Строительные машины и оборудование, справочник






Надежность человека-оператора


Категория:
   Методология конструирования машин


Надежность человека-оператора

Если в настоящее время понятие надежности машины для конструкторов-машиностроителей достаточно знакомо, то понятие надежности человека-оператора в известной степени представляется для них новым. В инженерной психологии под надежностью человека понимается его способность выполнять работу с минимальным числом ошибок. Работу оператора при управлении машиной можно представить так: простая дискретная реакция на одиночный сигнал; простая, но меняющаяся реакция на последовательность одиночных сигналов; дискретная реакция на многозначные сигналы, требующие выбора, оценки и принятия решения; последовательные независимые реакции на многозначные сигналы требующие выбора, оценки и принятия решения; связанные реакции на меняющиеся случайным образом сигналы, требующие экстраполяции, истолкования и принятия решения; комплексная реакция на сложные сигналы, включающая согласование с действиями другого оператора.

Изучая надежность человека-оператора в процессе выполнения им вышеуказанных работ, специалисты пришли к выводу, что в конкретных случаях в зависимости от предметного содержания деятельности, условий и методов работы, психофизиологического состояния работающего и других факторов его надежность характеризуется различными величинами. Надежность человека не измеряется численно, как надежность машин. В этом вопросе инженерная психология, к сожалению, еще не имеет достаточной ясности. Предложенный метод «черного ящика» не решает данного вопроса. Этот метод основан на вероятностной природе поведения человека и определяет его надежность как функцию внешней среды и времени. При этом сам человек рассматривается как некий «черный ящик», внутренние характеристики (психологические процессы) которого не принимаются во внимание. На практике такой метод в ряде случаев приводит к крупным просчетам, а иногда и к нелепостям.

Надежность человека-оператора будет наивысшей, если конструкторы машин будут учитывать его природные характеристики. В системе автомобиль — водитель — дорога наиболее слабым звеном является человек. Степень надежности человека за рулем определяется его пригодностью к управлению автомобилем, которая устанавливается специальными комиссиями. Было бы ошибочным считать, что надежность этого слабого звена можно увеличить только повысив требования к оперативному мышлению проверяемого, к его эмоциональной устойчивости, к психомоторной реакции и т. д. или же только путем специальной его тренировки для езды на большой скорости.



Исследования показывают, что подавляющее большинство аварий, которые совершаются вполне пригодными и подготовленными водителями, вызываются состоянием стресса, т. е. максимального напряжения всех функций организма. Появлению стрессового состояния у водителей способствует недостаточная освещенность дороги, шум, вибрация, духота или холод в кабине, неудобное сиденье или неудобное расположение органов управления и средств оперативной информации и т, д. Поэтому повышение надежности водителя автомобиля является комплексной проблемой, решаемой по схеме автомобиль — водитель — дорога (рис. 1).

Рис. 1. Схема задач по повышению надежности водителя автомобиля

Процесс управления машиной заключается в последовательных переходах от восприятия сигналов или ситуаций к действиям. В тех случаях, когда машина управляется оператором, общее время перехода от восприятия сигналов или рабочих ситуаций оператором к работе машины во многом зависит от природных характеристик оператора и складывается из времен, необходимых для: обнаружения сигнала или рабочей ситуации, требующих соответствующих изменений в работе машины; распознавания зрительного образа или осмысливания ситуации; принятия решения; двигательных реакций оператора; реакции механизмов машины.

При автоматическом управлении машиной время на переход от восприятия к действию значительно сокращается из-за отсутствия элементов распознавания зрительного образа, осмысливания ситуаций, принятия решения; а также ускорения двигательных реакций. Машина действует по заданному алгоритму независимо от ситуации.

Человек по своей природе хорошо приспособлен к функциям управления. Его органы чувств являются надежным приемником необходимой для этого информации. При надлежащих условиях освещения человек различает цвет, яркость и форму. Диапазон, или амплитуда зрительного восприятия человека, превышает восемь логарифмических единиц, т. е. если принять наименьшую воспринимаемую глазом интенсивность света за единицу, то наибольшая воспринимаемая интенсивность света составит около 108 единиц. Глаз реагирует на такие малые количества световой энергии, как 4—5 квантов, и при идеальных условиях может обнаружить объект, видимые угловые размеры которого составляют около 0,5”, что эквивалентно различению проволоки 0 1,6 мм на расстоянии около 800 м. Способностями человека слышать, осязать, ощущать вкус и запах соответствует различная чувствительность.

Энергия звука I -10— 10 эрг/с достаточна для того, чтобы вызвать реакцию человека. Это лишь ненамного превышает энергию столкновения молекул воздуха при их броуновском движении. Самый громкий звук, который человек может воспринимать без вре. да для себя, несет приблизительно в 109 раз большую энергию Способность человека воспринимать последовательные сигналы” по-видимому, почти никогда не превышает 10 сигналов/с. Пропускная способность «входов» человека легко исчерпывается, поэтому особое внимание должно быть уделено тому, чтобы избегать при передаче сообщений человеку даже частичного перекрытия сигналов, конкуренции между ними или несовместимости визуальных и речевых сообщений.

Чувствительность глаза и уха близка к теоретическим пределам возможностей физической системы. Действительно, есть основания полагать, что в случаях сверхчувствительности индивидуум слышит звуки, производимые броуновским движением.

Человек обладает хорошей памятью, особенно зрительной, позволяющей ему хранить обобщенный опыт, необходимый для распознавания и осмысливания рабочих ситуаций. Он способен восстанавливать в памяти обобщенные образы прошлого опыта для решения неожиданно возникающих проблем. При этом быстрота мыслительного процесса человека по сравнению со скоростью вычислительной машины невелика, однако вычислительная машина не может сравниться с ним в выполнении качественных нечисловых расчетов. Человек способен принимать решения, основанные на прошлом опыте и на характере зрительных или слуховых входных сигналов. Человек представляет собой единственную существующую вычислительную машину, способную решать проблемы способом логической индукции.

Так, при управлении прокатным станом человек выполняет сложную работу, которая в отдельных случаях потребовала бы от вычислительной машины решения системы пяти дифференциальных уравнений.

При управлении машиной человек-оператор нажимает кнопки, вращает колеса штурвалов, перемещает рычаги и педали, т. е. совершает двигательные реакции. В общем виде динамику этих реакций можно представить так. Сигнал-раздражитель, проходя через «сенсорный вход» человека, воздействует на его высшую нервную систему, которая передает результат своей деятельности органам человека, вызывая их соответствующие движения. Изучая двигательные реакции человека, инженерная психология различает среди них сенсорные (ответ на заранее известный, но внезапно появляющийся сигнал), дизъюнктивные (реакции выбора), серийные, дозировочные, прослеживающие и др., составляющие в целом спектр реакций. Скорость, с которой человек может реагировать на сигнал-раздражитель, зависит от возраста, пола, обученности и тренировки, настроенности на восприятие сигнала, интенсивности и сложности сигнала и других факторов.

Наилучшим образом, т. е. с большой степенью надежности, человек-оператор будет работать в оптимальных условиях. Поэтому конструкция создаваемой машины должна предусматривать ограждение оператора от нежелательных условий, в той или иной степени снижающих надежность оператора: ограниченного времени выполнения задания; ненормальных температурных условий, воздействия ударов, вибраций и резких механических колебаний; отсутствия надлежащего освещения; ограничения подвижности оператора; увеличения рабочей нагрузки и шумов; психологического или физического напряжения (перегрузок, силы Кориолиса, мышечного напряжения и т. д.); отрицательных эмоций (страха, тревоги и т. д.).

Рис. 2. График биоритмических циклов: 1 — физический; 2 — интеллектуальны!!; 3 — эмоциональный

Многократными наблюдениями отмечено, что надежность человека-оператора в ряде случаев временно снижается по совершенно необъяснимым причинам. Специалисты полагают, что временное снижение надежности человека может быть связано с его жизненными биоритмами [7]. Существует гипотеза, согласно которой жизнь каждого человека, начиная с рождения, протекает в соответствии с тремя циклами: физическим, содержащим 23 дня, эмоциональным (циклом чувствительности), длящимся 28 дней, и интеллектуальным 33 дня. Каждый цикл разделяется на два равных периода, из которых 1-й период считается положительным, а 2-й отрицательным. В первые 11,5 дней физического цикла человек хорошо справляется с работой, требующей физических сил (положительный период), а в оставшиеся 11,5 дней этого цикла он чувствует снижение тонуса и выносливости организма (отрицательный период). В первые 14 дней эмоционального цикла человек оптимистичен, бодр, хорошо настроен; в течение остальных 14 дней он пессимистичен, раздражителен. На первом, положительном этапе интеллектуального цикла (16,5 дней) человеку легко даются любые интеллектуальные занятия, а в течение второго, отрицательного этапа для этого человеку требуются усилия.

На рис. 2 приводятся такие циклы на август 1973 г. для человека, родившегося 9 июня 1933 г. 40 лет по 365 дней дают 14 600 дней, плюс еще 10 дней за счет високосных лет и плюс 54 дня, прошедших с 9 июня 1973 г. по 1 августа этого же года, итого 14 664 дня. На 1 августа частное от деления 14 664 на 23 даст 637 полных физических циклов и 13 дней в остатке, деление 14 664 на 28 дает 523 полных эмоциональных цикла и 20 дней в остатке, а частное от деления 14 664 на 33 дает 444 полных интеллектуальных цикла и 12 дней в остатке. Началом любого цикла считается первый положительный день. Это означает что для данного человека физический цикл начинается 13 августа, эмоциональный — 20 августа и интеллектуальный — 12 августа.

Рис. 3. Вероятностное распределение характеристик

В первый, критический день физического цикла, как утверждают сторонники гипотезы, с людьми чаще происходят несчастные случаи. Такая же повышенная вероятность несчастных случаев проявляется и в критический день эмоционального цикла, характеризующийся различными эмоциональными срывами. Критический день интеллектуального цикла не считается опасным, но если он совпадает с критическим днем другого цикла, то суммарный эффект увеличивается. Все это показывает, что во избежание аварий» ности конструктор во всех случаях не должен усугублять дело, вы. нуждая человека-оператора управлять машиной на пределе его возможностей.

Рис. 4. Размеры мужского тела

Для этого конструктору необходимо учитывать различия людей как в физических характеристиках (время реакции, острота зре. ния, мышечные усилия и т. д.), так и в психологическом отноше-нии, определяющем поведение человека в различных ситуациях. Как правило, различия человеческих данных для какой-либо труп-пы людей варьируются в соответствии с графиком вероятностного распределения (рис. 3).

Эта кривая, имеющая форму колокола, свидетельствует о том, что вероятностное отклонение антропологических характеристик ог некоторого среднего (номинального) значения убывает весьма быстро. Однако это не означает, что конструктор должен ориентироваться на это среднее значение характеристики. Для повышения надежности человека-оператора при расчете машины, и особенно органов управления, необходимо ориентироваться на минимальные значения таких характеристик как острота зрения, время реакции и т. д.

В качестве примера изменений человеческих характеристик приводим таблицу антропометрических данных, полученных в 1966 г. при обмере населения г. Москвы. Максимальные и минимальные отклонения размеров установлены в соответствии с вышеуказанным графиком вероятностного распределения.

При системном методе конструирования предусматривается со-ддание подобия симбиоза машины и человека, так как человек облагает большой способностью приспосабливаться и может успешно выполнять разнообразную работу, если только не превзойдены пределы его возможностей. Дело в том, что люди привыкают к единообразному применению технических устройств. Если новый механизм основан на знакомом принципе, то люди смогут управлять им без дополнительной тренировки, пояснения и инструкций. Если некоторая конструкция использована в одной машине так же, как и в другой, люди, раз обученные приемам управления, смогут управлять новым устройством с меньшим риском ошибиться. С точки зрения системного метода конструкторы машин должны предпочитать такие инженерные решения, которые позволяют операторам быстрее освоиться с управлением машинами.

Создавая конструкцию механизма или системы, конструктор не должен оценивать ее «на свой взгляд», считая себя типичным представителем группы людей, из которой отбирают операторов для управления данной машиной. Конструктор должен стремиться к объективной оценке и проверке создаваемой им конструкции. Применение метода системного конструирования машин позволяет учитывать при создании конструкций все антропологические факторы. Практически это означает, что создаваемые на основе этого метода машины легко управляемы, не вызывают аварийных ситуаций и повышенного утомления оператора. В целом это приводит к надежной работе системы человек — машина. Системный подход к конструированию машины предполагает, что на начальной стадии разработки проекта должен быть произведен анализ компонентов системы человек — машина и определение пути их рационального совмещения. Такой анализ в зависимости от сложности, назначения и условий работы машины может проводиться по различным планам и методикам. Наиболее типичный план такого анализа можно представить в следующем виде задачи, выполняемые системой; параметры среды, в которой будет работать система (температура, освещенность и т. д.); критические параметры системы, ограничивающие ее размеры, массу и эксплуатационные качества; вредные факторы, мешающие нормальной работе системы; последовательность операций, выполняемых в системе; распределение функций между машиной и оператором; перечень возможных рабочих ситуаций и последовательность выполнения оператором своих функций, включая получение информации.

Анализируется также, будет оператор работать сидя, стоя или он будет передвигаться с места на место. Рабочее место приводится в соответствие с характерной рабочей позой оператора. При разработке системы человек — машина, когда речь идет о предельных возможностях оператора до чего-либо дотянуться, приложить силу и т. д., следует ориентироваться на человека с минимальными или почти минимальными возможностями. Рекомендуется также использовать компоновки, позволяющие регулировать размеры и расположение рабочего места, чтобы им мог пользоваться человек с любыми антропометрическим характеристиками. При разработке сидений, входных проемов, дверок, люков и т. п. следует рассчитывать на людей самого большого роста. В случаях, когда эти требования удовлетворить невозможно, принимают палиативные решения. Например, длину и высоту сиденья рассчитывают на людей малого роста, так чтобы колени имели возможность выходить за сиденье и ноги могли доставать до пола, но ширину сиденья при этом принимают такой, чтобы на нем могли уместиться люди большого роста.

При проведении анализа необходимо следить также за размерами рабочего пространства, в котором помещается оператор, с точки зрения удобства работы и ухода за механизмами и приборами. Необходимо особо рассматривать влияние среды на работу оператора и предусматривать его защиту от вредных воздействий, а также поступление к оператору рабочей информации в виде зрительных и звуковых сигналов в сверхнормативных количествах, что, как правило, дезорганизует его работу.

Часто бывает возможно разгрузить органы зрения и слуха за счет других сенсорных каналов. Нормальный человек после незначительной тренировки может научиться принимать большее количество информации при помощи других органов чувств.

На основании приведенного анализа можно дать предварительную оценку работы системы. Опыт показывает, что без такого анализа конструктор часто неоправданно возлагает на машину функции, которые человек мог бы выполнить лучше, или на оператора функции, которые лучше выполнила бы машина. Анализ помогает конструктору сделать во всей системе или в ее отдельных компонентах изменения, необходимые для максимальной эффективности и надежности в работе. Кроме того, чтобы определить, как система будет работать в реальных условиях или насколько одна система лучше другой, необходимы критерии оценки работы системы и ее подсистем. Эти критерии можно разумно выбрать только из данных анализа системы.

Читать далее:

Категория: - Методология конструирования машин

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины

 

Поиск по сайту:


Статьи по теме::
Планирование и координация конструкторских работ
Организация рабочего места конструктора-машиностроителя
Профессиональные качества конструктора и психологический климат в коллективе
Организационно-технические принципы работы конструкторского коллектива при разработке проекта машины
Качественный состав и структура конструкторского коллектива при разработке проекта машины
Направления конструкторских работ в основных отраслях машиностроения
Отраслевой состав машиностроения и его конструкторской базы
Особенности разработки конструкторской документации в отдельных отраслях машиностроения
Единая система конструкторской документации (ЕСКД)
Изменения качественного состава проекта при стадиином проектировании


Остались вопросы по теме:
"Надежность человека-оператора"
— воспользуйтесь поиском.


Машины городского хозяйства
Естественная история машин
Транспортная психология
Пожарные автомобили
Автомобили-рефрижераторы
Монтаж и эксплуатация лифтов
Тракторы