2 глава

Глава 2. Метод оценки качества профессиональной деятельности энергоблоков ГРЭС

2.1МЕТОДЫ ОЦЕНКИ УСПЕШНОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов количественной оценки профессионального уровня операторов, применяемых при решении проблем многоуровневой взаимной адаптации человека и машины в системах управления.

Актуальность проблемы. В материалах XXVI съезда КПСС говорится о необходимости рационального использования производственного потенциала страны, всемирной экономии всех видов ресурсов, в том числе и трудовых, улучшения качества работы. Разрабатываемые в инженерной психологии теоретические концепции, методологический аппарат, конкретные методы исследования направлены на решение этих проблем.

Формализация и моделирование являются составной частью исследований по многоуровневой взаимной адаптации и необходимы, в частности, для оценки профессионального уровня операторов (В.Ф. Венда, 1975, 1977, 1982). От соответствия области применения математико-статистического аппарата обработки данных зависит адекватность получаемых решений и, в соответствии с этим, эффективность мероприятий по оптимизации функционирования систем "человек-машина".

Цель исследования - разработка методов оценки профессионального уровня операторов, включающих метод оценки эффективности производственной деятельности, метод оценки информативности психологических факторов операторской деятельности и метод выявления зависимости между критериями и факторами, характеризующими деятельность операторов.

Объект исследования - деятельность машинистов энергоблоков тепловых электростанций.

Предмет исследования - эффективность производственной деятельности, метрологические особенности пространства признаков, характеризующих психологические факторы деятельности, методы оценки информативности психологических факторов деятельности, методы построения диагностических (распознающих) правил.

Методология и методы, используемые в диссертации. Методологической основой исследований является структурно-психологическая концепция синтеза и адаптации технических средств и внешних условий деятельности психофизиологическим возможностям человека. В диссертации использован комплекс методов: наблюдение, анкетирование, вероятностно-статистические методы обработки экспериментального материала, критерии статистического оценивания, факторный анализ, методы выявления зависимости по эмпирическим данным.Рабочая гипотеза. Процессы контингентной адаптации операторов к факторам среды и производства определяют особенности пространства признаков, состоящего из психологических факторов деятельности. Алгоритм эвристической самоорганизации перцептронного типа, в котором учтены процессы контингентной адаптации операторов на этапе разделения выборки на обучающую и контрольную, позволяет строить зависимость между эффективностью деятельности и психологическими факторами на высоком уровне точности и достоверности.Задачи, необходимые для решения поставленной цели и подтверждения рабочей гипотезы.

1. Разработать метод оценки эффективности производственной деятельности операторов энергоблоков ГРЭС

2.    Изучить статистические характеристики психологических показателей деятельности операторов ГРЭС.

3.    Разработать критерий разбиения выборки на обучающую и контрольную, основанный на оценкеприспособления контингента операторов к факторам среды и производства.

4.    Модифицировать алгоритм эвристической самоорганизации перцептронного типа для построения зависимости между эффективностью и психологическими факторами деятельности операторов.

Положения, вынесшие на защиту.

1.    Особенностями пространства признаков, состоящего из психологических факторов деятельности операторов, являются: многомерность пространства описания, асимметрия плотностей распределения, существование нелинейной зависимости между признаками.

2.    Для оценки информативности переменных адекватными являются критерии, свободные от ограничений на вид закона распределения, например, критерий Вилкоксона. Модификация алгоритма расчета критерия Вилкоксона позволяет уменьшить потерю значимой информации для некоторых видов нелинейной зависимости между целевой функцией и признаком.

3.    Алгоритм нормализации законов распределения признаков, основанный на достижении "нормы" асимметрии, позволяет обеспечить адекватность применения на пространстве описания факторного, кластерного, множественно корреляционно-регрессионного анализов.

4.    Алгоритм эвристической самоорганизации перцептронного типа, применяемый для выявления зависимости между эффективностью деятельности и психологическими факторами деятельности, позволяет учесть процессы адаптации контингента операторов к факторам среды и производства в динамике трудовой деятельности.

Научная новизна работы. Разработан способ оценки эффективности производственной деятельности операторов при групповом управлении технологическим процессом. Выявлены математико-статистические особенности психологических показателей деятельности машинистов энергоблоков. Разработан алгоритм нормализации эмпирических плотностей распределения, обеспечивающий возможность применения факторного, кластерного и множественного корреляционно-регрессионного анализов. Разработан алгоритм эвристической самоорганизации для выявления зависимости между эффективностью профессиональной деятельности и психологическими показателями, в котором учтены процессы адаптации контингента операторов к факторам производства и среды.

Практическая значимость работы. Разработанная алгоритмическая процедура выявления зависимости по эмпирическим данным позволяет построить решения оптимальной сложности и достоверности, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность мероприятий по контингентной адаптации человека и машины. Экономический эффект от внедрения программного обеспечения разработанной алгоритмической процедуры для ЭВМ типа ЕС на языке PL - 1, рассчитанный по методике, утвержденной Президиумам АН УССР от 30.02.1972 (постановление № 2175), составляет 30 тыс. рублей в год. Программное обеспечение внедрено в Базовой лаборатории профотбора и адаптации оперативного персонала ПЭО "Донбассэнерго" и Донецком НИИ гигиены труда и профзаболеваний.

Метод оценки эффективности производственной деятельности операторов внедрен в Базовой лаборатории профотбора и адаптации ПЭО "Донбассэнерго".

Результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах.

Апробация диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались на семинарах Института кибернетики АН УССР (1980, 1982 гг.), семинаре "Психология и научно-технический прогресс" Института психологии АН СССР, Всесоюзной школе-семинаре по биотехническим системам (г. Ленинград, 1982 г.), на научно-практических конференциях Донецкого и Киевского НИИ гигиены труда и профзаболеваний.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах и включает введение, обзор литературы, 3 главы собственных исследований, заключение и выводы. Библиографический указатель содержит 220 источников, из них 169 работ отечественных, 51-иностранных авторов, диссертация иллюстрирована 11 рисунками и 30 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во второй главе диссертации приводится методика оценки эффективности производственной деятельности машинистов энергоблоков, основанная на экспертном опросе участников производства и на анализе режимной информации о функционировании системы "энергоблок-оператор".

Методика проведения экспертного опроса состояла из нескольких этапов. В личной беседе с каждым экспертом определены профессионально важные качества, определяющие успешность профессиональной деятельности. На следующем этапе уточнены определения каждого качества и выявлены их весовые значения. При таком подходе к составлению анкеты проведена содержательно-познавательная и внешняя валидизация предлагаемой оценки (К.М. Гуревич, 1970).

С помощью анкеты были определены уровни развития 5 профессионально важных качеств: работоспособности (Р) - умение длительно сохранять производственную активность; эмоциональной устойчивости (ЭУ) - умение сохранять спокойствие и работоспособность в условиях конфликта и аварийных ситуаций; мотивированности (М) - заинтересованность в результатах работы и в постижении тонкостей профессионального мастерства; операторской подготовленности (ОП) умение ориентироваться в технологической схеме энергоблока и средствах отображения информации; личностных характеристик (ЛХ) - принципиальности, отзывчивости, коллективизма.

В качестве экспертов привлекались старшие машинисты, начальники смен, старшие инженеры и начальники котло-турбинных цехов (18 человек).

Методика оценки эффективности производственной деятельности оператора по данным режимной информации о функционировании системы "энергоблок-оператор" основана на вычленении вклада оператора в процесс производства электроэнергии. Эта задача обратна задаче математического моделирования: по результату взаимодействия совокупности переменных оценить каждую составляющую. Для решения поставленной задачи проанализированы служебные документы: "Служебные ведомости", "Оперативные журналы БШУ", "Табели учета рабочего времени", в которых зафиксированы характеристики режима функционирования энергоблока по различным параметрам, время работы оператора по сменам и блокам.

Весь режим выдачи электроэнергии разбит на 3 класса состояний: аварии - полная разгрузка блока; грубые нарушения - выдача электроэнергии ниже 50% от номинальной мощности блока; период нормального функционирования - выдача энергии турбоагрегатом выше 50% от его номинальной мощности. Для каждого оператора рассчитывалось число аварий, число грубых нарушений и средняя энергопроизводительность турбоагрегата (в% от номинальной мощности) в его рабочие смены.

Показателем аварийности (уд. А) работы оператора служила величина, отражающая относительную частоту аварий в смены его работы к общему количеству аварий на блоке (или блоках), с учетом. времени работы как оператора, так и энергоблока:

,

где a_i- число аварий на i -том блоке в смены оператора;

t_{i<="" sub="">- время работы оператора на i - том блоке;}

A_{i<="" sub="">- число аварий на i<="" i="">- том блоке за учетный период (за месяц);}

Т_i - время работы i - того блока (за месяц);

k - количество блоков, на которых работал оператор за учетный период.

Показателем, характеризующим грубые нарушения режима эксплуатации энергоблока оператором (уд. Г), служила относительная частота грубых нарушений в смены работы оператора к общему числу грубых нарушений на энергоблоке, с учетом времени работы блока и оператора:

где b_i – число грубых нарушений, происходящих в смены работы оператора за учетный период на i- том энергоблоке;

B_{i<="" sub="">–} число грубых нарушений режима эксплуатации i<="" i="">– ого энергоблока;

T_{i<="" sub="">– время работы i -того энергоблока за месяц;}

t_{i<="" sub="">- время работы оператора на i<="" i="">- том энергоблоке за месяц;}

k - количество блоков, на которых работал оператор за месяц.

Относительный процент выдачи электроэнергии в смены работы оператора (уд. М) определялось отношением:

где m_i - средняя энергопроизводительность i - того турбоагрегата в смены работы оператора (без учета аварий и грубых нарушений);

М_i - средняя энергопроизводительноcть i - того турбоагрегата за учетный период (без аварий и грубых нарушений);

k - число блоков, на которых работал оператор за месяц.

С целью учета влияния на уд.А, уд.Г и уд.М напряженности труда был использован показатель среднегодовой энергопроизводительности турбогенератора в смены обследуемого. Рассчитывались показатели эффективности профессиональной деятельности оператора вида:

где: уд.А", уд.Г" и уд.М" - нормированные (по максимумам уд.А, уд.Г и уд.М, соответственно) оценки параметров эффективности труда машинистов энергоблоков.

Для выявления структуры взаимосвязей учитываемых признаков матрица их интеркорреляций была подвергнута факторному анализу методом главных компонент (Д. Максвелл, О. Лоули, 1967). В таблице 1 представлена факторная структура матрицы до вращения и после вращения факторных осей. Как следует из полученных результатов, значимые и высокие нагрузки по первому фактору обнаруживают экспертные оценки профессионально важных качеств работника. Основная же доля дисперсии показателей успешности труда машинистов энергоблоков (А и Г) обуславливается влиянием 2-го и 3-го факторов.

При этом вклад 2-го фактора в дисперсию А превышает вклад в дисперсию Г и последняя обуславливается, в основной, влиянием 3-го фактора.

Таблица 1. Факторная структура интеркорреляций показателей эффективности труда и экспертных оценок профессионально значимых качеств

Показатели	Факторные нагрузки до вращения*				Факторные нагрузки после вращения*				Доля дисперсии показателя, обусловленная влиянием факторов (в%%)
	1	2	3	1		2	3
Экспертные оценки:
Эмоциональной устойчивости	562	263	182	500		465	-100	41,8
Работоспособности	802	339	121	634		630	-201	77,3
Мотивированности	627	261	190	560		489	-139	49,7
Операторской подготовленности	597	297	225	545		510	-080	49,5
Личностных особенностей	770	293	-200	409		576	-578	71,9
Средняя экспертных оценок	890	383	180	634		706	-268	97,4
Показатели надежности
А	280	640	260	174		698	240	55,6
Г	-140	483	444	-098		386	625	45,0

Примечание: * - ноли и запятые опущены

Исходя из содержательной интерпретации учитываемых признаков, выделенные главные компоненты определены следующим образом: характеристика уровня профессионально ориентированной социальной активности (внутригруппового статуса субъекта) - 1 фактор, показатель эффективности производственной деятельности в предаварийных ситуациях - 2 фактор и показатель эффективности производственной деятельности в условиях рассогласования текущего и прогнозируемого состояния объекта управления - 3 фактор.

Таким образом, успешность производственной деятельности машинистов энергоблоков определяется ортогональными (некоррелированными) характеристиками их профессиональной деятельности и поэтому не может быть оценена одномерной величиной.

В качестве основных показателей производственной успешности выделены признаки, имеющие наибольшие нагрузки по каждому из учитываемых трех факторов: средневзвешенная сумма экспертных оценок профессионально важных качеств работника (ЭО) - показатель уровня профессионально ориентированной социальной активности субъекта; относительная величина аварий (А) - показатель эффективности производственной деятельности оператора в предаварийных ситуациях и относительный показатель грубых нарушений (Г) показатель эффективности производственной деятельности оператора в период рассогласования текущего и прогнозируемого состояния объекта управления.

На основании полученных данных разработана оценка профпригодности машинистов энергоблоков по критериям ЭО, А, Г (табл. 2).

Таблица 2. Критерий уровней развития профессионально важных качеств машинистов энергоблоков

Уровни развития профессионально важных качеств	ЭО	А	Г
Достаточный	>46,73	>4,31	>5,08
Сниженный	от 31,11 до 46,72	от 4,09 до 4,30	от 4,74 до 5,07
Низкий	£31,10	<4,08	£4,73

Для выявления психологического описания профессионально важных качеств машинистов энергоблоков ГРЭС проведено комплексное обследование машинистов энергоблоков – 156 человек, методом электроэнцефалографии, рефлексометрии, адаптометрии, кардиометрии, КЧС и КЧМ-метрии. Исследовалось состояние кратковременной зрительной и слуховой памяти, качество переработки зрительной и слуховой памяти, качество переработки зрительной информации (корректурная проба с кольцами Ландольта и оптико-гностическая проба). До выполнения (фон) оптико-гностической пробы и после 5 цикла 1 серии регистрировалась электроэнцефаллограмма в 4-х биполярных отведениях. Односекундные фрагменты ЭЭГ подвергались аналого-цифровому преобразованию с шагом дискретизации 5мс. Полученные временные ряды обрабатывались с помощью авто - и кросспектрального анализов, методом рекуррентных соотношений Гутмана и энтропийного анализа. На основании полученных данных было получено 384 показателя.

Оценка параметров эмпирических плотностей распределения и проверка гипотезы о согласии полученного закона распределения с нормальным законом показали, что только в случае 12% показателей принимается гипотеза о согласии (с уровнем значимости - 0,95), положительная асимметрия характерна для 74%, отрицательная для 14%. Поэтому для оценки информативности переменных использован критерий проверки гипотезы о совпадении плотностей, не зависящий от параметров функции распределения, - критерий Вилкоксона. Получено, что в случаях нелинейной зависимости между целевой функцией и признаком, критерий Вилкоксона отрицает гипотезу о согласии эмпирических плотностей распределения признака, если шкалу признака преобразовать по формуле:  (рис. 1).

Совокупность информативных переменных по целевой функции ЭО состоит из 64 признаков, из них 43 первичных, 11 преобразованных. По второй целевой функции (А) - 96 переменных, из них 64 первичных и 32 преобразованных, по третьей целевой функции (Г) - 93 информативных признака, из них 28 первичных и 65 преобразованных.

С целью приведения информационного пространства описания к области применения наименьших квадратов разработан алгоритм нормализации эмпирических плотностей распределения признаков, основанный на критерии "нормы асимметрии". При этом, как показано, в работе М. Кендалла и А. Стьюарта (1976), нормализация обеспечивает аддитивность зависимости. Блок-схема алгоритма нормализации представлена на рис. 2. Алгоритм предусматривает сдвиг шкалы признака в область положительных значений, расчет статистических параметров эмпирических плотностей распределения, сравнение показателя асимметрии с критическим, преобразование признака, при этом, если А > Ак следует операция логарифмирования, если А < - Ак - операция возведения в степень. В алгоритме предусмотрен контроль за количеством значащих цифр.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма расчета критерия Вилкоксона

Показано, что нормализация эмпирических плотностей распределения признаков повышает адекватность (по критерию Фишера) уравнений линейной регрессии, обеспечивает упрощение факторной структуры признаков и увеличивает скорость достижения оптимальных решений в алгоритмах эвристической самоорганизации перцептронного типа.

Реализация принципа внешнего дополнения, на котором основаны алгоритмы эвристической самоорганизации перцептронного типа, осуществлялась по следующей схеме: пространство описания разделялось на два однородных кластера с помощью алгоритма "ELFOR” (математическое обеспечение ЕС-ЭВМ, 1978); идентификация кластеров в качестве контрольной и обучающей последовательности проведена с помощью критерия устойчивости деятельности. В последнем случае использовалось положение (В.Ф. Венда и В.Г. Зазыкин, 1982) о том, что запас возможных стратегий (структур) деятельности и возможность выбора и использования наиболее адекватной для каждого варианта внешних условий обеспечивает устойчивость деятельности операторов, в качестве критерия устойчивости деятельности машинистов энергоблоков использовался среднегодовой разброс выдачи электроэнергии в смены работы оператора. Различий в значениях целевых функций по кластерам не обнаружено, при достоверном различии критерия устойчивости (СКОм).

Так, по целевой функции ЭО средние значения по кластерам равны: 66,4 ± 8,6 и 67,3 ± 4,9, критерий устойчивости: 7,8 ± 1,3 и 24,1 ± 2,7 (Р=0,99). По целевой функции А получено: 4,52 ± 0,93 и 4,93 ± 1,02, критерий устойчивости: 12,8 ± 3,1, 19,6 ± 3,1 (Р=0,95). По целевой функции Г получено: 6,23 ± 1,43 и 6,138 ± 1,59, при этом СКОм равнялось: 11,3 ± 2,6 и 21,7 ± 3,1 (Р=0,99).

Рис.2. Блок-схема алгоритма нормализации

Кластеры с меньшим значением СКОм идентифицированы в качестве контрольной, с большим - в качестве обучающей последовательности. Существенным различием кластеров является также достоверно большее число стажированных операторов (со стажем работы больше 6 лет) в контрольных выборках, чем в обучающих.

Реализация второго принципа алгоритмов эвристической самоорганизации перцептронного типа (А.Г. Ивахненко, 1982) - принципа неокончательных решений, достигнута с помощью следующих подходов:

-      частные описания строились только для независимых между собой переменных;

-      из переменных, не прошедших селекцию, формировались сочетания: х_i*х_j и х_i*x_j;

-      на следующий ряд селекции переходили переменные, для которых выполнялось условие:

где yэ._i - значение целевой функции на контрольной выборке;

ут._i - теоретическое значение целевой функции, вычисленное на контрольной выборке.

Для сравнительной характеристики уравнений, полученных разработанным методом, использован стандартный алгоритм построения уравнений регрессии - метод включения (подпрограмма из пакета стандартных программ ОТЭКС).

Коэффициенты адекватности Фишера (Н. Дрейпер, Г. Смит, 1973) для уравнений, полученных с помощью разработанного алгоритма и рассчитанные по данным проверочной последовательности (24 наблюдения), равныF_эо= 2,31 (Р=0,95); F_А= 4,17 (P=0,99); F_Г=2,74 (Р=0,99).

Рис.3. Блок-схема алгоритма эвристической самоорганизации перцептронного типа.

Коэффициенты адекватности Фишера для уравнений, полученных стандартным методом, равны: F_эо = 0,21; F_A = 0,36; F_Г = 0,21.

Переменные, описывающие целевую функцию ЭО, характеризуют уровень приращения скоростей нарастания амплитуды биосигналов правой лобной и левой теменно-затылочной областей коры в исходном состоянии и после функционально-нагрузочной пробы, реактивность левой теменно-затылочной области в a, D, b₁ частотных диапазонах, и синхронизацию биоэлектрических активностей правой теменно-затылочной и левой лобной областей в a, q, b₂ частотных диапазонах, а также левой теменно-затылочной и правой лобной корковых полей в b₂ частотном диапазоне.

Переменные, описывающие целевую функцию А, характеризуют синхронизацию биоэлектрических активностей левых и правых теменно-затылочных, а также лобных областей коры в a, q, b₁ частотных диапазонах, асимметрию длительностей фаз нарастания - убывания амплитуды биосигнала (D и q ритмы), реактивность левой теменно-затылочной и лобной областей коры в a, q частотных диапазонах.

Переменные, описывающие целевую функцию Г, характеризуют синхронизацию биоэлектрических активностей правой лобной и левой теменно-затылочной областей коры (a, D, q частотные диапазоны), фоновую активность правой лобной области в q ритме и ее синхронизацию с левой и правой теменно-затылочными областями в D, q частотных диапазонах.

Описание зависимости между эффективностью деятельности и факторами деятельности проведено также на примере модельного эксперимента - оптико-гностической пробы (ОГП). Проба моделировала деятельность человека-оператора в задачах распознавания состояния объекта управления и включала 10 повторяющихся циклов.

Анализ взаимосвязи показателей эффективности выполнения пробы по циклам с помощью корреляционного и факторного анализов показал, что по результатам выполнения первых циклов невозможно прогнозировать эффективность выполнения последних. При этом 7-10 циклы характеризуют устойчивость механизмов организации деятельности.