Эрни Зелински. Одним из основных понятий, характеризующих процесс управления в системе «человек - машина» (СЧМ), является цикл регулированияОдним из основных понятий, характеризующих процесс управления в системе «человек - машина» (СЧМ), является цикл регулирования, под которым понимается промежуток времени от момента изменения состояния управляемого объекта (УО) до момента возвращения его в новое (требуемое) состояние. Оператор, как звено системы «человек - машина», характеризуется быстродействием, надежностью и точностью работы. Эти параметры имеют свои аналоги у машинной части системы. Требуемые значения ихможно определять на основании общих требований, предъявляемых к циклу регулирования. Кроме того, оператор, как специфическое звено системы, характеризуется напряженностью своей деятельности. Этот параметр не имеет аналога у машинной части системы. Показатель быстродействия – это время решения задачи, т. е. время от момента реагирования оператора на поступивший сигнал до момента окончания управляющих воздействий. Обычно это время прямо пропорционально количеству передаваемой человеком информации:
tоп = a+bH, (1)
где a и b - некоторые константы (а ≈ 0,2 с - скрытое время реакции, т.е. промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора, b - величина, обратная скорости переработки информации оператором); Н - количество перерабатываемой информации. В некоторых случаях (при наличииочереди сигналов) оператор не сразу приступает к обработке сигнала. Тогда на ожидание сигналом обслуживания затрачивается некоторое время tож а быстродействие оператора характеризуется величиной
tпр = tоп + tож, (2)
где tпр - время пребывания информации на обслуживании; tоп - время обслуживания (обработки) сигнала оператором; tож - время ожидания начала обслуживания. Требуемое быстродействие оператора определяется продолжительностью цикла регулирования которая обычно бывает задана,
где Т ц - продолжительность цикла регулирования; п - количество машинных звеньев; ti - время задержки сигнала в i -м звене машины.
При заданном Т ц и известных ti (они обычно известны по паспортным данным технических устройств) от оператора требуется быстродействие:
Надежность деятельности оператора характеризуется обычно вероятностью правильного решения задачи Эта вероятность определяется величиной
где m - количество правильно решенных задач; N - общее количество решаемых задач. Требуемая надежность оператора определяется надежностью проведения цикла регулирования
где Pi(Tц) - надежность работы і -го звена машины в течение времени Tц. При заданном Pц и известных Pi (их значения бывают известными в результате расчетов, методы этих расчетов хорошо разработаны в теории надежности) требуемая надежность оператора
Надежность и быстродействие операторов для алгоритмизированных видов деятельности оценивают структурными методами, предполагающими знание структуры деятельности и характеристик надежности и быстродействия отдельных действий. Рассмотренные характеристики деятельности оператора в значительной степени зависят от способа ее выполнения, т. е. от навыков и умения оператора и мотивов его поведения, а также от изменения условий выполнения деятельности. Поэтому характеристики отдельных действий следует оценивать осторожно, одни и те же действия входящие в разные деятельности, даже у одного оператора могут иметь различные значения, если мотивы, способы выполнения этих действий будут различными. Данная характеристика деятельности оператора – точностьего работы. В некоторых случаях ее ошибочно отождествляют с надежностью. Фактически же надежность и точность представляют собой различные характеристики, оценивающие разные стороны деятельности оператора. Подточностью 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 yн – истинное или номинальное значение параметра; yоп – фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра. Погрешность может иметь как положительный так и отрицательный знак. Понятие ошибки и погрешности не тождественны между собой: не всякая погрешность является ошибкой. До тех пор пока‚ погрешность не выходит за допустимые пределы она не является ошибкой в работе оператора, и только в противном случае ее следует считать ошибкой и учитывать также при оценке надежности. Понятие погрешности наиболее характерно для тех случаев, когда измеряемый или регулируемый оператором параметр представляет собой непрерывную величину. Так, например, можно говорить о точности определения координат самолета оператором радиолокационной станции, точности настройки радиостанции на данную длину волны, точности снятия отсчетов с измерительных приборов точности регулирования температуры и давления в доменной печи и т. д. В работе оператора следует различать постоянную и временную погрешности. Постоянная погрешность характеризуется математическим ожиданием отдельных значений погрешности характеризуется математическим ожиданием отдельных значений погрешности:
где N - количество измерений, регулировок. Требуемая от оператора погрешность определяетcя из заданной погрешности проведения цикла регулирования
где k - количество машинных звеньев;
При известной погрешности цикла регулирования, которая обычно определяется техническими условиями СЧМ, и известных погрешностях машинных звеньев допустимая погрешность работы оператора
Борьба с постоянными погрешностями не вызывает особых трудностей Ее влияние можно нейтрализовать соответствующей калибровкой, применением методов компенсации, устранением причин, вызывающих погрешность. Переменная составляющая погрешности оператора оценивается величиной среднеквадратического отклонения отдельных погрешностей:
Этот вид погрешности всегда является величиной положительной. Переменная погрешность проведения цикла регулирования
Обозначения в формуле (13) приняты такие же, как и в формуле (10). При заданной переменной погрешности проведения цикла регулирования и известных погрешностях машинных звеньев требуемая погрешность работы оператора
Из анализа формул (13) и (14) следует вывод: для уменьшения результирующей переменной погрешности в первую очередь необходимо ликвидировать или хотя бы частично нейтрализовать источник большей погрешности. Это дает больший эффект, чем принятие аналогичных мер по отношению к источнику меньшей погрешности. Борьба с переменными погрешностями представляет собой более сложную задачу, чем борьба с постоянными погрешностями. Основным способом здесь является повышение стабильности деятельности оператора и работы машин.
Постановка задачи
Система управления производственным процессом включает в себя оператора и три технических устройства, соединенных последовательно. Характеристики технических устройств следующие: время задержки сигнала в i -м звене машины (ti),надежность работы і -го звена машины в течение времени Tц ( Количество информации, циркулирующей в пределах одного цикла регулирования, составляет 20 дв. ед., скорость переработки информации оператором 2 дв. ед./с. Среднее значение времени ожидания информации в очереди на обслуживание оператором составляет 2 с. Переменная погрешность в работе оператора равна 3. Из анализа особенностей протекания производственного процесса к системе управления предъявлены такие требования: время цикла регулирования не должно превышать 15 с, надежность его проведения - не менее 0,95, а переменная погрешность - не более 9.
Таблица 1 – Исходные данные
В результате выполнения работы следует определить: 1. Обеспечит ли оператор при заданных условиях требуемое быстродействие система «человек - машина»? 2. Какие требования должны быть предъявлены к надежности работы оператора? 3. Будет ли обеспечена при этих условиях требуемая погрешность проведения цикла регулирования? Порядок выполнения работы
1. На основании формул (1) и (2) определяем быстродействие оператора при данных условиях. 2. С использованием формулы (3) определяем требуемое быстродействие оператора. 3. С учетом условия (4) определяем, обеспечит ли оператор при заданных условиях требуемое быстродействие системы «человек - машина». В случае если быстродействие оператора не обеспечивает допустимую продолжительность цикла регулирования, предложить мероприятия по устранению данного несоответствия. 4. С использованием формулы (7) определить требуемую надежность работы оператора. Указать каким образом может быть достигнута необходимый уровень надежности работы оператора (см. формулу (5)). 5. По формуле (13) рассчитать результирующую переменную ошибку системы «человек - машина», на основании чего определить будет ли обеспечена при этих условиях требуемая погрешность проведения цикла регулирования или нет. В случае если точность проведения цикла регулирования не удовлетворяет предъявленным требованиям, предложить способ устранения данного несоответствия. 6. Сделать выводы по работе.
Чтобы обеспечить это условие, необходимо применить более быстродействующие технические устройства (уменьшить t i, или провести перераспределение функций между оператором в техническими устройствами (уменьшить Н), или предъявить повышенные требования к быстродействиюю оператора путем введения профессионального отбора операторов по скорости их работы (увеличить v). Для достижения погрешности не превышающей допустимую, необходимо уменьшить погрешность вносимую машинным блоком n.
Эрни Зелински
|
(3)
. (4)
, (5)
, (6)
, (7)
, (8)
(9)
- погрешность i -го измерения, регулировки параметра;
, (10)
- постоянная погрешность j -го звена машины.
. (11)
. (12)
. (13)
. (14)
), переменная погрешность j -го звена машины (
). Исходные данные выбираются из таблицы 1 в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки.
