Человек - управляющее звено системы

“человек – техника”

Систему “человек – техника” можно представить как частный случай любой системы организованного воздействия на окружающую среду. Признаком организованного воздействия служит присутствие конкретной программы, нацеленной на выполнение определенных задач. При этом человек, звено системы, в каком-то отношении сходен с техническим звеном. Техническое звено, скажем, машина или сложный агрегат, в условиях перегрузки так или иначе оказывается в аварийном положении с вытекающим из этого отказом в работе. Представим теперь, что человек управляет самолетом. При ручном управлении, например, могут возникнуть обстоятельства, требующие отвлечения внимания летчика от систем управления, допустим, внезапное ухудшение погоды, неполадка в бортовых системах и материальной части самолета и т. д. В таких условиях неизбежно начинает снижаться точность ручного выдерживания заданной траектории и самолет может оказаться в чрезвычайной аварийной ситуации. Усложнение обстановки полета приводит к увеличению количества выполняемых летчиком одновременно операций управления. Это требует дополнительных энергозатрат организма, что при определенных условиях ведет к ошибкам, а в случае значительных перегрузок происходит отказ. Как видим, и в первом, и во втором случае в результате перегрузки звена системы происходит отказ, что совершенно не допустимо.

Рассмотрим взаимодействие человека и машины на примере работы оператора самоходных машин, эксплуатируемых в различных отраслях промышленности.

Оператор машины, руководствуясь информацией (сигналы, подавляемые индикаторами в кабинете, визуальное наблюдение за участком работы и всего окружения), управляет машиной, воздействуя на органы управления. Одновременно человек реагирует на значительный комплекс внешних факторов. К ним относятся: шум, создаваемый при работе двигателя и механизмов машины, вибрация и толчки на рабочем месте, сигналы обратной связи, поступающие к машинам оператора от рулевого управления, рычагов и педалей, звуковые сигналы систем контроля и управления, сигнализирующие об отклонении от нормального режима работы механизмов, температурные колебания, состояние воздушной среды и др. Исходя из информации, получаемой из поступающих сигналов, оператор принимает решения и воздействует на органы управления. Машина, исполняя сигналы управления, изменяет позиции, рабочие параметры и подает оператору новую информацию.

Взаимодействие человека и машины в рассмотренном случае характеризуется непрерывностью и представляет собой систему с замкнутым контуром, в которой информация о сигнале на выходе подается обратно к начальному звену системы. Система с разомкнутым контуром не располагает обратной связью, и в ней взаимодействие между человеком и машиной носит прерывистый характер.

Рассмотрим процесс, в котором оператор корректирует работу машины, непрерывно пытаясь устранить разницу между потребными и реальными выходными сигналами системы, иными словами, обратимся к процессу ручного слежения. Условимся, что вход - это информация, воспринимаемая оператором, выход - действия оператора.

Человека-оператора машины можно рассматривать как звено системы, исполняющее функции восприятия, переработки информации и управления (рис.8.1). При этом условно выведем за пределы машины индикатор и органы управления, представляющие собой как бы узел "стыковки" оператора и машины.

Рис.8.1 Схема взаимодействия оператора и машины: 1-индикатор; 2- человек-оператор; 3-органы управления; 4-машина; Yвх- входной сигнал; Yн- непрерывно изменяющаяся информация; Yo- воздействие на органы управления; Yс – выходной сигнал органа управления; Yвых, Yм, (Yсум) – выходной сигнал машины;

(-1) – отрицательная обратная связь

Оператор, находящийся между индикатором (панельным устройством) и органом управления, воспринимает непрерывно изменяющуюся информацию Ун и, воздействуя на органы управления Уо, управляет работой машины. Входные импульсы отображаются машиной на индикаторе, информацию считывает оператор, который предпринимает определенные действия по управлению машиной. Выходной сигнал органов управления Ус преображается машиной в выходной сигнал машины Ум или всей системы Усчм. Таким образом, для оптимизации системы еще в стадии проектирования необходимо учитывать все возможности и ограничения человека, управляющего машиной.

Знание возможностей оператора позволит при проектировании системы правильно распределить функции между человеком и машиной.

^ 8.3. Примеры катастроф и аварий с тяжелыми

экологическими последствиями

Новые виды технических средств и технологических процессов, уберегая нас от недостатка энергии и помогая поднимать производительность трудоемких процессов в промышленности и других отраслях, в то же время несут новые опасности, масштабы последствий которых заметно возрастают.

Во время радиационной аварии с Селлафилде (Великобритания) в 1957г., наряду с гибелью людей, было загрязнено радионуклидами около 500 км2 территории. Чернобыльская авария 1986 года привела к потере огромного количества жизней, первоначально серьезно было поражено несколько тысяч квадратных километров территории. Крупная авария на атомной станции Три МайлАйленд в США произошла в 1979 г., непосредственный ущерб от нее превысил 1 млрд. долларов. Резко увеличились поражаемые площади и тяжелые последствия от взрывов и пожаров. В 1973 г. в Чикаго на крупном заводе по выпуску типографической краски в результате аварии возникли пожары и взрывы, разрушившие весь завод. При взрыве в 1976 г. на химическом заводе в г. Севезо (Италия) выброс в атмосферу 2-2,5 кг диоксина привел к заражению территории площадью 18 км2 и переселению тысяч людей. В Мексике в результате аварии трайлера с хлором в 1981 г. погибли 29 человек, тысяча крестьян получили тяжелые отравления. В 1984 г. произошла трагедия в Бхопале (Индия), потрясшая весь мир большим количеством погибших, десятки тысяч людей были поражены тяжелыми заболеваниями легких и дыхательных путей.

В США в 1986 г. пылал многосуточный пожар, возникший в железнодорожных цистернах, содержащих фосфор и серу. Из ближайших населенных пунктов было эвакуировано около 30 тыс. человек. В этом же 1986 г. в Муттнеце на берегу Рейна загорелось 800 т различных химических препаратов. Отравляющие вещества попали в Рейн, поразив его на участке более 300 км. Была нарушена жизнедеятельность более 20 млн. человек.

К сожалению, число подобных чрезвычайно тяжелых, омрачающих жизнь общества примеров велико и привести даже малую их часть во всех подробностях не представляется возможным. Важно, что опасности от техносферы возросли до масштаба ущерба, приносимого человечеству стихийными бедствиями. Возникает закономерный вопрос: почему, несмотря на развитие техники и технологии, направленных на повышение надежности и безопасности, аварии продолжают происходить?

Новая техника и сложные производства проектируются с позиции современного характера опасностей, технических и экономических возможностей их предотвращения. Современные проектно-конструкторские разработки в состоянии гарантированно обеспечить безопасную работу технических средств, не будь дефектов в процессе изготовления, отклонений от предусмотренных режимов работы из-за замены материалов, смены сырья, ошибок человека и т. п.. Сознавая неизбежность трудностей такого рода, конструкторы и проектировщики разрабатывают системы, оснащенные устройствами, предупреждающими аварии в случаях нарушения режимов нормальной эксплуатации. К сожалению, надежность защитных средств также подвержена техническим неполадкам и ошибкам в эксплуатации.

С целью устранения и этой погрешности в некоторых случаях ставятся вторые, а иногда и несколько дублирующих устройств, но все они, уменьшая вероятность аварийных ситуаций, не могут свести степень риска до нуля (если оставить в стороне вопрос об усложнении и удорожании техники в случае использования резервирующих систем безопасности).

Вероятность крупной аварии на современных, потенциально опасных производствах оценивается величиной порядка 10-4. Это означает, что возможно одно разрушение объекта за 10 тысяч объекто-лет. Когда объект один, то с высокой вероятностью он не представит опасности, но если объектов тысяча, то каждое десятилетие может разрушиться один из них, а если объектов 10 тысяч, то каждый год один из них статистически может быть источником аварии. Отсюда можно полагать, что возможны две стратегии: или придать технике повышенную надежность в расчете на будущее развитие или вносить нужные коррективы, повышающие надежность в той мере, в какой увеличивается тираж техники. Практически ни одна из этих стратегий не может быть полностью реализована, так как новая техника должна быть экономически рентабельна, а затраты на надежность и избыточность защитных систем мешают этому. Вторая стратегия чревата большим отставанием, ибо вносить коррективы в проекты - это значит изменять устоявшуюся инфраструктуру производства, обновлять действующие стандарты, сложившиеся технологические операции, устои кооперативных связей, накопленный опыт и т.д. Для иллюстрации этих проблем академик В. Легасов (1986) приводит следующий пример. К 1975 году на атомных реакторах в США было менее 100 случаев трещин от коррозии в зоне сварочных швов на трубопроводе. В 1983 г. число дефектов увеличилось в 6 раз. Эта чрезвычайная ситуация потребовала постоянного ультразвукового контроля, многочасовых наплавочных работ, избыточного простоя реакторов и дополнительного облучения персонала во время всех этих операций. Для изменения ситуации потребуется массовая замена труб, связанная с огромными расходами средств. В то же время в ряде стран, например, Японии и Германии, были применены бесшовные трубы из качественных сталей и дефекты подобного рода не проявлялись.

Новые технические решения иногда используются без учета масштабных факторов, без должного анализа проблем безопасности человека и природной среды. Поэтому созданная и развиваемая техногенная сфера накопила в себе значительные потенциальные опасности. Из изложенного вытекает важный вопрос: что же следует предпринимать на современном этапе развития техники? Насыщенность техносферы потенциально аварийными производствами требует нового подхода к решению проблем безопасности. Такой качественно новый подход может быть осуществлен на основе поиска оптимальных решений в области взаимодействия человека, техники и окружающей среды. Для этого потребуется внедрение новых тренажеров с развитым математическим обеспечением, создание новых систем информации с уменьшенным объемом данных и разнообразием способов подачи внедренных технических средств повышенной наблюдаемости с использованием автоматических и полуавтоматических устройств в системах управления оператора, внедрение дистанционных диагностических и защитных средств и т.д.

Для того, чтобы научно-технический прогресс техносферы успешно решал проблемы безопасности человека и природы, нужны грамотная и объективная информация о сложностях развития техносферы, научно-техническая и духовная культура общения с ней с учетом факторов жизнедеятельности организма и экологических систем. В современных условиях техносферы необходимы объединенные усилия специалистов различных областей знания, направленные на более гарантированное, безопасное и надежное использование имеющихся достижений. Одной из важных научных дисциплин, привлекаемых к решению задач обеспечения безопасности общества и окружающей природной среды, является инженерная экология, призванная решать важнейшие задачи гармонизации взаимодействия общества, техносферы и природы.

^