Показатели качества систем «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 (особенность), 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, экологический и экономический показатели.

Не рассматривая подробно все показатели (это не является задачей инженерной психологии), остановим­ся лишь на тех из них, которые влияют на деятельность человека в СЧМ или зависят от результатов его дея­тельности.

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

(3.1)

где t_i — время задержки (обработки) информации в i-м звене СЧМ; к — 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

(3.2)

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 [8]. 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 [122].

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:

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 среднеквадратичес-кой погрешности, систематическая погрешность — ве­личиной математического ожидания отдельных погреш­ностей. Методы их определения приведены в работах [93, 122, 168].

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

(3.3)

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

Эта же вероятность по статистическим данным оценивается по выражению

(3.4)

где т_нс — число несвоевременно решенных СЧМ задач.

При определении величин m_ош и m_нс, а следователь­но, и при оценке вероятностей Р_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 (Р_св) своевременного решения задачи

(3.5)

Такой показатель используется, например, при применении обобщенного структурного метода оцен­ки надежности СЧМ [35].

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается вероятностью безопасной работы

(3.6)

где Р_воз. — вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации i-ro типа; Р_ош. — вероятность неправильных действий опе­ратора в i-й ситуации; п — 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, как отмечалось выше, 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

(3.7)

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_опт), при которой эффек­тивность СЧМ становится максимальной (рис. 3.2). 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. 3.2. Оптимальная степень автоматизации устанавливается в процессе решения задачи распределения функций между человеком и машиной.

Рис. 3.2. 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_ии С_оп являются, как правило, капи­тальными. Тогда полные приведенные затраты в СЧМ определяются выражением

(3.8)

где Е_н — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных затрат.

При заданной величине W_CЧM 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_C4M или получение мак­симума эффективности при заданной величине W_C4M) путем перераспределения затрат С_и, С_оп и С_э, рассмот­рены в работе [85].

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. Общие методические рекомен­дации по их определению приведены в работе [215].

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

(3.10)

для понижающих показателей

(3.11)

где Э_i и E_i — соответственно нормированное и абсо­лютное значение i-гo частного показателя; Е_mах. и E_min. — 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

(3.12)

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

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