В настоящее время становятся актуальными вопросы повышения эффективности эксплуатации технических систем в условиях роста инновативности производственных процессов и увеличения числа подрывных инноваций, ведущих к сокращению периодов экономических циклов, росту точек экономических бифуркаций [2, 5]. Это способствует, с одной стороны, упрощению управления техническими системами путем создания автоматизированных систем управления с применением различных интеллектуальных методов, но с другой стороны, повышению требования к операторам данных устройств, поскольку возрастает чувствительность технических систем к человеческому фактору и ошибкам оператора.
Возникает необходимость разработки современных методов повышения эффективности и точности выполнения функций оператором технического устройства. Как показывают современные исследования, на эффективность и качество в системах «человек – машина» влияет функциональное состояние их операторов [1, 6, 9]. Операторы, находящиеся в состоянии стресса, эмоционального утомления, недостаточно эффективно управляют техническими устройствами, то есть снижается скорость и быстрота их реакции, оперативность и качество разрабатываемых управленческих решений, что отрицательно сказывается на управляемых ими технических устройствах [1, 3, 6, 7, 9].
Все вышесказанное определило цель исследования.
Цель исследования – разработать алгоритм управления качеством в системах «человек – машина» на основе оценки функционального состояния операторов технических устройств.
Материалы и методы исследования
Для разработки алгоритма управления качеством в системах «человек – машина» использованы методы оценки качества в данных системах, теория систем и системный анализ, теория хаоса, методы инженерной психологии и педагогики.
Для оценки условий труда операторов по напряженности трудовой деятельности используется Руководство Р 2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда» [9, 10]. Классы условий труда определяются по 23 показателям, представленным в данном руководстве. По напряженности труда выделяют следующие классы условий труда [9, 10]:
– Оптимальный класс условий (напряженность легкой степени).
– Допустимый класс условий труда (напряженность легкой степени).
– Вредный класс (характеризуется наличием вредных факторов, уровни которых превышают гигиенические нормативы и оказывают неблагоприятное воздействие на организм оператора. Вредные условия труда условно разделяют по степени вредности: вредный класс 3.1, вредный класс 3.2, вредный класс 3.3, вредный класс 3.4).
Функциональное состояние операторов технических устройств оценивается по методике, разработанной В.А. Машиным, в основе которой лежит трехфакторная модель вариабельности сердечного ритма [6, 7, 8]. В основе данной модели использованы следующие показатели вариабельности сердечного ритма: SDNNn – среднее квадратическое отклонение R-R интервалов анализируемого временного ряда; b1n – тангенс угла наклона линии регрессии графа (независимая переменная массив RRn, зависимая RRn+1), Mo – мода, определяемая по значениям исследуемого временного ряда.
В результате проведенных исследований В.А. Машиным выделено восемь функциональных классов состояний операторов:
– Норма (SDNNn 5–9, b1n 1–4, Mn 5–9) – для обследуемых, относящихся к данному функциональному классу, характерно состояние покоя, глубокого расслабления, сна при сохранении функциональных резервов.
– Норма с преобладанием симпатической активности (SDNNn 5–9, b1n 1–4, Mn 1–4) – данный класс характерен для лиц с высоким тонусом активности в состоянии покоя, а также при экономичной регуляции сердечного ритма в процессе психической нагрузки.
– Эмоциональное возбуждение (SDNNn 5–9, b1n 5–9, Mn 5–9) – данные показатели характерны для эмоционального возбуждения, связанного с ожиданием выполнения ответственного задания, неопределенности предстоящих действий и повышенной вероятностью совершения ошибок.
– Эмоциональное возбуждение с преобладанием симпатической активности (SDNNn 5–9, b1n 5–9, Mn 1–4) – данные показатели характерны для функционального состояния индивидов с невротической симптоматикой когда эмоциональное возбуждение сопровождается выраженными психическими переживаниями по поводу конфликтной ситуации. Также данные показатели диагностируются у индивидов в ситуации ожидания ответственного задания.
– Психическое напряжение (SDNNn 1–4, b1n 5–9, Mn 1–4) – для данного функционального класса наблюдается снижение общего тонуса высшей нервной системы, рост надсегментарных структур и уменьшение влияния вагуса в регуляции сердечного ритма, что характерно при различных уровнях психической нагрузки и концентрации усилий индивида на решении сложных задач.
– Психическое напряжение с преобладанием активности вагуса (SDNNn 1–4, b1n 5–9, Mn 5–9) – данное функциональное состояние характерно для психического утомления с астено-невротической симптоматикой и может служить предиктором патологических процессов и вызванных ими ипохондрических мыслей.
– Психическое напряжение с преобладанием активности сегментарных структур (SDNNn 1–4, b1n 1–4, Mn 1–4) – критическое состояние, может служить предвестником развития сердечно-сосудистых заболеваний.
– Психическое напряжение с преобладанием активности вагуса и сегментарных структур (SDNNn 1–4, b1n 1–4, Mn 5–9) – данный функциональный класс характеризуется хроническим утомлением и глубоким снижением функциональных резервов [8].
Состояниями нормы являются первые два функциональных состояния «Норма» и «Норма с преобладанием симпатической активности». Появление остальных состояний у операторов свидетельствует о стрессе, переутомлении, снижении внутренних резервов и может являться предвестником сердечно-сосудистых заболеваний.
Результаты исследования и их обсуждение
На основании анализа литературных источников и практической деятельности операторов технических устройств разработан алгоритм управления качеством в системах «человек – машина» (рисунок).
Для оценки качества в системах «человек – машина» используются следующие показатели:
– быстродействие;
– надежность;
– точность работы оператора;
– своевременность решения человеко-машинной системы;
– безопасность;
– степень автоматизации;
– экономические показатели [11].
Разработанный алгоритм базируется на условии, что функциональное состояние оператора влияет на все показатели качества систем «человек – машина», за исключением последних двух показателей.
На первом этапе производится входной анализ условий труда оператора по критерию напряженности его труда (рисунок).
Укрупненная схема управления качеством в системах «человек – машина»
На основании полученных результатов предыдущих этапов алгоритма на этапе «Составление плана контроля функционального состояния оператора и требований к его функциональному состоянию» разрабатывается план контроля функционального состояния оператора в заданные такты времени. Контроль функционального состояния оператора может проводиться до начала исполнения им функциональных обязанностей, во время управления техническим устройством, после окончания работы с техническим устройством. Запись может проводиться либо в течение заданного промежутка времени, либо во время управления оператором технического устройства, при этом результаты могут в режиме реального времени передаваться на компьютер аналитика или врача.
Оценка функционального состояния операторов по показателям вариабельности сердечного ритма осуществляется по результатам пульсометрии, записанной с учетом плана контроля. Например, оценка функционального состояния оператора не проводится при оптимальных условиях труда; при допустимом классе условий труда и вредном классе 3.1 функциональное состояние оператора оценивается перед началом управления им техническим устройством и после окончания работы с ним, при вредном классе 3.2 и 3.3 мониторинг функционального состояния может осуществляться в постоянном режиме с передачей данных на компьютер исследователя.
На данном этапе определяются критерии допустимых функциональных состояний оператора для управления им техническими устройствами, функциональные состояния, при которых требуется смена оператора технического устройства. В большинстве случаев вариантами нормы являются функциональные состояния «Норма» и «Норма с преобладанием симпатической активности». При функциональных состояниях операторов «Психическое напряжение с преобладанием активности вагуса», «Психическое напряжение с преобладанием активности сегментарных структур», «Психическое напряжение с преобладанием активности вагуса и сегментарных структур» требуется либо смена оператора, либо неотложное проведение корректирующих мероприятий, направленных на улучшение состояния оператора.
Затем на основании полученных результатов входного анализа и планирования и экспертного анализа деятельности операторов разрабатываются корректирующие и профилактические мероприятия по улучшению функционального состояния операторов и профилактике у них профессиональных заболеваний.
При контроле функционального состояния операторов технических устройств не только решается задача мониторинга их состояния, но определяется, какие корректирующие и профилактические мероприятия необходимо реализовать и в какие такты времени. А также решается задача оценки эффективности реализации планируемых и реализуемых мероприятий по улучшению состояния операторов и, следовательно, повышению, качества в системах «человек – машина». Результаты контроля вносятся в базу данных, которые могут быть проанализированы в любой такт времени с применением методов интеллектуального анализа данных.
Заключение
Разработанный алгоритм управления качеством в системах «человек – машина» позволит решать задачу обеспечения эффективности взаимодействия оператора с техническим устройством и, следовательно, эффективности управления и эксплуатации технических устройств. Повышение качества в системах «человек – машина» с применением разработанного авторского алгоритма осуществляется путем повышения эффективности деятельности оператора, которое зависит от его функционального состояния.
Также данный алгоритм может быть использован в управлении сложными техническими и производственными системами, в том числе с применением рефлексивного анализа [4, 5].