Оценка соответствия теории концептуальной модели и результатов стендовых экспериментов при управлении динамическим объектом

Текущий уровень развития науки и техники не только не устранил, но сделал ещё более актуальной задачу согласования способностей человека с возможностями машинной части системы управления [1, 2]. Требования к человеку-оператору (скорость реакции, объём воспринимаемой информации, etc.) постоянно растут: можно сказать, что техника «эволюционирует» существенно быстрее, чем это доступно человеку. При этом человек, несмотря на присущие ему психофизиологические ограничения, является неотъемлемым элементом системы [3]: и как постановщик цели функционирования, и как ответственный за корректность работы.

Согласование возможностей человека и машины может быть реализовано путём использования новых методов индикации [4, 5], обеспечением интеллектуальной поддержки оператора [6, 7], посредством выбора комфортной [8] системы. Задача априорного (на этапе проектирования) выбора комфортного объекта управления, требует детального исследования возможностей и ограничений человека [9], характеристик ошибок слежения и их зависимости от условий деятельности [10], что позволит создать модель человека-оператора, обладающую достаточной адекватностью и общностью.

В процессе реализации слежения, оператор совмещает прицельную метку и отслеживаемый символ, при этом в его сознании формируется образ динамической системы, в некотором смысле эквивалентный реальной системе – концептуальная модель [11]. Формальный алгоритм, позволяющий синтезировать для заданного объекта управления его концептуальную модель, основан на решении матричного уравнения Рикатти и теории стохастических динамических систем.

Для оценки степени соответствия объекта управления и его концептуальной модели, удобно использовать функцию когерентности [12], характеризующую величину линейности связи двух сигналов:


Подобный подход позволяет выявить частотные диапазоны, работа в которых будет затруднена, что может быть особенно важно при проектировании системы, определении условий её эксплуатации и требуемых навыков оператора. К тому же, данный метод более объективен при оценке комфортности, чем методы оценки ошибки слежения при полунатурном моделировании (в ходе эксперимента на стенде): человек-оператор может на некоторое время повысить точность слежения, перейдя к нелинейным режимам работы, что, однако, сопряжено с увеличением концентрации и приложением дополнительных усилий для минимизации рассогласования.

Предварительные эксперименты, в ходе которых операторы оценивали предложенные объекты управления по субъективной шкале, показали хорошее соответствие априорной и апостериорной оценок. На рис. 1 приведены два типовых результата (один испытуемый оценивает две разных системы): «а» – не комфортная система, о чём можно априорно судить по снижению когерентности в области низких частот (рабочей области человека-оператора), «б» – комфортная система, обладающая почти максимальной когерентностью в области до 3 Гц.


Рассмотренный метод позволяет провести априорную оценку комфортности объекта управления, что является одним из вариантов решения актуальной задачи согласования возможностей человека-оператора и машинной части системы.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 15-08-06767-а.

• А.М. Набатчиков, Е.А. Бурлак. Навыки и роль человека-оператора в информационном обществе // Искусственный интеллект: философия, методология, инновации / Сборник трудов VI Всероссийской междисциплинарной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, г. Москва, МГТУ МИРЭА, 29-30 ноября 2012 г. // Под ред. Д.И. Дубровского и Е.А. Никтиной. Часть II (секции 4-6). – М.: МГТУ МИРЭА, 2012. – С. 81-85.
  
• Желтов С.Ю., Себряков Г.Г., Огинский А.А., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М. Проблемы человеческого фактора при проектировании и эксплуатации дистанционно пилотируемых летательных аппаратов // Труды ХХIII Всероссийской научно-технической конференции «Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропротекающих процессах», г.Сочи. – М.: Изд. РПА «АПР», 2012. – С. 243-248.
  
• Е.А. Бурлак, А.М. Набатчиков. Проблемы взаимодействия и распределения ролей человека и машины в динамических системах // Искусственный интеллект: философия, методология, инновации / Материалы Пятой Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, г. Москва, МГТУ МИРЭА, 9-11 ноября 2011 г. Под ред. Д.И. Дубровского и Е.Д. Никитиной — М.: «Радио и Связь», 2011. – С. 244-247.
  
• Корсун О.Н., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М., Лаврова Г.А. Применение аудио технологий в процессе захода на посадку // Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвящённые памяти Н. Е. Жуковского» / Сборник докладов. – М: Издательский дом Академии имени Н. Е. Жуковского, 2016. – С. 326-330.
  
• Желтов С.Ю., Себряков Г.Г., Огинский А.А., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М. Способ представления оператору ДПЛА пилотажной информации в режиме посадки // Труды ХХIII Всероссийской научно-технической конференции «Передача, прием, обработка и отображение информации о быстропротекающих процессах», г.Сочи. – М.: Изд. РПА «АПР», 2012. – С. 249-252.
  
• Корсун О.Н., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М., Харьков В.П. Способы интеллектуальной поддержки пилота летательного аппарата на основе концепции треугольника мощности // Труды ГосНИИАС. ВОПРОСЫ АВИОНИКИ. – М.: ГосНИИАС, 2016. – №26. – С.18-24.
  
• Себряков Г. Г., Корсун О. Н., Набатчиков А. М., Бурлак Е. А. Экспериментальные исследования в целях синтеза математической модели интеллектуальной поддержки летчика // Восьмая Всероссийская мультиконференция по проблемам управления / Материалы 8-й Всероссийской мультиконференции: в 3 т. – Pостов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2015. – Т. 1. – С. 147-150.
  
• Огинский А.А. Проектирование комфортных структур эргатических следящих систем // Методы учета характеристик деятельности оператора при проектировании систем «человек-машина». Сборник научных трудов. – М.: МАИ, 1983. – С. 27-33.
  
• Корсун О.Н., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М., Столяров Г.В. Инстурментальный заход на посадку в условиях дефицита пилотажной информации // Труды Второй Международной научно-практической конференции "Человеческий фактор в сложных технических системах и средах" (Эрго-2016) (Санкт-Петербург, Россия, 6-9 июля 2016) / Под ред. А. Н. Анохина, П. И. Падерно, С. Ф. Сергеева. – СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, ФГАОУ ДПО "ПЭИПК", Северная звезда, 2016. – С. 147-154.
  
• Себряков Г.Г., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М. Исследование стратегии выработки управляющих команд человеком-оператором при многомерном слежении // Труды Второй Международной научно-практической конференции "Человеческий фактор в сложных технических системах и средах" (Эрго-2016) (Санкт-Петербург, Россия, 6-9 июля 2016) / Под ред. А. Н. Анохина, П. И. Падерно, С. Ф. Сергеева. – СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, ФГАОУ ДПО "ПЭИПК", Северная звезда, 2016. – С. 154-157.
  
• Себряков Г. Г., Набатчиков А. М., Бурлак Е. А. Концептуальная модель объекта управления при формализации деятельности человека-оператора в динамическом контуре слежения // Шестая Всероссийская мультиконференция по проблемам управления (30 сентября – 5 октября 2013 г.) / Материалы мультиконференции: в 4 т. – Pостов-на-Дону: Издателъство Южного федерального университета, 2013. Т.2. – С. 95-100.
  
• Набатчиков А.М., Бурлак Е.А. Анализ характеристик деятельности человека-оператора в динамическом контуре слежения // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2013. – № 11. – С. 63-66.