АДАПТАЦИЯ СРЕДСТВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

Барбашин Димитрий Иванович

аспирант, ИжГТУ, г. Ижевск

E-mail: enerjiser@rambler.ru

Нистюк Анатолий Иванович

д-р техн. наук, профессор, ИжГТУ, г. Ижевск

E-mail: kafsts@istu.ru

Технический прогресс на транспорте, в промышленности, энергетике, военном деле сопровождается повышением роли человека-оператора в достижении высокой эффективности и качества деятельности, безопасности труда. Современные информационно-управляющие системы (ИУС) позволяют решать широкий круг задач, таких как, управление сложными технологическими процессами, организация информационного обмена в диспетчерских пунктах различного назначения, выступают в качестве бортовых систем управления аппаратуры специального назначения. Расширение функциональности информационно-управляющих систем приводит к их усложнению, повышению информационной насыщенности, в результате чего возникает задача своевременного представления информации оператору о состоянии компонент системы в условиях информационной перегруженности [9, 16, 20, 21]. Круг задач оператора расширяется, хотя его возможности практически остаются неизменными. Выполнение операторских функций в современных системах управления накладывает на специалиста чрезвычайно  большую ответственность, так как от своевременности, точности,  безошибочности и эффективности его действий в значительной степени  зависит качество работы всей системы, сохранность оборудования, продуктов труда, транспортных средств и жизни людей.

Любая не автоматизированная система управления (или ИУС) включает в себя две компоненты: человека-оператора и технические средства. Как известно, надежность функционирования любой технической системы определяется надежным функционированием все входящих в нее компонентов, то есть оператора и технических средств, в качестве элемента связи которых выступает человеко-машинный интерфейс (ЧМИ). ЧМИ представляет собой комплекс технических и информационно-программных средств, посредством которых осуществляется диалоговый режим взаимодействия человека-оператора и технических средств [17].

На данном этапе развития ИУС и интеллектуализации автоматизированных систем управления, все же, ключевым и наиболее слабым звеном остается человек-оператор. В процессе работы оператор анализирует состояние технической системы, оказывает управляющие воздействия на нее. Часто требуется незамедлительное вмешательство в процесс управления, принятие верных решений, особенно при возникновении нештатных ситуаций.

Первый шаг к уменьшению информационной перегрузки оператора со стороны ИУС состоит в сокращении потока информации до необходимого минимума [2, 7]. Из теории автоматического управления известно, что чем меньше поток информации в контуре управления, тем выше качество управления [11]. Это положение справедливо и для систем с участием оператора. Оптимальный поток информации создает благоприятные условия для работы оператора, так как оставляет ему когнитивные ресурсы для активной мыслительной деятельности и для принятия решений. Оператор должен быть ясно осведомлен о параметрах системы, но в форме, которая бы исключала перегрузку его информацией [8]. Для этого информационный поток к оператору не должен превышать величину оптимального потока в 2-6 бит/с [10].

Полезным свойством информационной модели является ее структурированность [2]. Отображаемая информация должна иметь иерархическую структуру [4, 5, 6, 11, 18], где каждый уровень иерархии определяет степень обобщенности контролируемых оператором параметров о состоянии системы. Графическое изображение должно состоять из набора элементов информации верхнего уровня. Кроме того, оператору должна быть представлена возможность сфокусировать внимание на любом из этих блоков верхнего уровня, при этом должен быть обеспечен доступ информации к блоком низкого уровня, детализирующих общую картину в отношении выбранного элемента информации [8].

Сравнительно новой формой взаимодействия человека и технических средств, является диалоговая форма, основной идеей которой является распределение функций между человеком и машиной на основе взаимного дополнения и использования преимуществ каждой стороны, осуществляемая с помощью средств общения (в первую очередь дисплеев) [5, 15].

Оператор и ТС могут рассматриваться как две отдельные подсистемы, в совокупности образующие общую систему «человек-машина» (СЧМ). Для того чтобы одна подсистема (оператор) могла взаимодействовать со второй - ТС, в ней должны содержаться модель второй подсистемы. В свою очередь, модель взаимодействия подсистемы ТС должна содержать две группы других моделей: моделей тех подсистем, с которыми она потенциально может взаимодействовать (область ее компетенции – модели групп операторов) и модель текущей сессии взаимодействия [3, 13, 14]. 

В процессе тренировок оператор обретает навык работы с технической системой (ТС) – адаптируется к ней. Степень согласования подсистем повышается. С другой стороны повышать степень согласованности можно путем адаптации ТС под оператора. Наиболее эффективная работа обоих подсистем (оператора и ТС) возможна при их взаимном согласовании, то есть взаимной адаптации - одновременной адаптации оператора к ТС и ТС к оператору [19].

Для разработки механизмов адаптации достаточно иметь модели входных/выходных воздействий оператора (модель оператора) и модель взаимодействия оператора с технической системой, так как внутренние процессы со стороны ТС не имеют значения.

Модель оператора в общем виде может быть описана в виде набора правил, сформированных на основе анализа положений инженерной психологии и эргономики по проектированию СЧМ. В работе [12] выделен ряд правил и ограничений, которые в свою очередь являться критериями компоновки элементов ЧМИ:

·     функциональная взаимосвязь элементов ЧМИ;

·     частота использования элементов ЧМИ; 

·     минимальная длина маршрута обслуживания.

В виду того что процесс согласование оператора и ТС заключается в совмещении характеристик оператора (модели оператора) и технической системы (представленных моделью взаимодействия). Критерии компоновки косвенным образом отражают характеристики оператора как элемента СЧМ. Для описания процесса взаимодействия предлагается использование структурно-алгоритмической модели – графа обслуживания системы [12]. Адаптация ТС заключается в изменении объема предоставляемой информации, способах ее представления и уровне автоматизации функций. Механизм адаптивного интерфейса должен сам определять, какую информацию, в какой форме и с помощью каких средств (визуальной, звуковой, тактильной) представлять оператору.

На основании выше сказанного можно сделать вывод о том, что надежность системы во многом определяется не только надежностью технических средств, но и согласованной работой оператора. Адаптация ЧМИ позволить оптимизировать информационный поток к оператору, поддерживать его в состоянии нормальной работоспособности, когда оператор способен полностью перерабатывать все поступающую информацию, без ее пропусков. В результате чего, число ошибок будет минимальным и, как следствие, общая надежность функционирования всей системы повысится, или будет максимальной, при условии заданной надежности технических средств.

Список литературы:

1.            Алиев А. С., Восков Л. С., Ильин В. Н. Интеллектуальные САПР технологических процессов в радиоэлектронике. – М.: Радио и связь, 1991. – 264 с.

2.            Барбашин Д. И., Нистюк А. И. К построению интерфейсов информационно-управляющих и телекоммуникационных систем // Современная российская наука глазами молодых исследователей: тезисы Всерос. конф. (Красноярск, фев. 2011).– Красноярск, 2011. – С. 215–216.

3.            Барбашин Д. И., Нистюк А. И. Моделирование передних панелей телекоммуникационных устройств // Вестник ИжГТУ. – Ижевск: изд. ИжГТУ- 2011. №2. С. 163–165.

4.            Барбашин Д. И. Повышение надежности управляющих систем при проектировании // Наука и техника в современном мире: тезисы Междунар. заоч. конф. (Новосибирск, октябрь 2011). – Новосибирск, 2011. – С. 37–40.

5.            Васильева Е. И. Адаптивный интерфейс - новый этап в человеко-машинном взаимодействии. // Научная сессия МИФИ-2000. Сборник научных трудов.-2000.- Т.3.

6.            Венда В. Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации. – 2–е изд. – М.: Машиностроение, 1982. – 344 с.

7.            Гадасин В. А., Ушаков И. А. Надежность сложных информационно-управляющих систем. – М.: Советское радио, 1975 – 191 с.

8.            Ильичев, А. В. Эффективность адаптивных систем. - М.: Машиностроение, 1987. – 232 с.

9.            Лазарева Т. Я., Мартемьянов Ю. Ф. Основы  теории автоматического управления: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. – 352 с. 

10.       Преснухин Л. Н., Шахнов В. А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. – М.: Высш. шк., 1986. – 512 с.

11.       Сергеев С. Ф., Падерно П. И., Назаренко Н. А. Введение в проектирование интеллектуальных интерфейсов: Учебное пособие.- СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. – 108 с.

12.       Суворов Н. Б. Информационная надежность человека в системах управления. Электрофизиологические аспекты // Информация и космос. 2010. № 3. С. 198-201.

13.       Чураков, Е. П. Оптимальные и адаптивные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1987. – 256 с.

14.       Шибанов  Г. П. Количественная оценка деятельности человека в системах человек – техника. М.: Машиностроение, 1983. – 263 с.

15.       Khalil C. J. The design of multimedia adaptive interface for process control us-ing a multi-agent approach. Loughborough University, 2001 – 393 c.

16.       Laqua S., Brna P. The Focus-Metaphor Approach: A Novel Concept for the Design of Adaptive and User-Centric Interfaces.: INTERACT 2005, 2005, p. 295.

17.       Laqua S., Ogbechie N., Sasse M. Contextualizing the Blogosphere: A Comparison of  Traditional and Novel User Interfaces for the Web. ACM Press, New York, 2006.

18.       Laursen O., Björklund H., Stein G. Modern Man-Machine Interface for HVDC Systems. ABB Power Systems. 2002, p 8.

19.       Railway Safety 03 Т024. Quin 22 RPT final Report Issue № 1, 2002.

20.       Ross E. Intelligent User Interfaces: Survey and Research Directions. www.cs.bris.ac.uk/Publications/Papers/1000447.pdf

21.       Verhoeven R., Harlow R., Hoffman E. PHARE Airborne Evaluation. Pilot Briefing Guide.1998, p 44.