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).

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.).

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.

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.

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.