ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОФПРИГОДНОСТИ ОПЕРАТОРОВ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМ
И. Петухов
Исследование профессиональной деятельности человека является важной и сложной проблемой инженерной психологии, эргономики, психологии и физиологии труда. Несмотря на постоянное совершенствование техники, автоматизацию процесса деятельности, функции человека усложняются, а экономическая и социальная значимость результатов его труда и последствий возрастает.
Высокая аварийность на транспорте и производстве, большой экономический и профессиональный ущерб, возрастающая цена ошибок оператора определяют постоянную необходимость поиска путей и средств обеспечения эффективного функционирования человека в подобных системах в нормальных и экстремальных условиях деятельности.
Известно, что на сегодня безопасность и надежность любой технической системы прежде всего определяется безопасностью функционирования человека в биомеханической и психофизиологической его деятельности. Проблема же повышения безопасности функционирования человека довольно нетривиальна, лежит за пределами одной области знаний и возможна только по пути комплексного подхода.
Одним из возможных способов решения данной проблемы является подбор и профессиональная диагностика персонала для определения начальных показателей надежности, а также исследование поведения конкретных индивидуумов в критических ситуациях, моделирование и прогнозирование реакций индивидуума в условиях монотонной и авральной деятельности для оценки надежности человеко-машинной системы в динамическом режиме.
Анализ литературных данных показал, что для человека-оператора человеко-машинной системы наиболее актуально точное восприятие времени и пространства. Это качество совершенно необходимо для широкой номенклатуры профессий: пилотам военной и гражданской авиации, операторам механизмов и водителям транспортных средств, спортсменам, особенно в видах со сложной координацией движений [1].
Одним из широко распространенных индикаторов точности восприятия временных и пространственных характеристик движения является точность в реакциях на движущийся объект (РДО) — определение точки встречи движущегося объекта с неподвижной точкой, заранее указанной в словесной инструкции.
Задача испытуемого, пытающегося точно остановить движущийся объект в указанной ему точке, состоит в нахождении некоторой величины упреждения с учетом скорости движения объекта, оставшегося расстояния и своих скоростных возможностей. В этой ситуации человек регулирует свои действия на основе информации о предыдущих реакциях, старается до минимума сократить величину рассогласования между полученным результатом и точкой, указанной в инструкции, совместить движущийся объект с этой точкой.
Ошибки упреждения корректируются увеличением пути движения объекта, а ошибки запаздывания — сокращением пути ее движения. На первых порах, корректируя одну ошибку, испытуемые допускают другую и лишь постепенно находят минимальную величину упреждения, позволяющую остановить объект в заданной точке. Ценность методики еще и в том, что позволяет изучать процесс саморегуляции, поиска минимальных коррекций, приводящих к желаемому результату в оценке времени и пространства, умение предвидеть положение объекта на некоторое время вперед, то есть способность к экстраполяции.
Метод оценки профпригодности
Анализ литературных источников показал, что в настоящее время известны способы оценки РДО с использованием стрелочного или электронного секундомера [2] и с помощью персонального компьютера, на экране монитора которого предъявляется окружность с меткой и передвигающимся по ней объектом [3], как показано на рис. 1.
Рис. 1. Тестовое изображение, предъявляемое испытуемому на экране видеомонитора при оценке РДО; где 1 — метка, 2 — движущийся по окружности объект
Все они основаны на принципе, согласно которому точечный объект в момент его останова испытуемым останавливается на заданное время t, а затем снова продолжает свое движение по окружности. Длительность времени t определяется временем, необходимым для того, чтобы испытуемый проанализировал текущее положение точечного объекта относительно метки и по результатам анализа внес коррективы при последующем совмещении положения точечного объекта и метки.
Очевидно, что результаты, полученные с использованием данных способов оценки РДО, свидетельствуют в первую очередь о способности человека к правильной корректировке своих действий, а не к способности предвидения и прогнозирования.
В качестве физической модели, отображающей процесс тестирования при оценке РДО, когда испытуемый получает информацию о результатах своих действий — ошибках запаздывания или ошибках упреждения и корректирует свои дальнейшие действия, согласно теории автоматического управления, можно представить обычную информационную систему с обратной связью, как показано на рис. 2, где x(t) — входная величина (информация о движении точечного объекта), y(t) — выходная величина (результат совмещения точечного объекта и метки), x1(t) — воздействие обратной связи (коррекция времени останова движения точечного объекта, основанная на текущей информации об ошибке совмещения точечного объекта и метки).
Следовательно, чтобы достоверно оценить реакцию человека на движущийся объект, необходимо устранить обратную связь в процессе тестирования, то есть исключить получение испытуемым информации о величине ошибки несовпадения точечного объекта и метки. Предложено для повышения достоверности осуществлять способ оценки РДО таким образом, чтобы испытуемый в процессе тестирования не получал информации о величине ошибки несовпадения положений точечного объекта и метки, то есть о результатах своих действий [4].
Для этого испытуемому предъявляют на экране монитора ЭВМ окружность, на которой помещены метка и точечный объект, движущийся по окружности с заданной скоростью. Испытуемый, наблюдая за движением точечного объекта по окружности, в момент предполагаемого совпадения положения точечного объекта с положением метки нажимает клавишу клавиатуры компьютера «Пробел», выполняющую функцию кнопки «Фиксация положения точечного объекта относительно метки», при этом движение точечного объекта по окружности продолжается без останова.
Компьютер в момент нажатия клавиши «Пробел» вычисляет ошибку несовпадения положений точечного объекта и метки — время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком и заносит значение времени ошибки в память.
Описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют времени реакции Тр человека на движущийся объект как среднеарифметическое значение по формуле:
где ti — i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n — число остановок точечного объекта в области положения метки.
Для проведения массовых исследований для оценки профпригодности человека-оператора, создания общей базы данных и статистической обработки результатов измерений разработан аппаратно-программный комплекс (АПК). В состав АПК входит ПЭВМ, монитор с малым временем отклика и пульт испытуемого. Использование стандартной ПЭВМ позволяет организовать дружественный интерфейс с пользователем системы, проводить статистическую обработку результатов измерений с использованием Microsoft Excel.
Результаты исследований и их обсуждение
Экспериментальные исследования с использованием разработанного способа оценки РДО и АПК проводились в группе из 30 испытуемых. Для обеспечения повторяемости результатов экспериментов скорость движения объекта по окружности принималась постоянной и равной 5 рад/с, радиус окружности — 200 мм. В качестве основного фона был принят фон серого цвета, цвет окружности, по которой движется объект, был выбран белым, цвет движущегося объекта — желтым, цвет метки — зеленым.
В качестве испытуемых были выбраны практически здоровые люди 17-23 лет с нормальным или скорректированным зрением. Перед измерениями все испытуемые проходили предварительное обучение. Каждый испытуемый в соответствии с рекомендациями [2] выполнил 13 остановок движения точечного объекта в области положения метки, первые три из которых при оценке времени реакции на движущийся объект не учитывались. Затем вычислялось время реакции Тр человека на движущийся объект по форм. 1.
Для анализа результатов исследования построена диаграмма индивидуальных оценок РДО по группе из 30 испытуемых, представленная на рис. 3. Результаты статистической обработки данных измерений представлены в табл. 1.
Большинство авторов ошибки упреждения в реакциях РДО склонны считать показателем преобладания возбудительного процесса, а ошибки запаздывания — индикатором преобладания процесса торможения. Предполагается также, что точные реакции в РДО показывают лица с уравновешенными процессами возбуждения и торможения [2].
Тогда по контрольной группе из 30 испытуемых можно сделать следующий вывод: у 7 человек наблюдается преобладание процессов возбуждения, у 13 человек — торможения, а у 10 человек — состояние нервных процессов, близкое к сбалансированности.
Анализ литературных источников свидетельствует о том, что для операторов человеко-машинных систем важно именно своевременное реагирование на ситуацию, преждевременное или же запаздывающее реагирование недопустимо и зачастую приводит к созданию аварийных ситуаций [5].
Таким образом, по данной контрольной группе из 30 человек можно сделать вывод, что для ведения операторской деятельности наиболее подходят только 10 испытуемых, состояние нервных процессов которых было близким к сбалансированности, показавшим наиболее точные реакции на движущийся объект.
В рамках практической апробации разработанного способа экспериментально было установлено, что разработанный способ оценки РДО может использоваться для тестирования зрительно-моторных характеристик водителей автотранспорта.
Заключение
В ходе проведения исследований разработан новый способ оценки профессиональной пригодности операторов человеко-машинных систем методом РДО. Разработанный способ и программное обеспечение может быть рекомендовано к практическому использованию в составе имеющихся средств психофункциональной диагностики при решении задач профотбора, профпригодности, в физиологии и гигиене труда, военной медицине и экспериментальной психологии.
Приведенные в статье результаты получены при поддержке гранта по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» № 2.1.2/4841 «Методическое, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение исследования временных аспектов сенсорного восприятия человека-оператора».