Алгоритм априорной оценки степени соответствия объекта управления возможностям человека-оператора

Стремительное развитие науки и техники привели к увеличению требований к человеку-оператору, являющемуся как неотъемлемой частью, так и «бутылочным горлышком» контура-управления [1]. Для обеспечения оптимального согласования характеристик машины и человека, необходимо как можно глубже изучить аспекты формального описания деятельности оператора [2]. Детальное исследование возможностей и ограничений человека, характеристик ошибок слежения и их зависимости от условий деятельности, позволит создать модель человека-оператора, обладающую достаточной адекватностью и общностью для решения поставленной задачи согласования [3].

При реализации операции слежения в динамическом контуре, оператор пытается минимизировать ошибку между предъявляемым стимулом и прицельной меткой. В процессе управления, в сознании оператора формируется некий образ динамической системы («концептуальная модель»), соответствующий реальному объекту управления с учётом присущих человеку ограничений [3, 4]. Степень соответствия концептуальной модели и фактического объекта управления, определяет уровень комфортности [5] деятельности оператора.

В работе приводится алгоритм синтеза концептуальной модели для заданного объекта управления. Алгоритм основан на теории стохастических динамических систем и решении матричного уравнения Рикатти (для расчёта дисперсий). В качестве меры соответствия исходной и синтезированной моделей, предлагается использовать функцию когерентности [6]:


показывающую величину линейности связи двух сигналов. Таким образом, если в полосе частот, соответствующей рабочему диапазону человека-оператора, функция существенно меньше единицы – оператор будет испытывать затруднения при реализации слежения. Отметим, что величина ошибки слежения не в полной мере характеризует комфортность деятельности, так как человек может повысить точность, перейдя к нелинейным режимам работы, что, однако, требует от него дополнительных усилий и концентрации, то есть снижает комфортность процесса управления. Кроме того, функция когерентности позволяет оценить «проблемные» полосы частот, что может быть важно при проектировании системы управления, определении условий эксплуатации и требуемых навыков оператора.

Для проверки рассмотренных методов, была проведена серия экспериментов: нескольким испытуемым (обладающим разным операторским навыком) предлагалось в течение некоторого времени, совмещать предъявляемые на экране цель и прицельную метку, работая с разными объектами управления [7]. После каждого сеанса, оператор оценивал комфортность системы по возрастающей шкале. Эксперименты показывают хорошее соответствие между субъективной оценкой оператора и поведением квадрата функции когерентности в области низких частот.

На рисунке ниже представлены отдельные результаты описанных экспериментов. Функция когерентности на рис. 1, а имеет существенный «провал» в области низких частот (от 0 до 3 Гц), что согласуется с низкой субъективной оценкой комфортности «0» соответствующего объекта управления испытуемым. Напротив, график на рис. 1, б, в области низких частот близок к теоретическому максимуму – соответствующий объект управления охарактеризован тем же испытуемым как более комфортный, оценка – «3».


Таким образом, предложенная методика позволяет сделать априорный вывод о комфортности операции слежения с заданным объектом управления.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 15-08-06767.

• 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., Тихонов В.Н. Определение пилотажных характеристик на основе моделирования экспертных оценок в системе «летчик-самолет» // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2008. Т. 6. № 2. С. 45-50.
  
• Е.А. Бурлак, А.М. Набатчиков. Экспериментальные исследования деятельности человека-оператора в динамическом контуре слежения // Материалы конференции "Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах" (УТЭОСС-2012). – СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2012. – С. 706-709.
  
• 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.
  
• 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.
  
• Набатчиков А.М., Бурлак Е.А. Анализ характеристик деятельности человека-оператора в динамическом контуре слежения // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2013. – № 11. – С. 63-66.
  
• А.А.Огинский, Е.А.Бурлак, А.М.Набатчиков. Аппаратно-программный комплекс для проведения экспериментов по изучению работы человека-оператора в системах слежения // 60 Научно-техническая конференция. Сборник трудов. Ч.1. Информационные технологии и системы. Вычислительная техника. / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики". – М.: 2011. – С. 87-91.