Надежностные характеристики оператора

Сложные автоматизированные системы представляют собой совокупность технических устройств и людей, занятых эксплуатацией этих устройств. Эту совокупность принято называть система «человек —машина». Весьма распространенным является случай, когда взаимодействие с машиной осуществляется одним человеком, которого обычно называют оператором (космонавт, пилот, рулевой, рабочий у станка).

В структуру более совершенных систем управления включаются подсистемы автоматического регулирования (САР) (рис. 7.2). Основными функциями оператора являются: контроль за работой САР, предупреждение и профилактика аварий, выявление возникающих неисправностей и т. п. При нормальной работе САР оператор ограничивается наблюдением за состоянием управляемых объектов. Когда же САР не справляется с задачей, оператор вынужден активно вмешиваться в процесс управления.

Свойства систем управления определяются характеристиками входящих в них звеньев. Из всех характеристик оператора наибольшее влияние на работу систем управления оказывают динамические свойства оператора. Так, в случае одноконтурной системы управления (см. рис. 7.2) динамические свойства системы будут определяться временем полного цикла управления (вре;

Рис. 7.2. Структуры систем «человек —машина»: а — с человеком-оператором, б — с САР.

менем прохождения сигнала по контуру «человек —машина»), т. е.

где // — время задержки сигнала в /-м машинном звене системы; п — общее число машинных звеньев; /_оп — время задержки сигнала оператором (от момента поступления сигнала до ответа на него действием).

Значение г_оп составляет 100…500 мс и более и, как правило, существенно превышает суммарное время задержки в машинных звеньях.

В первом приближении время задержки /_оп складывается из так называемого латентного периода реакции /_л, т. е. времени от момента появления сигнала до начала ответной реакции (движения) оператора и времени моторного компонента t_M, т. е. длительности ответного движения.

Значение латентного периода неодинаково для сигналов (раздражений), действующих на различные органы чувств (анализаторы) человека, т. е. иными словами, для раздражителей различной модальности. В табл. 7.1 приведены значения латентных периодов /_л для различных видов анализаторов и возбуждений средней интенсивности.

Таким образом, запаздывание, вносимое оператором в цепь управления, намного превосходит запаздывание в машинной части (элементах) системы управления (электрических, пневматических и т. п.) и является определяющим для оценки результирующего запаздывания в системе (контуре) управления. Оператору как звену системы управления присуще прежде всего чистое («латентное») запаздывание.

Человек-оператор допускает большое число ошибок при управлении сложными системами. Так, по его вине происходит около 40% общего количества отказов при испытании ракет, 63,6% отказов в морском флоте и до 70% отказов в авиации. В среднем по статистическим оценкам вероятность отказа человека-оператора составляет половину вероятности отказов сложной системы в целом.

Таблица 7.1.

Проблема надежности действия человека изучена в психологии недостаточно. Надежность оператора зависит не только от индивидуальных особенностей и уровня его подготовки, но от условий и методов работы, состояния нервной системы, особенно при воздействии стрессовых факторов.

Работоспособность человека изменяется в процессе труда по трем фазам:

• 1) вхождения в работу, когда скорость и точность действия сравнительно низки;
• 2) относительной устойчивости работоспособности и более высокой точности;
• 3) падения работоспособности, обусловленного утомлением.

Повышение надежности систем «человек — машина» обеспечивается правильной организаций режима труда и отдыха, а также подготовкой операторов, обеспечивающей умение регулировать работоспособность в зависимости от требований, диктуемых различными этапами работы.

Надежность оператора в сложной системе автоматики удобнее всего характеризовать средней интенсивностью ошибок.

где /_{р с} — длительность рабочей смены; /(/) — плотность вероятности времени работы оператора до ошибки (отказа).

Функцию /(/) можно преобразовать следующим образом:

где /(/)_ст — статистическое значение f (t); л_ош — общее число ошибок; N_{p c} — число рабочих смен; А/_р — длительность рабочего интервала.

Для какого-то минимального значения операций значение А будет постоянным. С ростом числа операций т значение А будет расти до тех пор, пока система окажется полностью неработоспособной. Таким образом, вес каждой из дополнительных операций в появлении ошибок возрастает и обычное правило перемножения вероятностей для независимых событий здесь неприменимо.

Если т < rn_min, то, А ~ Aq, где т_т1П — наименьшее число операций, при котором интенсивность ошибок остается постоянной, равной Aq.

При т > m_min

где а, — коэффициенты полинома, зависящие от сложности выполняемых операций; п — степень полинома.

Для особо ответственных человекомашинных систем управления, когда ошибки операторов должны быть практически исключены, в систему вводится структурная избыточность. В частности, вместо одного оператора вводят двух, повторяющих одинаковые операции. В этом случае вероятность совершения одинаковых ошибок сразу двумя операторами определяется соотношением.

где tj — доля времени, необходимая для выполнения /-й операции; р_Ак и Рвк — соответственно вероятности ошибок операторов Л и В п — число типов ошибок.

Как показали расчеты, подтвержденные экспериментом, если один оператор за 10 000 операций совершает 116 ошибок, то два оператора за 1 млн операций совершают одновременно лишь 37 ошибок, т. е. в 300 раз меньше.

Контрольные вопросы

• 1. Каковы особенности оценки надежности АСУ? 2. Какие параметры надежности оцениваются при проектировании АСУ? 3. Как ведется построение дерева отказов при анализе надежности системы? 4. Какими способами оценивается надежность программ цифровых ЭВМ? 5. Как проводится оценка безотказности программ по наработке? 6. Какие параметры надежности определяются при оценке безотказности программ?
• 7. Какие расчеты проводятся при оценке готовности программ? 8. Что представляет собой процесс восстановления работоспособности программ? 9. Как влияет латентный период анализаторов оператора на работу системы «человек—машина»? 10. Чем характеризуется надежность оператора как звена человекомашинной системы? 11. Как повышается надежность системы «человек—машина» при введении структурной избыточности?