Лекция 11п. Эффективность и надежность счм с учетом человеческого фактора.

Надежность оператора и СЧМ: показатели надежности оператора. Человеческий фактор – комплекс дисциплин, направленных на получение знаний о человеческих возможностях и использование этих знаний при проектировании, создании и внедрении систем и услуг. Значительная часть исследователей и практиков воспринимают человеческий фактор как синонимы, укоренившиеся в разных странах – эргономика в Европе, человеческий фактор – в Северной Америке. Однако о нюансах и их использовании спорят до сих пор: эргономику больше рассматривают больше как проектировочную дисциплину, в то время как человеческий фактор – как более широкую и универсальную область (многие специалисты в области человеческого фактора не желают относить себя к эргономистам). В нашей стране понятие «человеческий фактор» употребляют только тогда, когда хотят сказать, что неприятности произошли по вине человека.

Обеспечение высокой надежности работы оператора является одной из важнейших задач эргономики. Показатели надежности СЧМ должны (по возможности) включать в себя в явном виде показатели надежности ее отдельных звеньев – человека и машины.

Под надежностью оператора понимается его свойство качественно выполнять трудовую деятельность в течение определенного времени при заданных условиях. В основе оценки надежности оператора лежит понятие ошибки, под которой понимается любое нарушение предписанного оператору алгоритма деятельности. совершаемые оператором ошибки различаются по своим последствиям. Они могут быть разными для человека, техники и системы в целом.

Последствия ошибок операторов:

	Аварийные	Неаварийные
Для техники	Поломки и повреждения	Перерасход технических ресурсов
Для человека	Травмы и увечья	Увеличение напряженности
Для системы	Срыв выполнения задачи	Задержка в выполнении задачи

Надежность оператора характеризуется показателями:

- безошибочности – вероятность безошибочной работы. Для типовых часто повторяющихся операций в качестве показателя может использоваться также интенсивность ошибок. Эти показатели, как правило, вычисляются в расчете на одну выполненную операцию. По статистическим данным они могут быть вычислены следующим образом:

или

где Pj – вероятность безошибочного выполнения операций j-го вида;

λj – интенсивность ошибок;

Nj – число выполненный операций;

nj – число совершенных ошибок;

Tj – среднее время выполнения операции.

- готовности – вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент. Определяется выражением , где То – время отсутствия оператора на рабочем месте, Т – время работы оператора.

- восстанавливаемости – самоконтроль оператором своих действий и исправления допущенных ошибок: , где

Рк – вероятность выдачи сигнала схемой контроля;

Робн – вероятность обнаружения оператором сигнала контроля;

Ри – вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении алгоритма.

- своевременности – вводится потому, что правильные, но несвоевременные действия не приводят к достижению целей (дают тот же результат, что и совершенная ошибка). Потому на выполнение определенных задач в СЧМ отводится определенный лимит времени tл, превышение которого рассматривается как ошибка. Основной показатель – вероятность выполнения задачи в течение времени:

(интеграл по функции распределения времени решения задачи оператором).

Среднее значение времени исправления ошибки:

, где

τk – среднее значение времени исправления ошибки с к-й попытки;

Pk – вероятность исправления ошибки с к-й попытки при условии, что в к-1-й попытке имела место ошибка.

Надежность деятельности оператора не остается величиной постоянной, а меняется с течением времени. Это изменение обусловлено как изменений условий деятельности, так и колебаниями состояний оператора. Поэтому при определении надежность оператора в каждом конкретном случае приходится выбирать те или иные факторы, наиболее характерные для данного вида деятельности. С каждым из этих факторов связывается определенное состояние СЧМ, а для каждого состояния определяется конкретное значение изучаемого показателя надежности оператора. При такой постановке показатель надежности оператора представляет собой дискретную случайную величину, неявным образом зависящую от времени через выбранные условия деятельности (факторы надежности).

Система может принимать состояния, в каждом из которых надежность принимает соответствующие значения. При каждом наборе факторов свое состояние и своя надежность. При смене набора дискретно изменяется надежность. С учетом вышесказанного среднее значения вероятности безошибочной работы оператора равно , где

Pi – вероятность наступления i-го состояния СЧМ;

Pоп – условная вероятность безошибочной работы оператора в этом состоянии;

m – число рассматриваемых состояний СЧМ.

Вероятности в ряде случаев могут быть определены методами теории массового обслуживания.

Для определения показателей надежность необходимо знать характеристики безошибочности и времени выполнения отдельных действий, входящих в структуру деятельности оператора. Их значения приведены в специальной справочной литературе. При использовании данных следует иметь в виду, что они могут быть получены для различных условий работы оператора – с установкой на точность или на скорость работы. В качестве примера приведен ряд характеристик безошибочности Pj и скорости выполнения отдельных действий при работе с установкой на скорость. При необходимости получения характеристик с установкой на точность необходимо воспользоваться формулами пересчета.

Действие		Время, с	Отклонение	Вероятность
Считывания показаний стрелочных приборов	Одношкальные	1,50	0,60	0,993
	Двушкальные	2,50	0,80	0,987
Восприятие показаний приборов, высвечиваемых на экране трубки		1,2-2,4	0,60	0,950
Выполнение управляющих действий	Тумблером, кнопкой	0,20	0,10	0,999
	Поворотным выключателем	0,70	0,10	0,998

На основании всего сказанного может быть рекомендован следующий порядок расчета характеристик надежности оператора: при работе в нормальных условиях в качестве исходных данных используются характеристики безошибочности и скорости выполнения отдельных действий, полученные при работе с установкой на точность. Если же все или ряд действий должны выполняться с учетом дефицита времени, для них берутся характеристики надежности, полученные при работе с установкой на скорости. При необходимости используются формулы перерасчета.

Методы определения надежности СЧМ. цели:

- при проектировании – для прогноза ожидаемого уровня надежности СЧМ (проектная оценка надежности);

- при внедрении и эксплуатации СЧМ – для определения фактически достигнутого уровня надежности (фактическая оценка надежности).

Может производиться различными методами:

- аналитическими (расчетными);

- экспериментальными;

- имитационными.

Один из первых в нашей стране подходов к оценке надежности СЧМ был разработан Ломовым. Наибольшее внимание при этом подходе уделяется анализу структуры деятельности оператора и динамике его работоспособности. Проблема надежности разрабатывалась также Небылицыным в плане анализа индивидуально-топологических особенностей человека, обусловленных свойствами нервной системы. При таком подходе оценка надежности СЧМ носит в основном качественный характер.

В ходе дальнейшего развития эргономики и общей теории надежности был разработан целый ряд количественных методов оценки надежности СЧМ. Основные:

- обобщенный структурный – разработан Губиныским и Ефграфовым. Деятельность разлается на ряд иерархических уровней, каждый из которых представляется в виде определенной структуры. Высшим является оперативный уровень, представляемый в виде структуры взаимодействия решаемых задач. Далее следуют уровни отдельной задачи, блока операций, оперативных единиц деятельности. вычисление надежности производится последовательно, начиная с нижнего уровня, для которого известны справочные данные по надежности деятельности человека. Затем производится «свертывание» полученных структур к обобщенным структурам более высоких уровней с эквивалентными временными и надежностными характеристиками;

- системный – предложен Фокиным. Основан наиспользовании восьми направлений анализа и оценки надежности СЧМ:

- аппаратурной безотказности применяемых средств;

- полной аппаратной безотказности;

- восстанавливающего оператора;

- обслуживающего оператора;

- управляющего оператора;

- дежурного оператора;

- биологически надежного оператора.

Для каждого направления разработаны формулы для определении надежности СЧМ;

- операционно-психологический – Зараковский. Расчленение деятельности на отдельные действия, для которых известны исходные значения времени и точности их выполнения, а также значения психофизиологической напряженности. На основании этого осуществляется синтез структуры деятельности и получение интегральных характеристик надежности СЧМ. существенной особенностью метода является учет таких психофизиологических факторов, как влияние специфической напряженности (темпа поступления сигналов, их значимость и т.п.) и взаимовлияние совмещенных (параллельных и последовательных) действий;

- системотехнический – Меньшин. Вводят четыре типа условных СЧМ:

- с некомпенсируемыми ошибками операторов и отказами техники;

- с компенсацией ошибок операторов;

- с компенсаций последствий отказов технических средств;

- с компенсаций ошибок операторов и последствий отказов техники.

Для каждого типа приведен условия, приводящие к отказу системы. На основании этого получены формулы для определения надежности.

Оценка эффективности СЧМ с учетом человеческого фактора заключается в ее испытаниях и оценке (И и О) с точки зрения человеческих факторов ЧФ. Требования по ЧФ в И и О должны быть зафиксированы в специальных стандартах или инструкциях. Цели ЧФ, И и О:

- выполнение этих требований;

- демонстрация согласованности систем, оборудования и другой аппаратуры с критериями проектирования СЧМ;

- проверка согласованности с требованиями к эффективности работы в случаях, когда показатель эффективности системы – эффективность человека-оператора;

- необходимые количественные измерения рабочих характеристик машины, зависящих от взаимодействия человека и машины;

- поиск нежелательных конструктивных отклонений и нежелательных процедур.

Эргономические тесты включают моделирование или реальное проведение рабочих операций при следующих условиях:

- использование макета для тестирования деятельности оператора;

- проверка прототипов системы в условиях, приближенных к реальным;

- проверка действующих систем в реальных условиях (заводские и государственные испытания);

- измерение деятельности оператора на тренажерах оборудованиях и системы.

В дальнейшем будет часто использоваться термин «система», поскольку система – второй (после человека-оператора) по значимости объект при тестировании деятельности. Система – совокупность людей, работающих на том или ином оборудовании и поддерживающих его в рабочем состоянии.

Условия испытаний. Главные задачи оценки эффективности СЧМ:

- проверить, может ли персонал решать стоящие перед ним задачи без существенных ошибок или перегрузок;

- проверить, не являются ли процедуры управления и другие характеристики оборудования и системы непреодолимыми препятствиями для эффективности работы персонала и удовлетворяют ли эти характеристики критериями инженерной психологии;

- определить, какое влияние на работы персонала оказывают некоторые резко различающиеся переменные (день-ночь);

- определить с поведенческой точки зрения адекватность той или иной модификации в работе, аппаратуре, всей системе или ее назначении, а также адекватность того или иного конструктивного решения задачи;

- посредством оценки работы персонала в условиях эксплуатации системы определить, является ли работа адекватной, и если нет, то выяснить, какие факторы вызывают снижение эффективности работы.

Термин «оценка эффективности системы» означает, что эргономист измеряет характеристики деятельности персонала. При проверке эффективности работы системы существенное значение приобретают стандартные процедуры. Один из аспектов тестирования деятельности оператора заключается в том, что испытатель старается проводить измерения в условиях, максимально приближенных к реальным.

Цели тестирования. Обычно требования к оценке системы относятся ко всей конструкции в целом, то есть к ее управляемости, обслуживаемости, надежности. Конкретная цель оценки деятельности персонала может быть сформулирована как установление эффективности его работы с точки зрения ЧФ.

Например, если температура и влажность в боевом отделении танка таковы, что могут снизить эффективность работы экипажа, то эргономист должен проверить это и подтвердить или опровергнуть свою гипотезу. Поэтому он должен расположить аппаратуру для измерения эффективности работы экипажа с учетом влияния тепла и влажности. Конкретную цель испытаний в данном случае можно сформулировать таким образом: определить способность экипажа танка управлять его системами в ситуации с закрытыми люками и при высоких уровнях влажности и температуры.

Для этого необходимо:

- поместить внутри танка термометр и гигрометр для определения температуры и влажности;

- потребовать от членов экипажа танка, чтобы они выполняли свои функции и измеряли свои рабочие характеристики при одновременной записи температуры и влажности;

- сопоставить записанные значения со стандартами на температуру и влажность, которые предусмотрены специальными инструкциями;

- определить, меняются ли рабочие характеристики при изменениях температуры и влажности;

- собрать субъективные оценки людей относительно того, насколько дискомфортными являются условия внутри танка.

Стандарты, критерии и показатели. Стандарты требуют, чтобы тесты по эргономике (ЧФ) были основаны на критериях, которые описывают задачи адекватно. Однако критерий – понятие достаточно абстрактное. Смысл состоит в том, что должны разрабатываться такие показатели и стандарты для определения характеристик задачи, чтобы фактические значения характеристики можно было сравнивать со стандартными.

Показатель – простое описание поведения персонала или результата работы системы.

Стандарты связаны с большинством целей тестирования. Если нет стандарта деятельности, то нельзя установить, выполняется ли работа персоналом с достаточной эффективностью. Если нет стандарта, то любое изменение деятельности будет необъяснимым.

Главная цель оценки эффективности системы применительно к персоналу состоит в том, чтобы удостовериться в его способности выполнять работу в рамках стандартов, связанных с данной системой и ее назначением.

Прежде чем разрабатывать стандарты, необходимо иметь критерии, которые являются свойствами или характеристиками системы. Различие между этими двумя понятиями – в степени их конкретности; например, главные критерий для оператора при обнаружении самолета – дальность обнаружения; стандарт может равняться 5,6 км. Ясно, что дальность обнаружения как более общий критерий предшествует стандарту, которые конкретизирует и более точно определяет критерий количественно. Имеются три разных вида критериев деятельности, которые описывают:

- функционирование системы;

- то, как выполняется задание;

- то, как реагирует персонал.

При отсутствии критериев в системе не слишком большого размера количество измеримых выходных характеристик может поставить эргономиста в тупик, поскольку нет оснований для отбора. Одиночный критерий (эффективность устранения неисправностей) может иметь ряд показателей, один из которых связан с экономией времени, которое требуется для ремонта вышедшей из строя аппаратуры. Однако возможны и другие показатели. Наиболее привычные объективные показатели – время и ошибки – сравнительно просто измерить, но труднее придать им определенный смысл. Ошибки могут служить показателями качества деятельности оператора, но только в том случае, если они оказывают заметное влияние на работу системы.

Характеристики испытуемого измеряются в зависимости от характера тестирования. На этапе проверки макета, которая проводится в самом начале и середине процесса разработки, испытуемыми скорее всего являются инженеры – коллеги эргономиста. На первом этапе эргономиста меньше беспокоит несоответствие между испытуемым и будущим пользователем системы, поскольку он в основном интересуется вопросами, связанными с такими фундаментальными параметрами, как, например, антропометрическое соответствие аппраратуры.

Если требуется провести достоверные предварительные и государственные испытания, то следует проводить их с привлечением штата операторов, представляющего тот персонал, которые будет работать с данной системой и ремонтировать ее. При испытаниях должны учитываться следующие характеристики пользователей системы и испытуемых:

- физические;

- развитие;

- обученность;

- опыт.

Основная цель оценки эффективности системы – максимально точно смоделировать работающую систему и ее рабочую среду.

Существуют следующие методы оценки деятельности:

- наблюдение – неотъемлемая часть всех оценочных методов (кроме автоматизированных измерений). Объектом наблюдения может быть оператор или все то, что он делает к конкретный период времени, или все происходящее на конкретном этапе деятельности. наблюдение может быть полезным почти во всех случаях тестирования. Его можно использовать для ответа на вопросы: что случилось? Как часто происходит событие? Итд;

- самоотчет – описание оператором, который является испытуемым, реальных или ожидаемых событий в своей деятельности. предназначен для сбора информации, которую нельзя получить путем прямого наблюдения и которая особенно ценна в сочетании со скрытыми функциями, которые невозможно наблюдать никому, кроме самого тестируемого субъекта. Метод самоотчета не следует применять, если есть возможность получить требуемую информацию с помощью интервьюирования или наблюдения;

- объективные измерения – источник наиболее достоверной информации. В процессе испытаний они сводятся главным образом к измерению времени и количества ошибок;

- оценки (нормирование) позволяют пустановить количественную градацию субъективных ответов, которую невозможно осуществить посредством интервьюирования или опроса;

- интервьирование/опрос – ни одно тестирование не обходится без опроса его участников. Проводится для выяснения следующих вопросов:

- рассматривали ли испытуемые условия теста так, как предполагалось эргономистом;

- какие аспекты теста вызвали у испытуемых удивление, показались неуместными;

- соответствовала ли их подготовка поставленным перед ними задачам;

- совершали ли они ошибки и почему это делали;

- что в конструкции и эксплуатации системы, по их мнению, плохо приспособлено для человека или создавало для них особенные трудности.

Преимущества анкетирования перед опросом состоит в охвате больших групп тестируемых, тогда как проводить опрос большой группы испытуемых затруднительно.

- автоматизированная оценка деятельности. немногие современные системы располагают автоматизированной системой регистрации ответов оператора, хотя растущая компьютеризация их позволяет рассчитывать на решение этой проблемы. Все больше учебных тренажеров программируются таким образом, чтобы ответы учащихся регистрировались автоматически. В этом состоит сущность машинного обучения. Тренажер остается единственной возможностью применения автоматизированной оценки деятельности.

- контрольные листы применяются главным образом для оценки на стадии изготовления чертежей, реже – на стадии статического макетирования, совсем редко – на стадии предварительных и приемочных испытаний.

Насколько действенно тестирование эффективности. Другой стороной оценки адекватности тестирования является то, что оно имеет отношение только к деятельности оператора. Весьма редко делаются попытки оценить эффективность технического обслуживания, главным образом потому, что деятельность по отысканию и устранению повреждений сильно зависит о природы отказа оборудования. Стандарты на отыскание и устранение неполадок выражаются через среднее время ремонта оборудования. Однако в действительности никто не рассчитывает на то, что технический персонал обеспечит выполнение эти требований.

Кроме того, трудно определить влияние деятельности операторов на функционирование системы на разных уровнях, а это значит, что эргономист не может сделать количественной оценки вклада персонала в результат работы системы. Это затрудняет эргономисту оценку деятельности персонала, что имеет последствия:

- невозможно заставить конструкторов и разработчиков уделять человеческим факторам при создании системы то внимание, которое они заслуживают;

- эргономисту трудно отыскивать средства улучшения деятельности персонала, так как он не знает, насколько эта деятельности несовершенна.

Существуют трудности в определении связи между деятельностью персонала и результатом работы системы, так как она зависит от множества факторов, оказывающих воздействие на деятельность оператора. В любой реальной системе, даже если ею управляет один оператор, существует множество таких факторов. Еще одно ограничение – отсутствие стандартов деятельности персонала. Без них трудно делать какие-либо выводы.