Показатели качества системы «человек – машина»

 2. Показатели качества системы «человек – машина».

Любая СЧМ призвана удовлетворять те или иные по­требности человека и общества. Для этого она должна обладать определенными свойствами, которые заклады­ваются при проектировании СЧМ и реализуются в про­цессе эксплуатации. Под свойством СЧМ понимается ее объективная способность, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Количественная характеристика того или иного свойства системы, рассматриваемого применительно к определенным условиям ее создания или эксплуатации, носит назва­ние показателя качества СЧМ.

В нашей стране разработана определенная номенкла­тура показателей качества промышленной продукции. Она включает в себя 8 групп показателей, с помощью кото­рых можно количественно оценивать различные свойства продукции. К ним относятся: показатели назначения, на­дежности и долговечности, технологичности, стандартиза­ции и унификации, а также эргономический, эстетический, патентно-правовой и экономический показатели.

Не рассматривая подробно все показатели, остановимся лишь на тех из них, которые влияют на деятельность чело­века в СЧМ или зависят от результатов его деятельности.

Быстродействие (время цикла регулирования T_ц) опре­деляется временем прохождения информации по замкну­тому контуру «человек — машина»:

k

Т_ц=∑ t_i

 i=1

где T_ц — время задержки (обработки) информации в i-м звене СЧМ; k — число последовательно соединенных звеньев СЧМ; в качестве их могут выступать как техниче­ские звенья, так и операторы.

Надежность характеризует безошибочность (правиль­ность) решения стоящих перед СЧМ задач. Оценивается она вероятностью правильного решения задачи, которая, по статистическим данным, определяется отношением

P_пр=1 – m_ош / N

где m_ош и N — соответственно число ошибочно решенных и общее число решаемых задач.

Важной характеристикой деятельности оператора яв­ляется также точность его работы. На этой характеристике следует остановиться особо, ибо в ряде случаев происхо­дит некоторое смешение ее с надежностью. В каче­стве исходного понятия для определения обеих характери­стик используется понятие «ошибка оператора», для расчета обеих характеристик предлагаются одинаковые фор­мулы и т. д. Фактически же надежность и точность пред­ставляют собой различные показатели, характеризующие разные стороны деятельности оператора. Правильное тол­кование обоих этих показателей дается в работе.

Под точностью работы оператора следует понимать сте­пень отклонения некоторого параметра, измеряемого, уста­навливаемого или регулируемого оператором, от своего истинного, заданного или номинального значения. Коли­чественно точность работы оператора оценивается величи­ной погрешности, с которой оператор измеряет, устанавли­вает или регулирует данный параметр:

 

Y= I_н - I_оп

где I_н — истинное или номинальное значение параметра; I_оп — фактически измеряемое или регулируемое операто­ром значение этого параметра.

Величина погрешности может иметь как положитель­ный, так и отрицательный знак. Понятия ошибки и погреш­ности не тождественны между собой: не всякая погреш­ность является ошибкой. До тех пор пока величина погрешности не выходит за допустимые пределы, она не является ошибкой, и только в противном случае ее следует считать ошибкой и учитывать также при оценке надежности. Понятие погрешности наиболее важно для тех случаев, когда измеряемый или регулируемый оператором параметр представляет непрерывную величину. Так, например, мож­но говорить о точности определения координат самолета оператором радиолокационной станции и т. д.

 В работе оператора следует различать случайную и си­стематическую погрешности. Случайная погрешность опе­ратора оценивается величиной среднеквадратической по­грешности, систематическая погрешность — величиной математического ожидания отдельных погрешностей. Ме­тоды их определения приведены в работах.

Своевременность решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена за время, не превышающее допустимое:

Т_доп

 Р_св = Р {Т_ц < Т_доп} = © φ (Т) dT,

 0

где φ (Т) — функция плотности времени решения задачи системой «человек — машина».

Эта же вероятность по статистическим данным оцени­вается по выражению

 

Р_св= 1 – m_нс / N

где m_нс — число несвоевременно решенных СЧМ задач.

При определении величин m_ош и m_нс, а следовательно, и при оценке вероятностей P_пр и Р_св не имеет значения, за счет каких причин (некачественной работы машины или некачественной деятельности оператора) неправильно или несвоевременно решена задача системой «человек — ма­шина».

Поскольку большинство СЧМ работают в рамках опре­деленных временных ограничений, то несвоевременное решение задачи приводит к недостижению цели, стоящей перед системой «человек — машина». Поэтому в этих слу­чаях в качестве общего показателя надежности исполь­зуется вероятность правильного (Р_пр) и своевременного (Р_св) решения задачи

Р_смч= P_прР_{св ,}

Такой показатель используется, например, при приме­нении обобщенного структурного метода оценки надежно­сти СЧМ [см. 31].

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается веро­ятностью безопасной работы

 n

Р_счм= 1 - ∑ P_{воз I} P_{ош I} ,

i=1

где Р_{воз i} — вероятность возникновения опасной или вред­ной для человека производственной ситуации i-го типа; Р_ОШi — вероятность неправильных действий оператора в i-й ситуации; n — число возможных травмоопасных ситуаций.

Опасные и вредные ситуации могут создаваться как тех­ническими причинами (неисправность машины, аварийная ситуация, неисправность защитных сооружений), так и нарушениями правил и мер безопасности со стороны лю­дей. При этом, в условиях автома­тизированного производства, когда контакт человека с ра­бочими частями машин и оборудования сравнительно неве­лик, большая роль в возникновении опасных и вредных для человека ситуаций принадлежит психофизиологическим факторам. Их влияние также нужно учитывать при опреде­лении показателя Р_бт.

Степень автоматизации СЧМ характеризует относи­тельное количество информации, перерабатываемой авто­матическими устройствами. Эта величина определяется по формуле

 

K_a= 1 – Н_оп / Н_смч ,

где Н_оп — количество информации, перерабатываемой опе­ратором; Н_счм — общее количество информации, цирку­лирующей в системе «человек — машина».

Для каждой СЧМ существует некоторая оптимальная степень автоматизации (k_oпт), при которой эффективность СЧМ становится максимальной. При этом чем сложнее СЧМ, тем больше потери эффективности из-за неправильного выбора степени автоматизации. Это видно из сравнения кривых 1 и 2 на рис. Оптимальная сте­пень автоматизации устанавливается в процессе решения задачи распределения функций между человеком и ма­шиной.

 

Зависимость эффективности СЧМ от сте­пени автоматизации: 1 — для простых систем; 2 — для сложных систем

Экономический показатель характеризует полные за­траты на систему «человек — машина». В общем случае эти затраты складываются из трех составляющих: затрат на создание (изготовление) системы С_и, затрат на подго­товку операторов С_оп и эксплуатационных расходов С_э. По отношению к процессу эксплуатации затраты С_и и С_оп являются, как правило, капитальными. Тогда полные при­веденные затраты в СЧМ определяются выражением

Wсчм=С_э + Е_н(С_оп + С_и),

где Е_н — нормативный коэффициент экономической эффек­тивности капитальных затрат.

При заданной величине W_счм путем перераспределения затрат между отдельными составляющими С_и, С_оп и С_э можно получить различные значения общей эффективно­сти СЧМ. И, наоборот, заданная эффективность СЧМ мо­жет быть обеспечена с помощью различных затрат в зависимости от распределения их между отдельными состав­ляющими. Методы технико-экономической оптимизации СЧМ (получение заданной эффективности при минимуме W_счм или получение максимума эффективности при задан­ной величине W_счм) путем перераспределения затрат С_и, С_оп и С_э .

Большое значение при анализе и оценке СЧМ имеют эргономические показатели. Они учитывают совокупность специфических свойств системы «человек — машина», обеспечивающих возможность осуществления в ней дея­тельности человека (группы людей). Эргономические по­казатели представляют собой иерархическую структуру, включающую в себя целостную эргономическую характе­ристику (эргономичность СЧМ), комплексные (управляе­мость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость СЧМ), групповые (социально-психологические, психологические, физиологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели.

С помощью рассмотренных показателей можно оценить одно или несколько однотипных свойств СЧМ. Иногда их может оказаться недостаточно для решения инженерно-психологических задач (например, при выборе одного из нескольких конкурирующих вариантов СЧМ). В этом слу­чае нужно дать интегральную оценку качества системы «человек — машина» как совокупности всех ее основных свойств. Для этого используется понятие эффективности СЧМ, под которой понимается степень приспособленности системы к выполнению возложенных на нее функций. При определении эффективности СЧМ необходимо учесть сле­дующие правила: для получения полной интегральной оценки следует учитывать всю совокупность частных показателей каче­ства СЧМ;

частные показатели должны входить в общую оценку с некоторым «весом», характеризующим их важность в данной системе;

поскольку частные показатели имеют различный физи­ческий смысл и измеряются в разных величинах, они дол­жны быть приведены к безразмерному и нормированному относительно некоторого эталона виду.

При этом следует отметить, что все частные показа­тели с точки зрения их влияния на эффективность могут быть повышающими (надежность, безопасность, своевре­менность и т. п.) или понижающими (затраты, время решения задачи и др.)- Поэтому нормирование производится следующим образом:

для повышающих показателей

Э_i= E_i / E_{max i}

для понижающих показателей

Э_i= E_i / E_mini

где Э_i и E_i — соответственно нормированное и абсолютное значение i-го частного показателя; E_maxi и e_{min i} — макси­мальное (минимальное) значение

 i-гo частного показа­теля, которое имеет существующая или проектируемая аналогичная система.

Эффективность системы представляется как некоторая совокупность частных показателей. Чаще всего применя­ется аддитивная функция

n

Э_счм= ∑  a_i Э_i

i=1  

где а_i- — «весовые» коэффициенты, сумма которых должна быть равна единице; n — число учитываемых частных по­казателей.

При выполнении рассмотренных условий величина Э_cчм принимает значения в пределах от нуля до единицы и пред­ставляет собой своеобразный «коэффициент полезного действия» системы «человек — машина».