Описание системы человек машина среда
Общие понятия о системе «человек-машина-среда».
Р и с. 1. Система “человек – машина – среда”
Структура СЧМС состоит из:
машины (М) – все то, что искусственно создано руками человека для удовлетворения своих потребностей (технические устройства, информационное обеспечение и т.д.);
среды, которую условно можно разбить на два вида – окружающую среду (ОС) и социальную среду (СС).
Окружающая среда характеризуется такими основными параметрами, как микроклимат, шум, вибрация, освещенность, запыленность, загазованность и т.д.
Социальная среда характеризуется социально– экономическими и политическими отношениями в обществе.
Основу классификации СЧМ составляют четыре группы признаков:
1. целевое назначение системы;
2. характеристики человеческого звена;
3. тип машинного звена;
4. тип взаимодействия компонентов системы.
По целевому назначению СЧМ делятся на:
управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной;
обслуживающие, в которых задачей человека является контроль за состоянием машины;
По характеристикам человеческого звена СЧМ делятся на:
моносистемы, в состав которых входит один человек;
полисистемы, в состав которых входит целый коллектив и взаимодействующий с ним комплекс технических устройств.
Полисистемы можно подразделить на паритетные и иерархические (многоуровневые).
В паритетных системах между членами коллектива нет подчиненности и приоритетности. В иерархических СЧМ устанавливается организационная или приоритетная иерархия взаимодействия человека с техникой.
Деятельность человека-оператора представляет собой процесс достижения поставленных перед СЧМ целей, состоящий из упорядоченной совокупности выполняемых им действий.
Различают несколько типов операторской деятельности:
оператор-технолог – человек непосредственно включен в технологический процесс;
оператор-манипулятор – основная роль деятельности человека это сенсомоторная регуляция (управление манипуляторами, железнодорожным составом и т.д.);
оператор-наблюдатель – классический тип оператора (диспетчер транспортной системы, оператор радиолокационной станции и т.д.);
оператор-исследователь – исследователи любого профиля;
оператор-руководитель – организаторы, руководители различных уровней, лица принимающие ответственные решения.
По типу машинного звена условно можно выделить два вида признаков:
материальные – машины, обрабатывающие материальные носители.
По типу взаимодействия компонентов системы в СЧМ выделяют два вида:
информационное – взаимодействие, обусловленное передачей информации от машины к человеку;
сенсомоторное – взаимодействие, направленное от человека к машине для выполнения поставленной цели.
Трудовую деятельность человека в системах «Человек – машина – окружающая среда» (СЧМ) изучает наука эргономика.
Предмет исследования – конкретная трудовая деятельность человека, использующего машины.
1. Повышение эффективности СЧМ, особенность системы достигать поставленной цели в заданных условиях и с определенным качеством (достижение достаточной производительности с минимальными затратами энергии, материалов и без потерь, являющихся результатом ошибок). Достигается путем изначального проектирования относительно безошибочно действующих СЧМ – создания эргономически совершенной техники, подготовки хорошо обученных кадров.
2. Обеспечение безопасности труда: неучитывание человеческого фактора при эргономическом проектирование оборудования может привести к опасным действиям человека – оператора, из-за невозможности правильного и своевременного выполнения операций (по вине подобных просчетов происходит: 75% авиационных катастроф; 80% дорожных происшествий; 90% аварий на железнодорожном транспорте).
3. Обеспечение условий для развития личности человека в процессе труда, которое может быть достигнуто грамотным распределением функций между человеком и машиной.
1. Эргономическое обеспечение проектирования СЧМ, которое включает:
– анализ трудовой деятельности оператора;
– распределение функций между человеком и машиной;
– оптимальная организация рабочего места;
– выбор технических средств в соответствии с предъявляемыми к ним требованиям;
– учет факторов производственной среды;
– определение социально-экономической эффективности проектирования СЧМ.
2. Разработка эргономических основ эксплуатации СЧМ:
– контроль и поддержание функционального состояния человека-оператора;
– организация рациональных режимов труда и отдыха.
3. Эргономическая оценка качества СЧМ: разработка критериев и показателей эффективности надежности СЧМ.
Основные направления эргономических исследований применительно к железнодорожному транспорту:
1. Снижение психологических нагрузок: автоматизация и централизация систем регулирования и контроля; обеспечение безопасности труда; надежность работы оборудования; снижение объема информации до нормы.
2. Обеспечение комфортной рабочей среды: приток свежего воздуха; комфортный световой и цветовой климат; отсутствие шума и вибрации; улучшение производственного интерьера.
3. Обеспечение удобства работы: удобное оборудование; удобная мебель; удобный инструмент; удобная спецодежда.
4. Рациональная организация производства: рациональное размещение оборудования; правильная организация рабочих зон; правильная организация труда и отдыха и бытового обслуживания.
5. Работа с кадрами: профессиональный отбор; обучение, обмен опытом; повышение квалификации.
6. Снижение физиологических нагрузок: автоматизация и механизация процессов производства; правильная организация рабочего места; правильный выбор и размещение органов управления; централизация процессов управления.
– управляемость: свойство техники изменять эффективность выполнения человеком основной и вспомогательной работы при обеспечении необходимых технологических операций над предметом;
– обслуживаемость: свойство техники изменять эффективность выполнения человеком трудовых операций по приведению её в состояние готовности к функционированию и поддержанию этого состояния во времени;
– освояемость: характеризует эффективность приспособления техники к быстрому и высококачественному овладению её техническим и управляющим персоналом;
– обитаемость: эргономическое свойство техники, приближающее условия её функционирования к оптимальным с точки зрения жизнедеятельности работающего человека параметрам среды, а также обеспечивающее уменьшение или ликвидацию вредных последствий её воздействия на окружающую среду.
Критерии эргономичности – показатели использования живого труда человека:
1. Производительность труда: затраты времени на выполнение человеком единицы труда.
2. Качество труда: точность и безошибочность выполнения единицы труда;
3. Тяжесть (напряженность) труда: степень совокупного воздействия всех факторов рабочей среды на здоровье и работоспособность человека.
Система «человек—машина—среда»
Система «человек—машина—среда» состоит из человека-оператора (группы операторов), машины (технических устройств, орудий труда), посредством которой оператор осуществляет трудовую деятельность, и среды (внешних условий труда), в которой эта деятельность осуществляется. В «Справочнике по инженерной психологии» (1982) человек-оператор определяется как человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной и внешней средой посредством информационных систем (моделей) и органов управления.
Все многочисленные системы «человек—машина—среда» имеют ряд общих черт. Они, как правило, являются;1) сложными динамическими системами, состоящими из взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменением во времени структу. ры и (или) взаимосвязей компонентов;
2) целеустремленными системами, то есть преследующими заданную цель путем изменения своего поведения при изменении внешних условий, что обусловлено включением в систему человека;
3) адаптивными системами, способными приспосабливаться к изменяющимся условиям работы благодаря гибкости и пластичности поведения человека и адаптивности технических звеньев системы;
4) самоорганизующимися системами, способными к уменьшению энтропии (неопределенности) после вывода системы из устойчивого, равновесного состояния под действием различного рода возмущений, что определяется целенаправленной деятельностью человека.
Таким образом, все рассмотренные особенности СЧМС определяются наличием в их составе человека, его возможностью правильно решать возникающие задачи в зависимости от конкретных условий и обстановки.
Основу классификации СЧМС (рис. 23-2) составляют четыре группы признаков: целевое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура машинного звена и тип взаимодействия компонентов системы.
По целевому назначению можно выделить следующие классы систем:
— управляющие (задачей человека является управление машиной — автомобилем, самолетом, прокатным станом и др.);
— обслуживающие, к которым относятся контрольно-измерительные и ремонтные системы (задачей человека является контроль состояния техники, поиск неисправностей и их устранение);
— обучающие, например тренажеры и имитаторы (обеспечивают выработку у человека определенных навыков);
— информационные — локационные и информационно-поисковые системы (обеспечивают поиск, накопление и получение необходимой человеку информации);
— исследовательские — информационно-экспертные системы, моделирующие стенды, измерительные приборы (используются при анализе тех или иных явлений, при поиске новой информации).
По характеристикам человеческого звена СЧМС делятся на моносистемы (в их состав входит один человек и одно или несколько технических устройств) и полисистемы (состоят из коллектива операторов, взаимодействующих с комплексом технических устройств),
По характеристикам машинного звена можно выделить:
1) инструментальные системы (в их состав в качестве технических устройств входят инструменты и приборы);
2) простые системы (включают стационарное и нестационарное техническое устройство и человека, использующего эти устройства);
3) сложные системы, например энергетическая установка, вычислительный комплекс (включают помимо человека совокупность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению устройств и машин для получения единого продукта);
4) системотехнические комплексы (наиболее сложные СЧМС с коллективом операторов, участвующим в использовании этих систем, и не полностью определенными связями).
По типу функциональных связей человека и машины СЧМС подразделяются на системы непрерывного взаимодействия, в которых человек ведет постоянный контроль и управление движущимся объектом или технологическим процессом, и системы эпизодического взаимодействия, в которых контроль и управление осуществляются регулярно («оператор—ЭВМ») или вероятностно («оператор — система целенаправленного контроля», «наладчик—станок»).
Любая СЧМС должна обладать заданными свойствами, которые закладываются в нее при проектировании и реализуются в процессе эксплуатации. Под свойствами СЧМС понимаются ее объективные особенности, проявляющиеся в процессе эксплуатации. Количественные характеристики того или иного свойства называются показателями качества СЧМС. Существует ряд показателей качества, влияющих на деятельность человека в СЧМС и в то же время зависящих от его деятельности:
1. Быстродействие (время регулирования) — определяется временем прохождения информации по замкнутому контуру СЧМС:
где Тi — время задержки (обработки) информации в i-ом эвене СЧМС, k — число последовательно соединенных звеньев СЧМС, в качестве которых могут выступать как технические звенья, так и операторы.2. Надежность — характеризует безошибочность (правильность) решения стоящих перед СЧМС задач. Оценивается вероятностью правильного решения задачи, которая по статистическим данным определяется отношением:
где Мош и N — соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.
2. Точность работы оператора — определяется степенью отклонения некоторого параметра, регулируемого или измеряемого оператором, от заданного или номинального значения. Количественно точность работы оценивается величиной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:
где Пн — номинальное или заданное значение параметра, Поп— фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.
3. Своевременность решения задачи СЧМС — оценивается вероятностью того, что задача будет решена за время, не превышающее допустимое:
где Рсв — вероятность своевременного решения, Мнс — число несвоевременных решений, N — общее число решений задач.
4. Безопасность труда человека в СЧМС — оценивается вероятностью безопасной работы:
где Рвоз — вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации i-типа, Р — вероятность неправильных действий оператора в i-ситуации, п — число возможных травмоопасных ситуаций.
5. Степень автоматизации СЧМС — характеризует относительное количество информации, перерабатываемой автоматическими устройствами, и определяется по формуле:
где Ка — коэффициент автоматизации, Ноп — количество информации, перерабатываемой оператором, Нсчмс — количество информации, циркулирующей в СЧМС.
Большое значение при анализе и оценке СЧМС имеют эргономические показатели — эргономичность системы, ее управляемость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость. Они учитывают совокупность специфических свойств СЧМС, обеспечивающих возможность осуществления в ней эффективной деятельности оператора (группы операторов). Общие методические рекомендации по определению этих показателей приведены в работе («Руководство по эргономическому обеспечению», 1979).
Система «человек–машина–среда»
Система «человек–машина–среда» состоит из человека-оператора (группы операторов), машины (технических устройств, орудий труда), посредством которой оператор осуществляет трудовую деятельность, и среды (внешних условий труда), в которой эта деятельность осуществляется. В «Справочнике по инженерной психологии» (1982) человек- оператор определяется как человек, осуществляющий трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной и внешней средой посредством информационных систем (моделей) и органов управления.
Все многочисленные системы «человек–машина–среда» имеют ряд общих черт, Они, как правило, являются:
1) сложными динамическими системами, состоящими из взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменением во времени структуры и (или) взаимосвязей компонентов;
2) целеустремленными системами, то есть преследующими заданную цель путем изменения своего поведения при изменении внешних условий, что обусловлено включением в систему человека;
3) адаптивными системами, способными приспосабливаться к изменяющимся условиям работы благодаря гибкости и пластичности поведения человека и адаптивности технических звеньев системы;
4) самоорганизующимися системами, способными к уменьшению энтропии (неопределенности) после вывода системы из устойчивого, равновесного состояния под действием различного рода возмущений, что определяется целенаправленной деятельностью человека.
Таким образом, все рассмотренные особенности СЧМС определяются наличием в их составе человека, его возможностью правильно решать возникающие задачи в зависимости от конкретных условий и обстановки.
Основу классификации СЧМС (рис. 23-2) составляют четыре группы признаков:
целевое назначение системы,
характеристики человеческого звена,
тип и структура машинного звена и
тип взаимодействия компонентов системы.
По целевому назначению можно выделить следующие классы систем:
– управляющие (задачей человека является управление машиной – автомобилем, самолетом, прокатным станом и др.);
– обслуживающие, к которым относятся контрольно-измерительные и ремонтные системы (задачей человека является контроль состояния техники, поиск неисправностей и их устранение);
Рис. 23-2. Классификация СЧМС
– обучающие, например тренажеры и имитаторы (обеспечивают выработку у человека определенных навыков);
– информационные – локационные и информационно-поисковые системы (обеспечивают поиск, накопление и получение необходимой человеку информации);
– исследовательские – информационно-экспертные системы, моделирующие стенды, измерительные приборы (используются при анализе тех или иных явлений, при поиске новой информации).
По характеристикам человеческого звена СЧМС делятся на моносистемы (в их состав входит один человек и одно или несколько технических устройств) и полисистемы (состоят из коллектива операторов, взаимодействующих с комплексом технических устройств).
По характеристикам машинного звена можно выделить:
1) инструментальные системы (в их состав в качестве технических устройств входят инструменты и приборы);
2) простые системы (включают стационарное и нестационарное техническое устройство и человека, использующего эти устройства);
3) сложные системы, например энергетическая установка, вычислительный комплекс (включают помимо человека совокупность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению устройств и машин для получения единого продукта);
4) системотехнические комплексы (наиболее сложные СЧМС с коллективом операторов, участвующим в использовании этих систем, и не полностью определенными связями).
По типу функциональных связей человека и машины СЧМС подразделяются на системы непрерывного взаимодействия, в которых человек ведет постоянный контроль и управление движущимся объектом или технологическим процессам, и системы эпизодического взаимодействия, в которых контроль и управление осуществляются регулярно («оператор–ЭВМ») или вероятностно («оператор – система целенаправленного контроля», «наладчик–станок»).
Любая СЧМС должна обладать заданными свойствами, которые закладываются в нее при проектировании и реализуются в процессе эксплуатации. Под свойствами СЧМС понимаются ее объективные особенности, проявляющиеся в процессе эксплуатации. Количественные характеристики того или иного свойства называются показателями качества СЧМС. Существует ряд показателей качества, влияющих на деятельность человека в СЧМС и в то же время зависящих от его деятельности:
1. Быстродействие (время регулирования) – определяется временем прохождения информации по замкнутому контуру СЧМС:
где Тц – время задержки (обработки) информации в i-ом звене СЧМС, k – число последовательно соединенных звеньев СЧМС, в качестве которых могут выступать как технические звенья, так и операторы.
2. Надежность – характеризует безошибочность (правильность) решения стоящих перед СЧМС задач. Оценивается вероятностью правильного решения задачи, которая по статистическим данным определяется отношением:
где Мош и N – соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.
3. Точность работы оператора – определяется степенью отклонения некоторого параметра, регулируемого или измеряемого оператором, от заданного или номинального значения. Количественно точность работы оценивается величиной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавливает или регулирует данный параметр:
где Пн – номинальное или заданное значение параметра, Поп – фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.
4. Своевременность решения задачи СЧМС – оценивается вероятностью того, что задача будет решена за время, не превышающее допустимое:
где Рсв – вероятность своевременного решения, М нс – число несвоевременных решений, N – общее число решений задач.
5. Безопасность труда человека в СЧМС – оценивается вероятностью безопасной работы:
где Рвоз – вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации i-типа, Рош – вероятность неправильных действий оператора в i-ситуации, n – число возможных травмоопасных ситуаций.
6. Степень автоматизации СЧМС – характеризует относительное количество информации, перерабатываемой автоматическими устройствами, и определяется по формуле:
где Ка – коэффициент автоматизации, Ноп – количество информации, перерабатываемой оператором, Нсчмс – количество информации, циркулирующей в СЧМС.
Большое значение при анализе и оценке СЧМС имеют эргономические показатели – эргономичность системы, ее управляемость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость. Они учитывают совокупность специфических свойств СЧМС, обеспечивающих возможность осуществления в ней эффективной деятельности оператора
(группы операторов). Общие методические рекомендации по определению этих показателей приведены в работе («Руководство по эргономическому обеспечению», 1979).
Система «человек-машина-среда» (ЧМС). Факторы, формирующие условия труда в сельскохозяйственном производстве
Трудовой процесс в сельскохозяйственном производстве реализуется системой «человек-машина-среда» (ЧМС), т. е. работающим (человеком) посредством предмета труда (машины) в условиях определенной среды.
Система «человек-машина-среда» – это совокупность элементов трудового процесса в которой:
‑ человек представляет собой оператора или группу операторов, управляющих машиной;
‑ машина – совокупность технических средств, используемых человеком в процессе труда;
‑ среда – совокупность факторов внешней среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда (т. е. это условия труда).
Оператором называют человека, осуществляющего трудовую деятельность, основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной и внешней средой через посредство информационной модели и органов управления.
Изучением системы ЧМС занимается наука – эргономика (греч. Ergon – работа, Nomos – закон). Эргономика занимается комплексным изучением и проектированием трудовой деятельности с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда, а также профессионального мастерства.
Эргономика включает в себя такие понятия, как антропометрия, биомеханика, гигиена труда, физиология труда, техническая эстетика, психология труда, инженерная психология.
Главной ее задачей является создание таких условий работы для человека, которые бы способствовали сохранению здоровья, повышению эффективности труда и снижению утомляемости.
Для того чтобы исключить возможность травмирования и профессиональных заболеваний, а также повысить работоспособность оператора рассматриваемая система ЧМС должна быть надежной. В целом надежность системы определяется надежностью каждого из компонентов. Ведущая роль здесь принадлежит человеческому фактору, т.е. совокупности свойств человека-оператора, влияющих на эффективность всей-системы.
При выполнении одинаковых операций не всегда затрачивается адекватное количество энергии в единицу времени. Это объясняется различной интенсивностью (напряженностью) труда работающих, которая пропорциональна количеству труда, т. е. количеству жизненной энергии, израсходованной в единицу времени.
Надежность оператора – его свойство, характеризующее способность безотказно выполнять работу в течение определенного интервала времени при заданных условиях. Надежность оператора зависит от приспособленности машин и технологий к психофизическим возможностям человека.
Работоспособность оператора – его свойство, определяемое состоянием физиологических и психических функций и характеризующее способность выполнять определенную деятельность с требуемым качеством и в течение требуемого интервала времени.
Отказ оператора – невыполнение им предписанных действий или ухудшение качества их выполнения ниже предельно необходимого для достижения цели деятельности.
С учетом возможности адаптации организма к производственным условиям введено нормирование факторов, характеризующих условия труда.
Напряженность оператора – состояние, определяемое качественным своеобразием и интенсивностью физиологических и психических процессов, обеспечивающих выполнение работы.
Эмоциональная напряженность оператора – состояние, обусловленное его мотивацией и субъективной оценкой результатов и сложности деятельности.
Нервно-психическое напряжение – состояние оператора, определяемое напряженностью органов чувств, вниманием, усилием воли. На него влияют выдержка, осторожность, самостоятельность, ответственность и др. Зависимость интенсивности труда от нервно-психического напряжения выражается двумя показателями: степенью загрузки того или иного фактора (органов чувств, внимания и др.) при выполнении работы и долей рабочего дня, приходящейся на оперативную работу.
В процессе труда на человека воздействует множество разнообразных факторов производственной среды, которые в совокупности определяют то или иное состояние условий труда. Производственные факторы подразделяются на технические, эргономические, санитарно-гигиенические, организационные, психофизиологические, социально-бытовые, природно-климатические, экономические.
Технические факторы, отражают уровень автоматизации и механизации производственных процессов; наиболее полное использование оборудования и рациональную организацию рабочего места; применение управляющей техники (дистанционное управление оборудованием); наличие и исправность коллективных средств защиты (блокировки, тормозные устройства световая и звуковая сигнализация, защищенность опасных зон.
Опасные зоны имеют место вокруг передач (шестеренчатых, ременных, цепных и др.), абразивного круга, дисковой плиты, трактора со стогометателем, грузоподъемных машин, режущих машин, движущихся машинно-тракторных агрегатов, мобильных сельскохозяйственных машин и др. К особо опасным относятся зоны, где возможен захват одежды или волос, открытые движущиеся и вращающиеся детали, заготовки и т.д. Размер опасных зон зависит от скорости деталей (заготовок), а также движущихся частей и рабочих органов машин и механизмов и др.
Эргономические факторы характеризуют установление соответствия скоростных, энергетических, зрительных и других физиологических возможностей человека в рассматриваемом технологическом процессе; введение рациональных режимов труда и отдыха, сокращение объема информации, снижение нервно-эмоциональных напряжений и физиологических нагрузок; профессиональный отбор. Это касается скоростных параметров техники, объема поступающей от рабочих органов информации, уровня организации рабочего места, удобства расположения органов управления и индикации, конструкции сиденья оператора, обзорности рабочей зоны и т.д.
Эстетические факторы отображают соответствие эстетических потребностей человека и реализуемых в художественно-конструкторских решениях рабочих мест (орудий труда) и производственной среды.
Санитарно-гигиенические факторы показывают состояние производственной санитарии на рабочих местах (качество воздушной среды, уровень вредных веществ и излучений, шума, вибраций, состояние освещения и др.). Они должны соответствовать требованиям ГОСТов, ССБТ и т.д.
Организационные факторы, характеризуют режим труда и отдыха на предприятии; дисциплину и форму организации труда, обеспеченность рабочих спецодеждой, спецобувью и другими средствами индивидуальной защиты (СИЗ); состояние контроля за трудовым процессом и, в частности, за охраной труда; качество профессиональной подготовки работающих; качество профессиональной подготовки работающих и др.
Психофизиологические факторы отражают напряженность и тяжесть труда, морально-психологический климат в коллективе, взаимоотношения работающих друг с другом и др.
Социально-бытовые факторы включают общую культуру производства, порядок и чистоту на рабочих местах, озеленение территории, обеспеченность санитарно-бытовыми помещениями (гардеробные, душевые, помещения для сушки, туалетные комнаты и т.д.), столовыми, медпунктами и др.
Природно-климатические факторы, – это географические и метеорологические особенности местности (высота над уровнем моря, рельеф местности, частота и вид осадков, температура, влажность, ионизация и подвижность воздуха, атмосферное давление и др.).
Экономические факторы включают в себя повышение технической вооруженности труда: наиболее полное использование оборудования, рациональную организацию рабочего места, выбор оптимальной технологии, устранение и уменьшение ненужных затрат рабочего времени, строгая регламентация темпа и ритма работы.
Условия труда зависят от того или иного сочетания производственных факторов и, в свою очередь, влияют на производительность и результаты труда, на состояние здоровья работающих. Благоприятные условия улучшают общее самочувствие, настроение человека, создают предпосылки для высокой производительности, и, наоборот, плохие условия снижают интенсивность и качество труда, способствуют возникновению производственного травматизма и заболеваний. Создание здоровых и безопасных условий труда – главная задача администрации предприятия, нанимателя.