2.2.Функционально-структурная теория эрготехнических систем

Общей целью расчетов эффективности, качества и на­дежности эргатических систем (систем «человек —техника») является оценка уровня эффективности, качества и надежно­сти системы на основе вычисления количественных значений показателей, установленных или выбранных для данного типа системы.

Вычисленные значения показателей эффективности, качества и надежности эргатической системы могут исполь­зоваться:

• для проверки соответствия уровня эффективности, ка­чества и надежности проектируемой системы установленным нормам;

• для оценки влияния эргатических звеньев на эффек­тивность, качество и надежность системы в целом;

• для оценки целесообразности введения организационно- технических мероприятий по повышению эффективности, качества, надежности эргатических звеньев или системы в це­лом;

• для обоснованного выбора организационно-технической структуры эргатической системы и других задач эргономиче­ского проектирования;

• как одна из составляющих при вычислении показателей эффективности, качества и надежности системы, в которую входит рассматриваемая эргатическая система.

Разработанные в функционально-структурной теории профессора Губинского А.И. [5] методики оценки показателей эффективности, качества и надежности являются универсальными для широкого класса эргатических систем, допускающих описание их функционирования в виде дискретных конечных алгоритмов, соответствующих схемам алгоритмов первого и второго рода. При этом единым алгоритмом описывается функционирование эр­гатической системы в целом, т. е. деятельность специалиста или группы специалистов и операции, выполняемые техниче­скими средствами (ЭВМ и др.).

Математическими моделями этого класса систем являются стохастические сети с петлями и циклами (поглощающие по­лумарковские цепи с произвольными законами распределе­ния времени между переходами).

Представление алгоритмов осуществляется в виде сово­купности специально введенных типовых функциональных единиц (ТФЕ), составляющих основу алгоритмического язы­ка типовых структур (АЯТС). Перечень основних ТФЕ приведены в приложении В. Вычисление показателей эф­фективности, качества и надежности производится с помощью формул, приведенных для наиболее часто встречающихся комбинаций.

Номенклатура определяемых показателей эффектив­ности, качества и надежности задается в техническом задании на систему, в руководящих документах или выбирается по усмотрению разработчика (исследователя, эксплуатацион­ника) эргатической системы.

Показатели качества функционирования (время выполне­ния функции и др.) и показатели функциональной надежности (вероятность безошибочного выполнения функции, вероят­ность своевременного выполнения функции) вычисляются для каждой функции (цели, задачи, операции) эргатической сис­темы. Показатели эффективности (доход от выполнения функции и др.) -как для отдельной функции, так и для эр­гатической системы в целом.

При оценке показателей эффективности, качества и надежности эргатических систем в соответствии с методиками настоящих «Рекомендаций» приходится иметь дело с тремя группами показателей:

Группа результирующих показателей, которые явля­ются результатом расчета и служат оценочными для эргати­ческой системы в целом или отдельной функции:

- вероятность безошибочного выполнения функции;

- вероятность своевременного выполнения функции;

- вероятность правильного безошибочного и своевре­менного выполнения функции;

Т — время выполнения функции;

U — доход, полученный от выполнения функции;

Если при расчете результирующих показателей использу­ются случайные величины (случайное число операций, циклов, изменяющие­ся значения исходных характеристик и т. п.) п. как следствие перечислен­ные результирующие показатели становятся сами случайными величинами, необходимо вычислять их математические ожидания и дисперсии.

Группа исходных показателей, которые относятся к конкретной 1-й операции, входящей в состав функции, и на основе которых производится вычисление результирующих показателей, определяются экспериментально.

-вероятность безошибочного (или ошибочного) выпол­нения i-й операции;

- время выполнения i-й операции;

- доход (расход), получаемый от выполнения i-й опе­рации.

Если исходные показатели являются случайными вели­чинами (от воздействия внешних факторов на человека или по другим причинам), то в расчет необходимо вводить их математические ожидания и дисперсии.

Группа промежуточных показателей, появляющаяся в процессе выполнения расчетов показателей для типовых групп операций (типовых функциональных структур) по редукции [3,4,6]:

- эквивалентная вероятность безошибочного (или оши­бочного) выполнения, соответствующая типовой функциональной структуре(ТФС);

- эквивалентное время выполнения типовой функцио­нальной структуры;

- эквивалентный доход, соответствующий типовой функциональной структуре.

Для ТФС, имеющих циклы (повторы одной или нескольких операций, входящих в типовую функцио­нальную структуру), при расчетах приходится вводить ряд их модифика­ций:

а) Накопленные вероятности — для случая, когда число циклов фикси­ровано [равно l независимо от результатов каждого цикла: (l), (l), (l)];

б) финальные вероятности (случаи «а» при l= ( ), ( ), ( )

в) осредненные за от циклов вероятности — для случая, когда предель­ное число циклов ограничено (равно от m), а окончание повторении проис­ходит при первом же исходе, признанном удачным: M[ (m)] и D [ (m)],M [ (m)], и D [ (m)], M[ (m)] и D[ (m)]. ТФС приведены в приложении Г.

На ранних стадиях проектирования эргатических сис­тем информация о некоторых характеристиках алгоритмов функционирования может быть недостаточно точна. В связи с этим некоторые характеристики принимаются вначале при­ближенными (ориентировочными), что снижает точность ре­зультатов расчета. Отсюда допустимы и определенные упро­щения в самой методике расчета (ориентировочная методика расчета показателей эффективности, качества и надежности). На следующих стадиях после уточнения необходимых харак­теристик, чтобы не потерять точность и сами математические модели, используемые для расчета показателей, должны быть более адекватными реальному процессу функционирования (уточненная методика расчета показателей эффективности, качества и надежности).

Методика ориентировочного расчета показателей эффективности, качества и надежности эргатических систем.

1.1. Составить алгоритм функционирования . При отсутствии в проектной документации алгоритма функционирования составить его в описательной форме на ос­нове эксплуатационной документации.

1.2. На основе алгоритма функционирования в описатель­ной форме представить его в виде формализованной струк­туры из ТФЕ.

В случае исследования полиэргатической системы необхо­димо составить совокупность алгоритмов деятельности всех специалистов группы. Данная совокупность алгоритмов представляется в виде разверну­той графической схемы взаимодействия специалистов, образующей логико-временную сеть последовательности действий различных специалистов, по­очередно или параллельно выполняющих свою часть функций. На основе развернутой графической схемы взаимодействия специалистов необходимо составить графическую схему взаимодействия «по вертикали», объединяя действия одного специалиста от начала взаимодействия с другим специа­листом до конца взаимодействия «по горизонтали», в виде одного общего алгоритма.

В результате анализа графической схемы взаимодействия «по вертика­ли» представить алгоритм в виде формализованной структуры из ТФЕ.

1.3. Выбрать исходные характеристики времени, безоши­бочности и стоимости выполнения каждой ТФЕ:

1.3.1. Номенклатура требуемых исходных данных для каждого типа ТФЕ выбирается в соответствии с регламентом.

1.3.2. Количественные значения исходных характеристик безошибочности и времени на выполнение ТФЕ специалиста выбираются:

• при наличии экспериментальных данных-по резуль­татам эксперимента;

• при наличии системы - путем проведения инженерно- психологических испытаний;

• при отсутствии экспериментальных данны - из справочника времени выполнения и дохода для выявленных ТФС. и литературы [6];

• при отсутствии экспериментальных данных и использо­вании в системе новых конструкторских решений - методом экспертных оценок.

1.3.3. Количественные значения исходных стоимостных характеристик выполнения ТФЕ определяются на основе ана­лиза данных об экономической эффективности системы и сто­имости ее элементов, а также методом экспертных оценок.

1.4.Рассчитать показатели безошибочности, времени и до­хода от выполнения алгоритма функционирования системы следующим образом:

1.4.1.Путем анализа формализованной структуры алго­ритма выявить комбинации ТФЕ, ТФС.

1.4.2.Выбрать из справочника необходимые расчетные зависимости для вычисления характеристик безошибочности , вре­мени Т и дохода Us, при выполнении выявленных ТФС.

1.4.3.Рассчитать значения показателей безошибочности , времени выполнения Т , и дохода Us для выявленных ТФС.

1.4.4.Привести формализованную структуру к упрощен­ной эквивалентной, заменив выявленные ТФС на эквивалент­ные ТФЕ, присвоив количественные характеристики, получен­ные для ТФС, эквивалентной ТФЕ.

1.4.5.Упрощать формализованную структуру до тех пор, пока вся формализованная структура не будет приведена к единственной ТФЕ. Полученные для нее эквивалентные по­казатели являются показателями безошибочности выполне­ния алгоритма (A ), времени выполнения Т(A ) и дохода от выполнения алгоритма U(A ).

1.5.Рассчитать показатель своевременности выполнения алгоритма функционирования следующим образом:

1.5.1.Рассчитать параметры закона распределения време­ни выполнения алгоритма функционирования по формулам:

; . (2.1)

1.5.2.Выбрать из исходных данных по решаемой задаче значения предельно допустимого времени выполнения алго­ритма функционирования

1.5.3.Рассчитать показатель своевременности выполнения алгоритма по формуле:

(2.2)

Значения вероятности (х) в зависимости от если более 10, то расчет показателя своевременности производится по таблицам нормального за­кона распределения.

1.6.Вычислить вероятность безошибочного и своевремен­ного выполнения алгоритма по формуле:

(2.3)

1.7.Выбор оптимального варианта алгоритма функциони­рование эргатической системы производится в зависимости от постановки задачи оптимизации.

Методика уточненного расчета показателей эффективности, качества и надежности эргатических систем.

2.1. Выполнить пп. 1.1 и 1.2 методики ориентировочного расчета.

2.2.Выполнить п. 1.3 со следующим изменением: назначая характеристики выполнения ТФЕ, при необходимости ввести математические ожидания и дисперсии этих характеристик.

2.3. Рассчитать. показатели безошибочности, времени и дохода от выполнения алгоритма функционирования в соот­ветствии сп. 1.4 со следующим изменением: при выборке формул для вероятностных, временных и стоимостных харак­теристик ТФС (п. 1.4.2) необходимо пользоваться расчетны­ми зависимостями, приведенными в справочнике.

2.4. Проверить, имеется ли дефицит времени па выполне­ние алгоритма.

Если по результатам ориентировочного расчета[6], выполнен­ного в соответствии с пп. 2.1—2.3, получено, что то необходимо производить уточненный расчет для условий дефицита времени, в противном случае (при ) можно ограничиться ориен­тировочным расчетом.

2.4.1. Порядок расчета при первой степени срочности вы­полнения алгоритма:

а) Составить редуцированную формализованную структу­ру алгоритма путем исключения вспомогательных ТФЕ (дей­ствий по контролю безошибочности и контролю за работоспо­собностью техники) из структуры, составленной в соответст­вии с п. 1.2.

б) Произвести выбор исходных характеристик выполне­ния каждой ТФЕ в соответствии с п. 1.3 и рассчитать пока­затели эффективности, качества и надежности на основе редуцированной структуры алгоритма в последовательности, указанной в пп. 1.4-1.5. Показатели в этом случае обозначаются следующим образом:

(2.4)

в) Проверить условия достаточности времени на выпол­нение редуцированных структур: при условии времени для выполнения редуцированного алгоритма достаточно и результирующими принимаются ха­рактеристики, полученные в данном пункте, а при условии проводят уточненный расчет при второй степени срочности выполнения алгоритма.

2.4.2.Порядок расчета при второй степени срочности.

а) Берутся те же формализованные структуры, что в п. 2.4.1а.

б) Количественные значения безошибочности и времени выполнения ТФЕ пересчитывают для условий деятельности специалиста с «установкой на скорость» по формулам:

(2.5)

(2.6)

. (2.7)

в) Расчет показателей эффективности, качества и надеж­ности производят на основе редуцированной структуры алго­ритма и откорректированных исходных характеристик в по­следовательности, указанной в п. 1.4.

г) Вычисленные в этих условиях показатели функцио­нальной надежности обозначаются:

(2.8)

д) Проверить условие достаточности времени на выполне­ние редуцированного алгоритма при действиях в увеличенном темпе (с «установкой на скорость»), но со снижением без­ошибочности.

При условии , времени для вы­полнения редуцированного алгоритма при действиях в увели­ченном темпе (с «установкой на скорость») достаточно, и в качестве результирующих принимаются характеристики, полученные в данном пункте.

При условии , времени на вы­полнение редуцированного алгоритма даже в увеличенном темпе (с «установкой на скорость») недостаточно, что приво­дит к необходимости учитывать операционную напряжен­ность, возникающую у оператора, путем проведения уточня­ющего расчета при третьей степени срочности.

Исходные данные для показателей стоимости остаются неизменными. Однако вследствие изменения показателей безошибочности необходимо пересчитать эквивалентные значения стоимостных показателей.

2.4.3. Порядок расчета при третьей степени срочности.

а) Формализованные структуры алгоритма, используемые при расчете, берут те же, что и при второй степени срочности (в соответствии с п. 2.4.1а).

б) Принятые в соответствии с п. 2.4.26 количественные значения безошибочности и времени выполнения отдельных. ТФЕ, соответствующие условиям работы специалиста с «ус­тановкой на скорость», пересчитывают для условий деятель­ности специалиста с учетом операционной напряженности:

; (2.9)

; (2.10)

, (2.11)

где П - показатель напряженности (выбирается в зависимо­сти от личностных качеств специалиста: 2,3 - для «средних»; 1,9 2,2 - для «более спокойных»; 2,4 2,3 - для «менее спо­койных»; Н- показатель операционной напряженности;

; (2.12)

-время, необходимое на выполнение алгоритма; — время, фактически имеющееся в распоряже­нии специалиста на выполнение алгоритма.

в) Расчитывают показатели эффективности, качества и надежности на основе редуцированной структуры алгоритма (п. 2.4.1) и откорректированных исходных характеристик (п. 2.4.3) в последовательности, указанной в п. 1.4.