Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

EVALUATION OF ABILITY TO TRAINING IN VISUAL AND MOTOR TRACKING

Kurasov P.A. 1
1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Volga State University of Technology»
Рассмотрены основные подходы к оценке способности к обучению операторов человеко-машинных систем. Показано, что зрительно-моторное слежение в известном тесте реакции на движущийся объект (РДО) с остановом, при котором испытуемый имеет возможность оценивать свой текущий результат и корректировать свои действия, эквивалентно управлению с обратной связью. Известный тест РДО без останова, при котором корректировка невозможна – без обратной связи. Однако данный тест позволяет оценить истинное соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Оценкой способности к обучению предложено считать отношение результата теста РДО без обратной связи к результату тесту РДО с обратной связью. Предложена схема взаимодействия оператора и технической системы. По данным корреляционного анализа, способность к обучению имеет большую степень связи с результатами теста РДО без обратной связи. Это позволяет сделать вывод о том, что существует зависимость способности к обучению от соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.
The basic approaches to the assessment of the ability to training operators of human-machine systems were considered. It is shown that visual and motor tracking in the known test of reaction for moving object (RMO) with stop, in which the testee has the possibility to estimate the current result and to correct his actions, is equivalent to feedback control. The known RMO test without stop, in which the correction is not possible – without a feedback. However, the given test allows estimating the real ratio of excitation and inhibition processes in the central nervous system. Assessment of learning ability has been suggested as the ratio of the RMO test result without feedback to the result of the RMO test with feedback. The scheme of interaction between the operator and the technical system was suggested. According to the correlation analysis the ability to training has a higher degree of communication with the results of the RMO test without feedback. This suggests that there is a dependency of the ability to learn on the ratio of the excitation and inhibition processes in the central nervous system.
human operator
the reaction to a moving object
decision-making
correction
1. ISO 16269-7:2001 Statistical interpretation of data – Part 7: Median – Estimation and confidence intervals.
2. Karakulova N.I. Human Physiology, 1982, Vol. 8, no. 4, pp. 653–660.
3. Peisakhov N.M., Kasin A.P., Baranov G.G., Vaganov R.G. Methods and portable equipment for research of person individual psychological differences. Ed. V.M. Shadrin. Kazan, Kazan University Publ., 1976. 238 p.
4. Pesoshin A.V., Petukhov I.V., Rozhentsov V.V., RF Patent no. 2 326 595, Byull. Izobret., no. 17 (2008).
5. Petukhov I.V., RF Patent No. 2 381 743, Byull. Izobret., no. 5 (2010).
6. Peisakhov N.M. Zakonomernosti dinamiki psihicheskih javlenij. Kazan: KGU, 1984. 235 p.
7. Pesoshin A.V. Metod i programmno-tehnicheskoe obespechenie kontrolja sootnoshenija processov vozbuzhdenija i tormozhenija cheloveka na osnove izmerenija vremeni reakcii na dvizhushhijsja objekt. Kazan, 2009. 137 p.
8. Petukhov I.V. Sistema podderzhki prinjatija reshenij pri ocenke profprigodnosti operatora jergaticheskih sistem (na primere transportno-tehnologicheskih mashin). Ufa., 2013. 32 p.
9. Petukhov I.V. Methodological framework for human-operator aptitude research in the ergatic systems / Modern problems of science and education. 2013. no 2; URL: www.science-education.ru/108-8581.
10. Pulikovskii K.B. Prioritet kachestvu podgotovki, professional’nomu obucheniyu i attestatsii rabotnikov organizatsii, podnadzornykh Rostekhnadzoru (Priority for quality training, professional training and certification of employees of organizations, supervised by Rostechnadzor), Bezopasnost’ truda v promyshlennosti, 2006, Issue 7, pp. 5–7.
11. Petukhov I. V., Kurasov P.A. Pat. Appl. no. 2011153287, Russia (21 March 2013).
12. Surnina O.Ye., Lebedeva Ye.V. Human Physiology, 2001, Vol. 27, no. 4, pp. 56–60.
13. Kuhn D., Sources R. of Failure in the Public Switched Telephone Network / D. Richard Kuhn / IEEE Computer. April, 1997. Vol. 30. no.4. pp. 31–36.

В своих исследованиях авторы приводят различные причины возникновения аварийных ситуаций на производстве, однако большинство из них сходятся во мнении, что основной причиной является человеческий фактор. Так D. Richard Kuhn в своем исследовании отмечает, что причиной более 59 % аварий для автоматизированных систем управления обусловлены некорректными действиями операторов [13]. К.Б. Пуликовский по результатам анализа аварийности и случаев травматизма на опасных производственных объектах установил, что человеческим фактором обусловлены более 70 % аварий [10].

Именно поэтому при подборе персонала на должность оператора встают вопросы, связанные с оценкой профессиональной пригодности и способности к совершенствованию их профессиональных качеств. В связи с тем, что при профессиональном отборе операторов для управления подвижными объектами в эргатических системах имеют место ограничения на время и стоимость предварительных испытаний, становится актуальным использование информационных технологий для этих целей. Наиболее эффективными, по мнению современных исследователей, представляется применение систем поддержки принятия решений [9]. Составной частью базы данных такой системы становится комплекс тестов, необходимых для оценки профессионально важных качеств (ПВК) оператора. Одним из наиболее важных является оценка времени реакции на изменение пространственного положения объекта [6].

Цель исследования – разработка метода оценки способности к обучению операторов человеко-машинных систем, что позволит улучшить подбор кадров на операторские должности.

Материалы и методы исследования

Одним из наиболее важных параметров, характеризующих эффективность операторской деятельности, является способность оператора корректировать свои действия [8], поддерживая на выходе заданные параметры объекта управления. Для оценки этой способности широко используется метод определения времени реакции на движущийся объект (РДО), что позволяет оценить способности к саморегуляции и прогнозированию, уровень взаимоотношения процессов возбуждения и торможения в нервной системе человека [2, 12].

Для оценки времени реакции на движущийся объект испытуемому на экране видеомонитора предъявляют окружность, на которой помещена метка и точечный объект. Точечный объект движется с заданной скоростью по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с меткой испытуемый нажимает кнопку фиксации положения точечного объекта. Движение точечного объекта прекращается, а затем возобновляется через заданное время. Вычисляют ошибку несовпадения зафиксированного положения точечного объекта и метки – время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком. Оценку времени реакции Тр человека на движущийся объект вычисляют как среднеарифметическое значение по формуле [5]:

Eqn80.wmf

где ti – i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n – число остановок точечного объекта в области положения метки.

В процессе тестирования испытуемый, оценивая результат своего текущего действия с учетом предыдущего, вносит коррективы в свои действия, стремясь достичь совмещения положения точечного объекта с меткой. Это соответствует рассматриваемой в теории управления замкнутой системе с обратной связью (ОС). При этом сложно оценить влияние ОС на результат регулирования, так как не представляется возможным оценить характеристики разомкнутой системы.

В то же время рассмотренный способ тестирования РДО, как отмечает А.В. Песошин [7], вследствие указанных выше причин не позволяет определить истинный уровень соотношения процессов возбуждения и торможения в нервной системе человека.

С этой целью А.В. Песошиным и соавт. предложен способ оценки времени реакции человека на движущийся объект, в котором при фиксации испытуемым положения точечного объекта в момент предполагаемого совпадения его положения с меткой величина отклонения положений точеного объекта и метки определяется, но движение точечного объект по окружности не останавливается [4]. В теории управления это соответствует разомкнутой системе без ОС.

Из анализа рассмотренных способов тестирования следует, что при тестировании без ОС испытуемый фиксирует момент предполагаемого совпадения положений точечного объекта и метки, исходя из своих генетически обусловленных характеристик восприятия времени и пространства. При использовании метода с ОС испытуемый оценивает каждый свой текущий результат, корректирует его, тем самым приобретает некоторый навык, то есть обучается.

Для оценки обучаемости предложено выполнить тестирование времени РДО в два этапа. На первом этапе тестирование выполняется без ОС, на втором этапе – с ОС. Оценка способности к обучению вычисляется по формуле [11]

Eqn81.wmf

где Тp1 – оценка времени реакции человека на движущийся объект в тесте без ОС; Тp2 – оценка времени реакции человека на движущийся объект в тесте с ОС.

Схема процесса зрительно-моторного слежения, типичного для теста РДО, учитывающая влияние обучения, представлена на рис. 1.

pic_26.wmf

Рис. 1. Схема процесса зрительно-моторного слежения в тесте РДО. Обозначения величин в тексте

Согласно представленной схеме, функцией оператора является анализ и управление положением объектом управления (ОУ) – движущимся точечным объектом на экране. Параметрами процесса слежения являются:

– К1 – передаточная функция, определяемая врожденными генетически обусловленными характеристиками оператора;

– К2 – передаточная функция, определяемая на основе приобретаемого в процессе управления опыта оператора;

– x(t) – задающее воздействие (действие оператора), фиксирующее положение метки на экране компьютера;

– y(t) – результат попытки теста, т.е. величина несовпадение положений точечного объекта и метки;

– e(t) – корректирующее воздействие, формируемое в процессе работы оператором;

– g1(t) – воздействие внешней среды.

Результаты исследования и их обсуждение

Для реализации способа оценки способности к обучению разработана компьютерная программа тестирования на базе открытой графической библиотеки OpenGL. В качестве аппаратной платформы был использован системный блок Mac mini на базе двухъядерного процессора с частотой 2,5 ГГц с установленной на нем операционной системой Mac OS X. Для отображения информации в процессе тестирования использовался сенсорный монитор DELL ST2220T. В качестве пульта испытуемого было применено USB-совместимое устройство ввода.

В обследовании приняли участие 74 необученных практически здоровых испытуемых в возрасте от 19 до 22 лет с нормальным или скорректированным зрением. На каждом этапе испытуемые выполнили в соответствии с рекомендациями [3] серии по 13 измерений, 3 начальных результата из анализа и обработки исключались. Измерения проводились в светлое время суток в первой половине дня с 9 до 12 часов.

Статистическая обработка результатов измерений выполнялась с использованием электронных таблиц Microsoft Excel.

Для оценки групповых результатов оценок способности к обучению в соответствии с ГОСТ Р ИСО 16269–7–2004 [1] вычислена точечная оценка медианы распределения результатов вычислений М, равная 1,39, и доверительный интервал для медианы при уровне доверия 95 % [1,14; 1,95].

Результаты обработки измерения способности к обучению в группе испытуемых представлены на диаграммах.

а

pic_27.wmf

б

pic_28.wmf

Рис. 2. Диаграммы распределения результатов измерений: а – вариационный ряд результатов теста РДО без ОС, мс; б – значение способности к обучению принятия решения; N – номер испытуемого в вариационном ряде

а

pic_30.wmf

б

pic_29.wmf

Рис. 3. Диаграммы распределения результатов измерений: а – вариационный ряд результатов теста РДО c ОС, мс; б – значение способности к обучению принятия решения; N – номер испытуемого в вариационном ряде

Для оценки корреляции значений теста РДО без ОС со способностью к обучению рассчитан коэффициент корреляции Пирсона, который оказался равным –0,44, что свидетельствует о слабой корреляции результатов.

Для оценки корреляции значений теста РДО с использованием ОС был рассчитан коэффициент корреляции Пирсона, который оказался равным –0,02, что практически свидетельствует об отсутствии корреляции результатов.

Таким образом, на основании показателя корреляции способности к обучению от теста без ОС, показано, что есть основание предположить, что существует зависимость способности к обучению от соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе.

Заключение

Разработан метод оценки способности операторов к обучению, позволяющий производить проверку профессиональной пригодности. Данные эксперименты и полученные зависимости позволяют при тестировании оценить целесообразность обучения.

Таким образом, показано, что соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе оказывают существенное влияние на способность оператора корректировать свои действия в процессе обучения. Испытуемые с преобладающими процессами торможения обладают наименьшей способностью к обучению, чем люди с уравновешенным или высоким показателем нервного возбуждения. Наилучшие результаты показали испытуемые, обладающие уравновешенными процессами возбуждения и торможения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и образования Российской Федерации в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (государственный контракт № 16.552.11.7089 от 12 июля 2012 г.) с использованием оборудования ЦКП «ЭБЭЭ» ФГБОУ ВПО ПГТУ.

Рецензенты:

Роженцов В.В., д.т.н., профессор кафедры проектирования и производства электронно-вычислительных средств, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;

Рябов И.В., д.т.н., профессор кафедры проектирования и производства электронно-вычислительных средств, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.

Работа поступила в редакцию 14.10.2013.