33 Человеко-машинные системы управления современными ээс

Как было показано, оперативное управление ЭЭС осуществляется автоматизированной сис­темой диспетчерского управления, и деятель­ность оперативно-диспетчерского персонала представляет собой совокупность связанных ме­жду собой функций.

Чтобы обеспечить нормальное функциони­рование системы, а также правильную реакцию на возникающие возмущения, оперативно-дис­петчерскому персоналу необходимо решать та­кие задачи, как планирование, контроль, регули­рование и диагностирование.

Процесс решения задач человеком при дис­петчерском управлении В.Н. Пушкин назвал оперативным мышлением, показав, что опера­тивное мышление диспетчера — основное звено переработки информации в управляющей систе­ме. По данным анализа функций оперативного мышления Л.А. Башлыков и Л.П. Еремеев .по­строили структуру процессов оперативного мышления, базирующуюся на понятии модели оперативного мышления для диспетчерского управления. Модель содержит всю информацию, характеризующую объект управ­ления, и данные об операторах. Для целенаправ­ленной обработки информации с помощью меха­низмов мышления организуется логическая по­следовательность процессов, характеризующих оперативное мышление. Индуктивные механиз­мы — это процессы обучения и адаптации. Де­дуктивные механизмы — процессы анализа и классификации ситуаций, планирования, вы­бора, решения задач, диапазона, реактивной деятельности.

Единая энергетическая система Российской Федерации (ЕЭС России) представляет собой по­стоянно развивающийся автоматизированный комплекс электрических станций и сетей, объе­диненных общим режимом работы и единым централизованным оперативно-диспетчерским управлением.

Известные особенности энергосистемы (совмещенность во времени процессов произ­водства, распределения и потребления электро­энергии, быстрота протекания переходных про­цессов, тесная режимная связь между электро­станциями, удаленными на большие расстояния) обусловили высокий уровень автоматизации управления всем сложным технологическим комплексом от источника до потребителя элек­троэнергии и теплоты.

С развитием энергосистем, расширением объ­ема автоматизации и телемеханизации энерге­тических объектов менялась не только структура оперативно-диспетчерского управления, но и сам характер и способ труда оперативного персонала. Теперь большинство подстанций работает без постоянного дежурного персонала, оперативный персонал снят с небольших гидроэлектростан­ций, уменьшена его численность на ГЭС средней и большой мощности, распространено дежурство на дому, созданы оперативно-выездные бригады, прибывающие на контролируемый объект по ме­ре необходимости.

Каждый элемент энергосистемы находится в управлении оперативного руководителя толь­ко одной ступени управления. Однако он может находиться в ведении нескольких оперативных руководителей одной или разных ступеней управления.

Состояние аварийности в отрасли подтолк­нуло более предметно заниматься подготовкой персонала, в том числе выработкой определен­ных, диктуемых техническим прогрессом в энер­гетике требований к его квалификации. Здесь

на первый план выступает правильность прини­маемых решений, т.е. умение адеквагно оценить режимную ситуацию (состояние среды и функ­ционирование объекта), а также предвидеть по­следствия выполняемых действий: ведут ли они к достижению ожидаемого результата или будут отрицательными.

Не менее важна и своевременность вмеша­тельства, т.е. оперативность действий в рамках функционирующей большой производственной системы.

Автоматизация управления объектами по­зволяет решить большинство из этих задач. Од­нако во всех случаях окончательное решение ос­тается за человеком, несущим всю полноту от­ветственности за ошибочные действия как свои, так и средств автоматики. Человек ответственен перед другими за деятельность вверенного ему объекта, пусть и оснащенного самыми совер­шенными средствами автоматизации.

С точки зрения профессиональной подготов­ки эксплуатационный персонал должен владеть умением самостоятельно управлять производст­венным процессом, контролировать деятель­ность средств автоматики, знать особенности технологического оборудования и систем управ­ления. с тем чтобы определять возможный диа­пазон изменения режимов работы оборудования и энергосистем, а также нести полную ответст­венность за принимаемое решение и за конечный результат.

Во всех случаях надежность человека зави­сит от следующих факторов:

степени инженерно-психологического согла­сования техники с психофизиологическими воз­можностями оператора при решении возникаю­щих задач;

уровня обученности и тренированности;

психофизиологических особенностей лич­ности, порогов чувствительности, в том числе физиологического состояния в данный момент-

Для всей системы диспетчерскою управле­ния сложным энерго объединением характерно то, что по мере перехода от низшего звена к выс­шему функции управления расширяются соот­ветственно увеличению объема и усложнения за­дач но ведению режима. Объем же оперативных задач относительно сокращается, при этом от­ветственность не только не снижается, а, как правило, возрастает.

На низших звеньях диспетчерского управле­ния в электрических сетях чисто оперативные функции считаются основными. В энергосисте­мах разработка и ведение режима составляют уже значительную часть функций Центральной диспетчерской службы. На диспетчера энерго­системы возлагаются оперативные функции, ко­торые не могут быть переданы подчиненному оперативному персоналу.

Наиболее ответственна работа оперативного персонала во время аварийных ситуаций, сопро­вождающихся психологическими и физиоло­гическими стрессами- интенсивность которых связана с внезапностью и возможными тяжелы­ми последствиями для страны.

Анализ нарушений в работе энергетического оборудования показывает, что из множества причин (например, оперативный персонал не способен успешно ликвидировать аварийные ситуации) основные — профессиональная непригодность и низкий уровень подготовленно­сти к действиям в аварийных ситуациях.

Программа обучения эксплуатационного персонала должна разрабатываться на базе ква­лификационных требований, должностных ин­струкций с учетом того, что подготовка эксплуа­тационного персонала для объектов энергетики — одно из главных направлений в обеспечении надежности энергетического производства, где скорость протекания технологическою процесса очень велика, а последствия ошибочных дейст­вий в силу высокой взаимосвязанности энерге­тических процессов со всеми сторонами чело­веческой деятельности особенно масштабны.

Наиболее эффективны такие средства обучения, как специализированный тренажер-советчик при плановом изменении состояния. эксплуатационном обслуживании и обеспечении безаварийной и экономичной работы оборудова­ния, а также комплексный (КТ) и специализиро­ванный (СТ) тренажеры при ведении режимов работы оборудования на всем протяжении тех­нологических процессов.

Программно-технические комплексы (ПТК) специализированных тренажеров-совеччиков, КТ и СТ используются как средства отработки навыков и как автоматизированные обучающие системы (АОС) для получения и углубления тео­ретических знаний.

Энергосистемы России имеют многообраз­ную программную продукцию для тренинга пер­сонала на базе ПЭВМ. На предприятиях созда­ются условия для реализации и функционирова­ния системы подготовки персонала с использо­ванием АОС и, в первую очередь, ПЭВМ.

Реализуется отраслевая система подготовки эксплуатационного персонала. По программе методологического и материального обес­печения планируется четырехуровневая система подготовки персонала на производстве; отраслевой тренажерный центр; региональные тренажерные центры; центры тренажерной подготов­ки и учебно-курсовые комбинаты энергообъеди­нений; пункты тренажерной подготовки при энергопредприятиях.

Основные законы трансформаций и эволю­ции структур систем человек—машина—среда:

Первый закон взаимной адаптации утверждает, что синтез и динамика разви­тия любой системы есть процесс взаимной адап­тации компонентов системы между собой и сис­темы с внешней средой.

Для обозначения процесса повышения степе­ни взаимной адаптации внутренних компонен­тов системы человек—машина—среда (СЧМС) целесообразно применять термин конвергенция, а для высокой степени — синхронизация. Обрат­ные процессы — дивиргенция, десинхронизация. Состав системы, ее структура и стратегия относительны. Стратегия — это внешнее функ­циональное проявление закономерности процес­сов взаимной адаптации внутренних компонен­тов системы (структуры) при взаимной адапта­ции системы с внешней средой.

Второй закон определяет существование и развитие живой системы как процессы взаим­ной опережающей многоуровневой адаптации компонентов системы между собой и системы с внешней средой.

Применительно к СЧМС, если возникает ди­намика среды (изменяются процессы взаимной адаптации человека с машиной и средой), чело­век формирует прогноз и на его основе осущест­вляет процесс многоуровневой адаптации — внутренней и внешней.

Стратегия деятельности человека-оператора в СЧМС может быть выражена закономерной за­висимостью показателей его взаимной адапта­ции с машиной и средой, имеющими динамичес­кие параметры.

Исследованиями Т.Е. Шеридана, У.Р. Феррела, А.Ф. Дьякова, В.Ф. Венды и др. установлено, что основная причина низкой эффективности деятельности оператора при авариях не задержка в опознании аварийных сигналов, а включение под действием стресса в число аварийных мно­гих второстепенных и случайных сигналов, не относящихся к аварии. Возможности операто­ра взаимно адаптироваться с машиной и средой характеризуются его чувствительностью (сен­сорный фактор), способностью прогнозировать (интеллектуальный фактор) и его пластично­стью (трансформационный фактор).

Перечисленные факторы взаимосвязаны. По­этому можно ожидать, что показатели деятель­ности оператора с СЧМС будут оптимальными и устойчивыми при условии такой взаимной адаптации между факторами, при которой они составили бы структуру, обеспечивающую тре­буемую стратегию.

Необходимо исследовать не динамику чело­века, машины и среды, а параметры процессов взаимной адаптации между ними, т.е. в СЧМС процесс взаимной адаптации человека с маши­ной и средой должен оцениваться только по ин­тегральным оценкам (критериям оптимизации) этих процессов, ибо и показатели работы опера­тора, и показатели функционирования СЧМС неразрывно связаны с общими затратами ресур­сов на отбор и обучение персонала, проектирова­ние, создание и освоение технических средств,

Третий закон можно характеризовать как за­кон дискретных рядов структур-стратегий слож­ных систем. Любая сложная система может быть реализована посредством одной из дискретного ряда ее возможных структур,

Человек в процессе адаптации с машиной и средой реализует структуру-стратегию из на­бора возможных для него структур-стратегий.

Каждая структура-стратегия, имеет свои характеристические кривые.

Правило инвариантности интегральной эф­фективности системы: при постоянном составе компонентов и их активности интегральная эффективность восприятия;

Четвертый закон (закон трансформаций) ут­верждает, что трансформация одной структуры-стратегии системы в другую может происходить только через общее для обеих структур-страте­гий состояние системы. При рассмотрении закона трансформаций следует учесть, что состав компонентов системы при изменении ее структуры сохраняется. Новая структура возникает только на базе предыдущей путем ее частичной дезадаптации. Такая деком­позиция должна быть достаточной для получения дополнительных, необходимых для по­стройки новой структуры степеней свободы компонентов системы. При этом сохраняется достигнутая при прежней структуре взаимная адаптация части компонентов, соответствующая новой структуре.

Пятый закон (закон базовых дивергентных структур-стратегий) отражает способность жи­вой системы формировать и реализовывать базо­вую дивергентную структуру-стратегию для сохранения жизнеспособности и подготовки к значительным трансформациям своей конвер­гентной структуры-стратегии в неадекватно воз­никших условиях.

В искусственных системах подобные струк­туры могут быть выполнены как модульные, аг­регатные и блочные конструкции, а также гибкие автоматизированные производственные системы, перестраивающиеся через базовые дивиргентные к новым специализированным структурам.

По определению Международной эргоно­мической ассоциации человеческий фактор есть комплекс психофизических, психологических и физиологических особенностей поведения человека в производственной среде (в частности, в системе управления).

Наиболее распространенная причина ошибок операторов — неадекватное обеспечение их ин­формацией; сигналов поступает либо слишком мало, либо слишком много. При этом оператор теряется в них, не может сосредоточиться на главном, т.е. оказывается перебуженным ин­формацией. Таким образом, необходимы регу­лирование, оптимизация интенсивности потока сигналов, поступающих к оператору, с целью индивидуальной адаптации их числа к реальным возможностям конкретного человека.

Задача комплексного управления энергосис­темой в том, чтобы не только в нормальном, но и в аварийном состоянии принимались рациональ­ные методы и алгоритмы управления, обес­печивающие заданное качество электроэнергии при минимальном ущербе у потребителей. При этом особое значение имеет применение ком­пьютерных моделей для исследования и прогно­зирования динамики технико-экономических показателей работы энергетических объектов и систем в широком спектре условий при качест­венном изменении технологических параметров. Компьютерные модели важно использовать и при модернизации оборудования и систем ав­томатического управления, и при обучении и пе­реподготовке оперативного персонала.

Определение необходимого специалисту за­паса стратегий деятельности для успешной рабо­ты во всем диапазоне динамики управляемых процессов, а также реверсивных (обратных) трансформаций этих стратегий при смене режи­мов работы оборудования (в том числе при воз­никновении и ликвидации аварийных ситуаций) — важное условие создания фундаментальной теории и практических методов ускоренного и качественного обучения операторов,

В связи с этим особое значение приобретаете поиск путей повышения эффективности тренажномоделирующих комплексов (в частности, пу­тем более точного воспроизведения на них дина­мики состояний энергообъектов, параметров ре­альной физической среды, оперативных задач, условий и процессов взаимодействия операто­ров между собой, с ЭВМ, другими автоматичес­кими устройствами и системами).

Безопасность энергетических объектов и их технико-экономическая эффективность в значи­тельной степени зависят от учета эргономичес­ких и психологических факторов управления на всех стадиях проектирования, создания и ос­воения технологического оборудования и объек­та в целом (включая средства автоматизации, информационное обеспечение операторов, кон­струирование и применение тренажеров и дру­гих технических средств обучения персонала).

Безопасность человеко-машинных систем снижается при качественной структурной транс­формации управляемых объектов и процессов, если операторы не успевают синхронно с дина­микой объекта трансформировать свое состоя­ние и структуру деятельности, своевременно пе­рейти от нормальной стратегии управления к аварийной.

Для обеспечения оператора информацией по объекту управления (ОУ) в номинальных и аварийных режимах реализованы системы поддержки принятия решения (СППР) операто­ром объекта. Наиболее эффективны экспертные СППР, отличающиеся от традиционных систем обработки информации тем следующим:

они ориентированы на классы задач, для решения которых известные математические методы и модели трудноприменимы или неприменимы вообще;

строятся а условиях, когда алгоритм поиска решений в каждом из определенных классов за­дач может быть заранее неизвестен; имеют воз­можность накапливать знания в процессе обучения;

обладают способностью анализировать най­денные решения и объяснять ход их получения;

обеспечивают «дружественный», как прави­ло, естественно-языковый интерфейс с поль­зователем,

Особенность экспертных СППР заключается в том, что они имеют механизм включения в мо­дель проблемной области различных способов решения задач. Эти способы решения эксперт­ная СППР получает от различных специалистов в области управления (экспертов), обобщает их и учится применять для решения задач в опера­тивном режиме функционирования.

Типовая архитектура экспертной СППР включает в себя ядро экспертной сис­темы, а также подсистемы приобретения знаний, подсистемы объяснения и подсистемы взаимо­действия с пользователем и объектом. В ядро экспертной системы входят базы данных и зна­ний, а также решатель, который на основе ин­формации из базы данных и базы знаний осуще­ствляет поиск решения. Подсистема приобрете­ния знаний используется при настройке эксперт­ной системы на решение задач в конкретной про­блемной области, а также при корректировке ба­зы знаний- Подсистема объяснения поясняет по требованию пользователя, каким образом экспертная система получила решение. Подсис­тема организации взаимодействия с пользовате­лем включает в себя один или несколько лин­гвистических процессов, предназначенных для организации диалогового взаимодействия с раз­личными категориями пользователей (экспер­том, оперативным персоналом) на привычном для них языке. Важное требование к этой под­системе — поддержание диалога в режиме ре­ального времени. В задачу этой подсистемы вхо­дит и получение информации непосредственно от объекта.

В отечественной энергетике нашли примене­ние и успешно используются в диспетчерском управлении энергосистемами так называемые интеллектуальные системы поддержания приня­тия решения, построенные па базе разработан­ной во ВНИИЗ (Ю.Я. Любарский) инструмен­тальной системы малой информационной моде­ли интеллектуальных решений. Успешно экс­плуатируются интеллектуальные системы для краткосрочного планирования ремонтов, интел­лектуальные тренажерные системы, интеллекту­альные системы для оперативной работы с инст­руктивно-справочной информацией. Прорабатываются возможности использования интеллекту­альных систем для задач долгосрочного плани­рования баланса активной мощности энергообъединения. Разработана экспертная система СПРИНТ, помогающая диспетчеру в решении за­дач, связанных с управлением текущим режи­мом работы энергосистемы.