Распределение функций в системе между человеком и техническими звеньями

Вопрос о распределении функций в системе между человеком и техническими звеньями (машиной) является одним из основных в инженерной психологии.

На сегодняшний день при решении этого вопроса исходят из нескольких принципов. Первый из них— принцип учета преимуществ каждого из звеньев системы. Он был сформулирован в 1951 г. П. Фиттсом, который предложил перечень, устанавливающий сравнительные преимущества и недостатки человека и машины при выполнении некоторых типов функций. Эти положения были потом дополнены и уточнены [99].

Установлено, что в отношении приема информации основным преимуществом человека является то, что его возможности не ограничены каким-либо одним способом подачи сигналов. Человек может опираться одновременно на данные нескольких органов чувств и даже использовать разнообразные косвенные сигналы, прямо ему не адресованные. При этом форма и прямых, и косвенных сигналов может значительно варьировать по ряду параметров. Так, человек читает текст, написанный любым почерком и напечатанный любым шрифтом, причем буквы могут варьировать по величине, наклону, цвету, форме. Более того, человек может восстанавливать текст и при весьма значительных его искажениях.

В отличие от человека вход существующих машин ограничен схемой системы регулирования. Машина выделяет лишь специально адресованные ей сигналы и в той форме, которая была заранее определена конструктором.

У человека в отношении приема информации имеются значительные преимущества перед машиной в использовании избыточной информации, которая позволяет ему находить наиболее экономные способы ее приема и переработки. Кроме того, человек способен выделять и маловероятные события, не предусмотренные в инструкции.

Для машины избыточная информация — только помеха, а возможности выделения ситуаций разной вероятности определяются программой.

Вместе с тем машина, несомненно, превосходит человека по объему информации, перерабатываемой в единицу времени.

Максимальное значение потока информации; которую может принять человек, не превышает нескольких десятков двоичных единиц в секунду. Возможности машины в сотни и тысячи раз выше. Кроме того, число одновременно параллельно работающих каналов может быть очень велико, а возможности человека очень ограничены.

Сравнение возможностей человека и машины в переработке информации тоже дает интересный материал. Практически безграничны возможности человека по преобразованию информации из одной формы в другую, по анализу и синтезу поступающих сигналов, по переходу от одной системы кодирования к другой. Для человека характерно разнообразие способов решения одних и тех же задач, что позволяет легко учитывать любое изменение конкретных условий. В принципе человек в любой момент может найти и способ, неизвестный ранее.

Существующие машины обладают жесткой системой заложенных в них конструкторами способов, причем сами эти способы представляют собой модели лишь некоторых способов обработки информации, используемых человеком. Однако так же, как и на этапе приема информации, машины обладают несомненными преимуществами по точности и скорости выполнения многих операций.

Велика пластичность человека и как исполнителя управляющих воздействий. Пользуясь рукой, т. е. одним двигательным аппаратом, он может выполнять самые разнообразные действия, легко может переходить от одних действий к другим, легко находит новые способы. Автоматические регуляторы, как правило, узко специализированы, нуждаются в специальной настройке, допускают ошибки при малейшем отклонении от предусмотренных вариантов условий. Но они обладают огромными преимуществами по ряду других параметров: по длительности непрерывной работы, по скорости выдачи команд, по диапазону возможных усилий и т. п.

Все эти особенности учитывают проектировщики при решении вопроса о том, какие функции в системе можно и целесообразно отдать машине, а какие оставить человеку-оператору.

При распределении функций учитываются также и экономические последствия того или иного варианта распределения. Поэтому принимают во внимание такие факторы, как количество операторов, участвующих в работе, их квалификация, стоимость машины, которая может полностью или частично заменить человека, потребление мощности, вес, габариты и т. д. Возможности решения подобных вопросов связаны с применением количественных методов, которые основаны на использовании принципа оптимизации того или иного показателя СЧМ.

При использовании этого метода следует иметь в виду, что система, оптимальная по одному параметру, может быть неоптимальной по другому параметру. Поэтому для оптимизации СЧМ желательно иметь некоторый обобщенный показатель, представляющий собой комбинацию частных показателей. Таким обобщенным показателем может быть эффективность СЧМ [42].

ф(12.1)

где х₁, x₂,...,х_т — частные показатели работы СЧМ;

a₁ а₂,...,а_т—удельные веса этих показателей, которые могут быть найдены методом экспертных оценок, т. е. путем опроса мнений специалистов об удельном весе влияния данного частного показателя на общую эффективность. На коэффициенты а_i обычно накладывается условие

ф(12.2)

Знак у данного коэффициента может быть положительным, если увеличение x_i ведет к увеличению Е (например, надежность, быстродействие), или отрицательным, если увеличение x_i приводит к уменьшению Е (например, стоимость).

Для решения задачи распределения должна быть известна также структурная функциональная схема СЧМ. Эта схема представляет собой совокупность этапов, необходимых для достижения целей, поставленных перед СЧМ. Для каждого этапа предполагаются известными задачи, решаемые на данном этапе, однако неизвестно, с помощью какого устройства (каким способом)

ф

это лучше сделать. Обычно любая сколь угодно сложная задача может быть приведена к последовательной схеме следования этапов. Так, например, структурная схема вычисления функции

ф

имеет вид, показанный на рис. 63. Безусловно, что схема решения реальной задачи, стоящей перед СЧМ, будет всегда гораздо сложнее.

Любой из этапов может быть выполнен различными устройствами: электронными, механическими и т. д. или человеком.

Распределение функций проводится следующим образом. Процесс решения стоящей перед СЧМ задачи разбивают на п этапов. Каждый из этапов может быть решен одним из l способов: электронной схемой, электромеханической схемой, ... человеком. Каждый способ реализации i-гo этапа (i = 1,2 ... п) характеризуется т показателями х₁, x₂ ... х_т (например, надежностью, временем выполнения, стоимостью, потребляемой мощностью и т. д.). С целью упрощения рассуждений дальнейшее изложение будем вести для случая m = 4 и ограничимся рассмотрением только перечисленных выше четырех показателей.

Введем следующие обозначения:

x₁ = p_ij — надежность выполнения i-го этапа j-м способом (j= 1, 2.../);

x₂ = τ_ij — время выполнения i-ro этапа j-м способом;

x₃ = с_ij — стоимость выполнения i-го этапа;

x₄ = w_ij —потребляемая j-м устройством мощность при выполнении i-гo этапа.

С учетом этих обозначений выражение эффективности СЧМ примет вид

ф(12.3)

Частные показатели системы связаны с соответствующими показателями, характеризующими отдельные этапы решения задачи, следующим образом:

ф(12.4)

Задача распределения состоит в том, чтобы для каждого этапа найти такой способ его выполнения, который обеспечивает максимум выражения (12. 3) при выполнении условий (12. 4). С математической точки зрения такая задача не представляет принципиальных трудностей и может быть решена методами дискретного линейного программирования. Наибольшую сложность при решении задачи распределения составляет нахождение удельных весов частных показателей эффективности.

Оптимальное распределение функций невозможно без реализации еще ряда принципов. Одним из них является принцип максимилизации показателей, когда ищут такой вариант распределения функций, при котором обеспечивается максимальное значение особо важного параметра в данных специфических условиях. Так, если ведущим параметром является точность решения, то в одних системах, например, там, где требуется длительная непрерывная переработка информации, соответствующие операции будут переданы машине. В других же системах, например таких, которые функционируют в условиях больших помех, высокие требования к точности могут быть реализованы только при передаче этих операций человеку. При этом всегда максимализация одних показателей идет за счет потери каких-то других качеств.

Весьма значительное место занимает принцип ответственности, требующий при окончательном решении вопроса о распределении функций между человеком и техническими устройствами учета их значения в процессе управления. Наиболее ответственные действия, от которых зависит пуск и остановка агрегатов в особо важных условиях, переход с одного режима на другой и многие другие остаются за человеком даже в очень высокоавтоматизированных системах.

С принципом ответственности тесно связан принцип резервирования системы, обеспечивающий возможность перераспределения функций между человеком и техническими устройствами в самом процессе функционирования. Такое резервирование осуществляется не во всех элементах системы, а лишь в наиболее важных для производства участках, от которых зависит функционирование системы в целом, в нормальных или аварийных условиях. Так, в энергосистемах предусмотрено и автоматическое и ручное включение и отключение аппаратуры, наиболее важной при аварии.

При решении проблемы выделения резервируемых человеком звеньев автоматизированной системы учитывают не только их важность, но и другие показатели, например, экономическую целесообразность. Нередко при аварии экономически более выгодно совсем остановить агрегат на какое-то время и прекратить на это время производство на том или ином участке, чем предусмотреть замену его на время аварии человеком. Это объясняется тем, что обеспечение человека необходимой для этого информацией и средствами управления, а также систематический профилактический надзор за таким оборудованием могут оказаться намного дороже экономических потерь при маловероятной аварии.

Таким образом, окончательное распределение функций системы между человеком и техническими звеньями представляет собой сложную задачу, требующую предварительного решения многих принципиальных и частных вопросов. От правильности распределения функций зависит эффективность работы всей системы.