4 Бтс эргатического типа
4.1 Структурная схема бтс эргатического типа
В подобных системах биологическое звено представлено человеком-оператором, выполняющим различные функции в замкнутом контуре управления технической системой. В биотехнической системе эргатического типа (БТС-Э) особенно ярко проявляются принципы синтеза БТС: принцип адекватности и принцип идентификации информационной среды [1].
Поскольку свойства биологических элементов системы, как правило, не инвариантны к воздействию внешних и внутренних факторов, оптимальная БТС-Э должна обладать свойством двойной адаптации: 1) на системном уровне интегральной адаптацией к изменению внешней среды и ситуаций (внешней адаптацией); 2) внутренней адаптацией на элементном и подсистемном уровнях, когда технические элементы системы или целые подсистемы изменяют свои характеристики (а иногда и структуру) в зависимости от изменения состояния биологических элементов системы.
В основу синтеза адаптивной БТС-Э положен бионический подход, рассматривающий в качестве ее функциональной модели нервную систему высших позвоночных, в частности центральную нервную систему человека [1]. Блок-схема такой системы приведена на рисунке 4.1. Основным контуром управления (1) является цепь, состоящая из оператора (О), органов управления (ОУ), объекта управления (ОбУ) и информационного поля (ИП), с которого к оператору через соответствующие устройства пульта управления (ПУ) поступает информация о состоянии среды (С), объекта управления и собственной управляющей системы (СУС). Этот контур и обеспечивает способность БТС-Э к внешней адаптации при возможных изменениях задачи и условий ее выполнения. Внутренней адаптивностью БТС-Э обладает благодаря наличию контура управления адаптацией технических элементов к состоянию оператора (О), на который также возложена задача фильтрации и преобразования входной «технической» информации для ее оптимального согласования с сенсорными системами оператора.
Этот контур составлен из следующих элементов: логический фильтр-преобразователь (ЛФП1) информационных процессов, информационное поле (ИП) (или устройства сопряжения с сенсорными входами оператора), оператор, система оценки деятельности оператора (СОДО) и его психофизиологического состояния, метасистема (МС), которая включает блоки автоматического анализатора состояний (ААС) и классификатор ситуации (КС). При необходимости нормализации состояния оператора (путем вещественного, энергетического или информационного управления) реализуется специальная программа, заложенная в контур управления нормализацией состояния оператора (ИСО).
Рассмотрим назначение и особенности функционирования контура управления ЛФП1, ЛФП2 и МС адаптивной биотехнической системы. Информационный логический фильтр-преобразователь ЛФП1 может функционировать в трех режимах:
во-первых, в режиме реализации жестких программ как преобразователь информации, поступающей с технических измерительно-информационных элементов (локаторов, дальномеров, пеленгаторов, видеоконтрольных систем и т.п.) в форму, наиболее удачно воспринимаемую рецепторами оператора. В этом случае ЛФП1, помимо преобразования информации, осуществляет и ее оптимальную фильтрацию. Таким образом, ЛФП1 предназначен для функций, которые в живом организме выполняют периферические рецепторы и нейронные сети для защиты головного мозга от потоков избыточной информации;
во-вторых, ЛФП1 может работать, и режиме нескольких жестких программ, выбор и переключение которых осуществляет метасистема в результате автоматического анализа ситуаций с помощью контура управления программами ЛФП1;
в-третьих, он может действовать в режиме адаптации к изменениям состояния организма оператора и характера его деятельности в зависимости от внешних ситуаций и задачи, решаемой системой.
Рис. 4.1. Блок-схема адаптивной БТС-Э
Помимо преобразования характеристик входных сигналов на ЛФП1 возлагаются функции распределения информации по различным сенсорным «входам», назначения приоритетного канала, а также компенсации запаздывания в системе управления и при необходимости – функции интегрирования сигналов с целью повышения помехоустойчивости системы при случайных или организованных внешних мешающих воздействиях.
Управляющий логический фильтр-преобразователь ЛФП2 в отличие от ЛФП1 предназначен для адаптивного изменения передаточных характеристик системы в зависимости от ситуации и психофизиологического состояния организма оператора. Эти фильтры могут иметь разную структуру в зависимости от особенностей конкретной БТС-Э. Адекватность функционирования ЛФП2 обеспечивается его постоянной адаптацией к психофизиологическому состоянию организма оператора, оцениваемого автоматически подсистемой контроля метасистемы, управляющей режимами работы ЛФП2.
Метасистема производит классификацию ситуаций и осуществляет автоматический контроль за деятельностью оператора в процессе принятия им решения. В случаях, угрожающих принятием неправильного решения, метасистема через ЛФП2 активизирует соответствующую индикаторную часть, пульта управления (например, увеличивается яркость свечения индикатора) и запрещает реализацию ошибочного решения в управляемом контуре. В случае потери оператором трудоспособности (прогнозируется по соответствующей программе) метасистема может осуществить мероприятия по нормализации состояния оператора, а также автоматически перевести функции управления на дублера или поручить их автоматически действующему устройству (например, автопилот).
Таким образом, понятие адаптивности относится к принципиально новому свойству системы: адаптация режимов функционирования и параметров технических элементов к динамике изменении состояния организма оператора. Это касается согласования информационных потоков с возможностями анализаторов оператора, и также способностью мозга выполнять процедуры комплексной обработки информации с целью принятия решений и реализации их в виде непрерывных управляющих воздействий или подачи дискретных команд.