д.);

■ хорошими физическими характеристиками техники (ме­ханическими, энергетическими и т. п.);

■ средствами активации функционирования (устройства приведения в готовность, переключения работы с одного режима на другой и т. п.);

■ нормальными процессами (материально-техническое, метрологическое и др. виды обеспечения).

Применительно к человеку информационная адек­ватность определяется свойствами концептуальной модели. В основе этого вида адекватности лежат фун­кциональная организация и свойства анализаторов, центральной нервной системы, психофизиологические законы преобразования информации человеком в про­цессе деятельности. Физическая адекватность харак­теризует антропологическое и силовое соответствие человека решаемым задачам. Активационная адекват­ность определяется мотивами, установками, потребно­стями, заинтересованностью человека в выполнении данного вида деятельности, характером эмоциональных реакций, свойствами внимания. Базовая адекватность определяется функционированием вегетативных сис­тем (сердечно-сосудистой, дыхательной и др.), особен­ностями биохимических процессов и психическими состояниями. Разумеется, указанные четыре группы свойств не являются независимыми.

Активационная, физическая и базовая адекватность определяют в целом работоспособность человека. В та­кой трактовке данное понятие характеризует возмож­ности человека реализовать имеющийся у него в виде концептуальной модели «внутренний инструмент» и в виде эффекторов — «внешний инструмент» выполне­ния определенного вида трудовой деятельности [15].

И наконец, системы «человек — машина» можно отнести к классу самоорганизующихся систем, т. е. систем, способных к уменьшению энтропии (неопре­деленности) после вывода их из устойчивого, равно­весного состояния под действием различного рода возмущений. Это свойство становится возможным бла­годаря целенаправленной деятельности человека, спо­собности его планировать свои действия, принимать правильные решения и реализовывать их в соответ­ствии с возникшими обстоятельствами. Способность к адаптации и самоорганизации обуслбвливает такое важное свойство систем «человек — машина», каким является их живучесть.

Из всего сказанного видно, что рассмотренные особенности СЧМ определяются наличием в их соста­ве человека, его возможностью правильно решать воз­никающие задачи в зависимости от конкретных усло­вий и обстановки. Это лишний раз показывает, что исходным пунктом анализа и описания СЧМ должна быть целесообразная деятельность человека.

Важными понятиями, используемыми при анали­зе и исследовании системы «человек—машина» явля­ются функционирование, цель и оптимизация СЧМ. Функционирование СЧМ — процесс достижения по­ставленных перед СЧМ целей, состоящий из упоря­доченной совокупности операций, выполняемых как человеком, так и техническими устройствами. Цель функционирования задается (формируется) человеком (оператором, конструктором, организатором производ­ства и др.) и является системообразующим фактором, благодаря которому реализуется принцип обратной связи, которая позволяет корректировать промежу­точные результаты и направлять функционирование СЧМ на достижение этой цели [35, 137].

Часть процесса функционирования, выделяемая в интересах описания, оценки, проектирования эксплуа­тации или исследования СЧМ по некоторым признакам, наиболее важным для решения задачи, называется функцией СЧМ. Она включает в себя функции опера­тора и функции технической части СЧМ. По общей роли в процессе функционирования СЧМ функции могут быть основными или обеспечивающими. Основные функции непосредственно обеспечивают достижение цели СЧМ, их невыполнение ведет к недостижению цели. Обеспечивающие функции обеспечивают условия выполнения основных функций и, следовательно, про­цесс функционирования СЧМ в целом, т. е. это такие функции, необходимость выполнения которых диктует­ся не способом достижения цели, а необходимостью поддержания работоспособного состояния элементов СЧМ. Совокупность функций, являющихся частью функционирования СЧМ, выполняемых фиксированным неизменным составом элементов СЧМ и используемых в данной части процесса функционирования СЧМ, на­зывается режимом функционирования. Режим функци­онирования является рабочим, если поставлена цель получения продукта труда, для которого создана СЧМ. Режим функционирования СЧМ является вспомогатель­ным, если поставлена цель изменения состояния. К их числу относятся, например, режим хранения, подготов­ки, готовности к применению, восстановления работос­пособности, технического обслуживания, консервации, ремонта, транспортировки и др.

Цель СЧМ в общем случае представляет модель необходимого будущего кибернетической системы, яв­ляющаяся той формой отражения действительности, которая объединяет прошлое, настоящее и будущее. Для СЧМ помимо этого можно определить и цель второго уровня (по отношению к модели необходимого будуще­го состояния) как модель необходимого будущего по­ведения системы и цель третьего уровня как модель настоящего поведения СЧМ. Все три модели (цели) со­стояния и поведения СЧМ на практике могут быть закреплены в структурной организации технической части системы в виде:

■ конечного состояния технической части СЧМ (соответ­ствующего цели первого уровня);

■ динамического состояния технической части СЧМ (соот­ветствующего цели второго уровня);

■ фактического стереотипа поведения технической части системы (соответствующего цели третьего уровня).

Эти три вида состояний образуют естественную иерархию целей первого, второго и третьего уровней. В зависимости от сложности системы число уровней целей может быть значительно большим, чем в данном простейшем случае.

Сложная СЧМ состоит из множества подсистем, каждая из которых имеет свою иерархию целей в виде моделей конечного, динамического состояний и стерео­типа поведения технических и человеческих подсистем. Поэтому в СЧМ при конкретном ее функционировании цели «закреплены» в технической части структуры всей системы. Отсюда следует, что для системы в целом целостность ее структуры означает и целостность си­стемы ее целей всех уровней для всех ее подсистем (как фактических, так и потенциальных).

Поскольку при таком подходе для каждой из под­систем различается три уровня целей, то и целостность подсистем по таким целям целесообразно рассматривать состоящей из трех форм целостности, сопостав­ленных каждому из понятия цели [131].

Достижение поставленной перед СЧМ цели тесно связано с ее оптимизацией. Под ней в наиболее общем виде понимается определение совокупности частных показателей, при которых достигается экстремум не­которой целевой функции, характеризующей эффек­тивность СЧМ. С математической точки зрения оп­тимизация может быть условной, когда на искомые показатели накладываются некоторые ограничения, либо безусловной, когда этих ограничений нет. В пер­вом случае ищется условный экстремум, во втором — безусловный. Кроме того, оптимизация может вестись по одному показателю или нескольким показателям од­новременно, в последнем случае речь идет о многопа­раметрической (векторной) оптимизации. Поскольку СЧМ является сложным динамическим объектом, ра­бота которого обычно протекает в рамках определен­ных ограничений, а качество функционирования зави­сит от большого числа факторов, то для нее наиболее характерным является случай многопараметрической условной оптимизации. В математическом плане такая задача является наиболее сложной.

С формальной точки зрения задача оптимизации СЧМ формируется следующим образом. Есть некото­рая целевая функция

где — частные показатели деятельности оператора, работы машины и условий внешней среды. Требуется определить значения этих показателей, при которых функция Э достигает макси­мума. При этом на их значения накладываются неко­торые ограничения где , — области допустимых значений соответ­ствующих показателей. В общем случае решение рас­смотренной задачи оптимизации СЧМ представляет оп­ределенные трудности, поэтому обычно стараются провести возможные упрощения (сокращение числа искомых показателей, сокращение числа ограничива­ющих условий и др.). В зависимости от возможной сте­пени упрощения для решения задачи оптимизации СЧМ могут использоваться методы математического программирования, наискорейшего спуска, множителей Лагранжа и др.

Необходимо отметить, что термин оптимизация используется в инженерной психологии довольно ча­сто. Например, говорят об оптимизации деятельнос­ти оператора, оптимизации рабочего места, оптими­зации труда и т. д. Однако в большинстве случаев этот термин употребляется не в строгом смысле, а речь идет лишь о некотором улучшении того или иного па­раметра.

Выше были рассмотрены основные вопросы сис­темного подхода к изучению главного звена СЧМ — человека. На основании этого можно в общих чертах охарактеризовать некоторые важнейшие принципы системного подхода к изучению СЧМ. Суть их сводит­ся к следующему [60].

1. Возможно более полное и точное определение на­значения системы, ее целей и задач. Это требует, в свою очередь, анализа состава и значимости от­дельных целей, подцелей и задач; определения воз­можности их осуществимости и требуемых для этого средств и ресурсов; определения показате­лей эффективности и целевой функции СЧМ.

2. Исследование структуры системы, и прежде все­го состава входящих в нее компонентов, характе­ра межкомпонентных связей и связей системы с внешней средой, пространственно-временной организации компонентов системы и их связей, границ системы, ее изменчивости и особеннос­тей на различных стадиях существования (жиз­ненного цикла).

3. Последовательное изучение характера функциони­рования системы, в том числе: всей системы в целом, отдельных подсистем в пределах целого, изменчивости функций и их особенностей на разных стадиях существования системы.

4. Рассмотрение системы в динамике, в развитии, т. е. на различных этапах ее жизненного цикла: при проектировании, производстве и эксплуатации.

На последнем из этих принципов следует остано­виться особо. В ряде случаев рамки инженерной психологии неправомерно суживают, отводя ей лишь роль проектировочной дисциплины. Как отмечалось выше, проектировочная сущность инженерной психологии приобретает в настоящее время решающее значение. Однако только ею не ограничивается проблематика ин­женерной психологии. Для того чтобы были реализо­ваны все потенциальные возможности систем «чело­век — машина», необходим также правильный учет инженерно-психологических требований в процессе их производства и эксплуатации. Это приводит к необхо­димости создания единой системы инженерно-психо­логического обеспечения систем «человек — машина» на всех этапах их жизненного цикла.

Под инженерно-психологическим обеспечением понимается весь комплекс мероприятий, связанных с организацией учета человеческого фактора в процессе проектирования, производства и эксплуатации СЧМ. Проблема инженерно-психологического обеспечения имеет два основных аспекта: целевой и организацион­но-методический (табл. 3.1).

 

Таблица 3.1

Содержание инженерно-психологического обеспечения СЧМ

 

Этап жизненного цикла	Аспект инженерно-психологического обеспечения
целевой	организационно-методиче­ский
Проектирование	Определение функций человека в проектируе­мой СЧМ и оценка его психофизиологических возможностей по их выполнению (инженерно-психологическое проек­тирование)	Разработка нормативных и справочно-методических мате­риалов по инженерно-психоло­гическому проектированию деятельности оператора. Организация труда коллектива проектировщиков
Производство	Учет психофизиологиче­ских свойств человека в процессе производства (условия труда, режимы труда и отдыха, взаимо­связи операторов в груп­повой деятельности и т.п.)	Разработка нормативных и справочно-методических мате­риалов по учету человеческого фактора в процессе производ­ства
Эксплуатация	Учет психофизиологиче­ских возможностей чело­века при эксплуатации техники (профессиональ­ный отбор, обучение, тренировки, формирова­ние операторских кол­лективов, организация их труда)	Разработка методик по про­фессиональному отбору (если это необходимо) и подготовке операторов, подбору коллекти­вов, организации труда. Разра­ботка нормативных докумен­тов, регламентирующих при­менение этих методик

 

Первый из них связан с непосредственным вы­полнением работ по учету человеческого фактора на каждом из этапов жизненного цикла СЧМ; его содержание целиком и полностью определяется проблема­тикой инженерной психологии. Второй аспект связан с организационно-методическим обеспечением работ по учету человеческого фактора. Он включает в себя разработку необходимых справочно-методических ма­териалов, с помощью которых можно выполнять эти работы, а также разработку нормативных документов, регламентирующих (в частности, утверждающих) сте­пень и полноту учета человеческого фактора при проек­тировании, производстве и эксплуатации СЧМ. При от­сутствии таких документов проведение работ по учету человеческого фактора не будет являться обязательным мероприятием, и поэтому задача инженерно-психологи­ческого обеспечения не может считаться полностью решенной.

 

3.2. Показатели качества систем «человек-машина»

 

Любая СЧМ призвана удовлетворять те или иные потребности человека и общества. Для этого она дол­жна обладать определенными свойствами, которые зак­ладываются при проектировании СЧМ и реализуются в процессе эксплуатации. Под свойством СЧМ пони­мается ее объективная способность (особенность), проявляющаяся в процессе эксплуатации. Количе­ственная характеристика того или иного свойства си­стемы, рассматриваемого применительно к определен­ным условиям ее создания или эксплуатации, носит название показателя качества СЧМ.

В нашей стране разработана определенная номен­клатура показателей качества промышленной продук­ции. Она включает в себя 8 групп показателей, с по­мощью которых можно количественно оценивать различные свойства продукции. К ним относятся: по­казатели назначения, надежности и долговечности, технологичности, стандартизации и унификации, а также эргономический, эстетический, патентно-пра­вовой, экологический и экономический показатели.

Не рассматривая подробно все показатели (это не является задачей инженерной психологии), остановим­ся лишь на тех из них, которые влияют на деятельность человека в СЧМ или зависят от результатов его дея­тельности.

Быстродействие (время цикла регулирования) оп­ределяется временем прохождения информации по замкнутому контуру «человек — машина»:

(3.1)

где t_i — время задержки (обработки) информации в i-м звене СЧМ; к — число последовательно соединенных звеньев СЧМ; в качестве их могут выступать как тех­нические звенья, так и операторы.

Надежность характеризует безошибочность (пра­вильность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оце­нивается она вероятностью правильного решения за­дачи, которая, по статистическим данным, определяется отношением

(3.2)

где m_ош и N — соответственно число ошибочно решен­ных и общее число решаемых задач.

Важной характеристикой деятельности оператора является также точность его работы. На этой характе­ристике следует остановиться особо, ибо в ряде случа­ев происходит некоторое смешение ее с надежностью [8]. В качестве исходного понятия для определения обеих характеристик используется понятие «ошибка оператора», для расчета обеих характеристик предла­гаются одинаковые формулы и т. д. Фактически же надежность и точность представляют собой различные показатели, характеризующие разные стороны дея­тельности оператора. Правильное толкование обоих этих показателей дается в работе [122].

Под точностью работы оператора следует понимать степень отклонения некоторого параметра, измеряемо­го, устанавливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного или номинального значения. Количественно точность работы оператора оценивается величиной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:

где I_н — истинное или номинальное значение пара­метра; I_оп — фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Величина погрешности может иметь как положи­тельный, так и отрицательный знак. Понятия ошибки и погрешности не тождественны между собой: не всякая погрешность является ошибкой. До тех пор пока вели­чина погрешности не выходит за допустимые пределы, она не является ошибкой, и только в противном случае ее следует считать ошибкой и учитывать также при оценке надежности. Понятие погрешности наиболее важно для тех случаев, когда измеряемый или регули­руемый оператором параметр представляет непрерыв­ную величину. Так, например, можно говорить о точ­ности определения координат самолета оператором радиолокационной станции и т. д.

В работе оператора следует различать случайную и систематическую погрешности. Случайная погрешность оператора оценивается величиной среднеквадратичес-кой погрешности, систематическая погрешность — ве­личиной математического ожидания отдельных погреш­ностей. Методы их определения приведены в работах [93, 122, 168].

Своевременность решения задачи СЧМ оценивает­ся вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена за время, не превышающее допустимое:

(3.3)

где φ (Т) — функция плотности времени решения зада­чи системой «человек—машина».

Эта же вероятность по статистическим данным оценивается по выражению

(3.4)

где т_нс — число несвоевременно решенных СЧМ задач.

При определении величин m_ош и m_нс, а следователь­но, и при оценке вероятностей Р_пр и Р_св не имеет зна­чения, за счет каких причин (некачественной работы машины или некачественной деятельности оператора) неправильно или несвоевременно решена задача сис­темой «человек — машина».

Поскольку большинство СЧМ работают в рамках определенных временных ограничений, то несвоевре­менное решение задачи приводит к недостижению цели, стоящей перед системой «человек— машина». Поэтому в этих случаях в качестве общего показателя надежности используется вероятность правильного (Р_пр) и (Р_св) своевременного решения задачи

(3.5)

Такой показатель используется, например, при применении обобщенного структурного метода оцен­ки надежности СЧМ [35].

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается вероятностью безопасной работы

(3.6)

где Р_воз. — вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации i-ro типа; Р_ош. — вероятность неправильных действий опе­ратора в i-й ситуации; п — число возможных травмо­опасных ситуаций.

Опасные и вредные ситуации могут создаваться как техническими причинами (неисправность машины, аварийная ситуация, неисправность защитных соору­жений), так и нарушениями правил и мер безопасно­сти со стороны людей. При этом, как отмечалось выше, в условиях автоматизированного производства, когда контакт человека с рабочими частями машин и оборудования сравнительно невелик, большая роль в возникновении опасных и вредных для человека ситу­аций принадлежит психофизиологическим факторам. Их влияние также нужно учитывать при определении показателя Р_бт.

Степень автоматизации СЧМ характеризует отно­сительное количество информации, перерабатываемой автоматическими устройствами. Эта величина опреде­ляется по формуле

(3.7)

где Н_оп — количество информации, перерабатываемой оператором; Н_счм — общее количество информации, циркулирующей в системе «человек—машина».

Для каждой СЧМ существует некоторая оптималь­ная степень автоматизации (k_опт), при которой эффек­тивность СЧМ становится максимальной (рис. 3.2). При этом чем сложнее СЧМ, тем больше потери эффектив­ности из-за неправильного выбора степени автомати­зации. Это видно из сравнения кривых 1 и 2 на рис. 3.2. Оптимальная степень автоматизации устанавливается в процессе решения задачи распределения функций между человеком и машиной.

Рис. 3.2. Зависимость эффективности СЧМ от степени. автоматизации: 1 — для простых систем; 2 — для сложных систем.

Экономический показатель характеризует полные затраты на систему «человек— машина». В общем случае эти затраты складываются из трех составляю­щих: затрат на создание (изготовление) системы С_и, затрат на подготовку операторов С_оп и эксплуатацион­ных расходов С_э. По отношению к процессу эксплуа­тации затраты С _ии С_оп являются, как правило, капи­тальными. Тогда полные приведенные затраты в СЧМ определяются выражением

(3.8)

где Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных затрат.

При заданной величине W_CЧM путем перераспре­деления затрат между отдельными составляющими С_и, С_оп и С_э, можно получить различные значения общей эффективности СЧМ. И, наоборот, заданная эффектив­ность СЧМ может быть обеспечена с помощью различ­ных затрат в зависимости от распределения их между отдельными составляющими. Методы технико-эконо­мической оптимизации СЧМ (получение заданной эф­фективности при минимуме W_C4M или получение мак­симума эффективности при заданной величине W_C4M) путем перераспределения затрат С_и, С_оп и С_э, рассмот­рены в работе [85].

Большое значение при анализе и оценке СЧМ имеют эргономические показатели. Они учитывают совокупность специфических свойств системы «чело­век — машина», обеспечивающих возможность осуще­ствления в ней деятельности человека (группы людей). Эргономические показатели представляют собой иерархическую структуру, включающую в себя цело­стную эргономическую характеристику (эргономичность СЧМ), комплексные (управляемость, обслужива­емость, освояемость и обитаемость СЧМ), групповые (социально-психологические, психологические, физи­ологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели. Общие методические рекомен­дации по их определению приведены в работе [215].

С помощью рассмотренных показателей можно оценить одно или несколько однотипных свойств СЧМ. Иногда их может оказаться недостаточно для решения инженерно-психологических задач (например, при вы­боре одного из нескольких конкурирующих вариантов СЧМ). В этом случае нужно дать интегральную оценку качества системы «человек — машина» как совокупно­сти всех ее основных свойств. Для этого используется понятие эффективности СЧМ, под которой понимается степень приспособленности системы к выполнению возложенных на нее функций. При определении эффек­тивности СЧМ необходимо учесть следующие правила: —для получения полной интегральной оценки сле­дует учитывать всю совокупность частных показа­телей качества СЧМ; —частные показатели должны входить в общую оцен­ку с некоторым «весом», характеризующим их важность в данной системе; —поскольку частные показатели имеют различный физический смысл и измеряются в разных вели­чинах, они должны быть приведены к безразмер­ному и нормированному относительно некоторого эталона виду.

При этом следует отметить, что все частные пока­затели с точки зрения их влияния на эффективность могут быть повышающими (надежность, безопасность, своевременность и т. п.) или понижающими (затраты, время решения задачи и др.). Поэтому нормирование производится следующим образом: для повышающих показателей

(3.10)

для понижающих показателей

(3.11)

где Э_i и E_i — соответственно нормированное и абсо­лютное значение i-гo частного показателя