ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 8

Инженерно-экономический

(факультет)

Кафедра экономики и управления на предприятии машиностроения

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 8

по дисциплине Безопасность жизнедеятельности

Тема Исследование инерционности человека- оператора

Разработали студенты: Седнева П.

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Бочаров В.

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Максимов М.

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Медвецкий В.

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Защищена ___________________ Оценка ________________________

дата

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНЕРЦИОННОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Цель работы: освоить методику экспериментальной оценки профессиональных качеств человека-оператора в системе «человек-­машина».

Теоретические сведения

Одной из особенностей труда в современных условиях является интенсификация технической деятельности человека, те. ускорение темпов работы и повышение уровня напряжённости его психической деятельности для достижения большей результативности. Одним из показателей результативности деятельности является снижение количества ошибок , допускаемых оператором в системе «человек-машина». При этом ошибка человека определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещённого действия), которое может явиться причиной повреждения оборудования или имущества либо нарушения нормального хода запланированных операций.

О роли человеческого фактора говорит статистика: только 8-10% работающих в промышленности соответствуют по своим

психофизиологическим характеристикам профессиональным требованиям. Этим обстоятельством, в частности, обусловлено более 40% автодорожных происшествий, в результате которых на планете ежегодно погибают более 250 тысяч и получают травмы более 7 миллионов человек; 65% производственных травм в шахтах; до 90% нарушений режимов работы тепловых электростанций и т.д. По мнению большинства специалистов в области безопасности, по вине человека (а не техники) происходит 60-90% всех случаев производственного травматизма. Так, специальные исследования одного из производств в нашей стране показали, что в 76,5% производственных травм виновниками были сами пострадавшие, а в 6,1% случаев - их коллеги и лишь в 10,7% случаев несчастье происходило в результате неполадок технических систем.

Таким образом, можно с достаточной уверенностью утверждать, что существенным резервом повышения безопасности и эффективности трудовой деятельности на производстве является психологическое совершенствование системы защитных мероприятий с учётом возможностей и специфических закономерностей поведения человека в различных ситуациях.

Разработка машин и систем, полностью использующих, но не превышающих возможностей человека, является сложной технической задачей, решением которой занимаются специалисты (инженеры и психологи), владеющие методами качественного и количественного анализа процессов взаимодействия человека и машины.

Любая задача, с которой сталкивается человек при взаимодействии с окружающим его миром, оказывается заданной во времени, В трудовой деятельности показатель времени выступает в качестве главного критерия производительности и эффективности. Особое значение он приобретает в деятельности человека-оператора, где несоблюдение временного критерия расценивается как недостижение цели со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Наиболее скоростными операторскими профессиями на сегодняшний день считаются различные транспортные профессии как водительские (летчик, шофер, машинист и т.д.), так и диспетчерские (систем управления движением). Жесткие временные параметры типичны и для деятельности операторов по управлению технологическими процессами, энергетическими системами, атомными установками и т.п.

Для авиадиспетчера обычно достаточным является темп поступления информации около 4 и выше бит/мин. Причем эта информации требует немедленной переработки и формирования управляющего воздействия. Если учесть, что каждое полученное сообщение требует до 10 элементарных действий по его обработке, то жесткие временные рамки деятельности авиадиспетчера станут еще более очевидны.

Столь же высокий принудительный темп характеризует и деятельность железнодорожных диспетчеров и операторов. При работе сортировочной горки главная операция - роспуск отцепов (80 вагонов за 6-8 мин, интервал между вагонами 4-5 с). При этом оператору необходимо в течение 2-3 с осмыслить последовательность и выполнить до 5-6 переключений по управлению замедлителями. Промедление управляющих действий на 0,5 - 0,7 с может привести к крушению.

Еще более остро проблема дефицита времени стоит в аварийных ситуациях по сравнению с обычными условиями деятельности. Например, при сбоях в функционировании сортировочной горки динамическая интенсивность работы оператора увеличивается на 30-35%, а логическая сложность в целом на 50%.

Очень высок принудительный темп и сложен характер работы летчика. Временные характеристики отдельных этапов действия летчика в условиях реального полета для ряда аварий составляют: время обнаружения аварии - 0,8-1,2 с, считывание информации с табло - 1 ,7-24 с и общее время принятия решения - 2,5-3,6 с. При этом необходимо учитывать, что летчику нередко приходится работать в условиях таких скоростей, которые превосходят возможность его восприятия. Так при полете со скоростью ЭМ у пилота возникает иллюзия. Пилот видит те предметы, которые находятся на расстоянии 100 м позади самолета. Это обусловлено несоизмеримостью временных характеристик зрительного восприятия и движения сверхскоростного самолета.

дефицит времени при вождении автомобиля часто является причиной дорожно-транспортных происшествий. Поэтому быстрота реакции, как один из важнейших навыков водителя, во многом обеспечивает безопасность движения. Время реакции водителя на неожиданно возникающий тормозной сигнал может колебаться в широких пределах от 0,4 до 1,5 с в зависимости от профессионального опыта и индивидуальных психофизиологических особенностей водителя. Следовательно, и длина тормозного пути автомобиля при всех прочих равных условиях может значительно изменяться. Так, при скорости движения автомобиля 60 км/ч длина тормозного пути увеличивается от 6,8 м для времени реакции 0,4 с до 28,8 м для времени реакции 1,5 с. Водители, время двигательных реакций у которых превышает установленные нормы, к управлению автомобилем допускаться не

ДОЛЖНЫ.

Для того, чтобы отреагировать на тот или иной сигнал, оператор должен прежде всего его воспринять. Возможность получать и оценивать информацию об окружающей среде человеку обеспечивают анализаторы (сенсорные системы). Анализатор - это специальная подсистема центральной нервной системы, включающая три анатомически и функционально связанных между 4 собой элемента: рецепторы (периферийный отдел анализатора), нервные проводящие пути ₍проводниковый отдел) и мозговой центр (центральный отдел).

Рецепторы являются датчиками сенсорных систем. Они представляют собой специальные клетки или окончания чувствительных нервных волокон, способные возбуждаться при действии раздражителя^. Полученная рецепторами информация, закодированная в нервных импульсах, передаётся по нервным путям в центральные отделы соответствующих анализ анализаторов коры головного мозга, где она анализируется и осуществляется выбор или разработка программы ответной реакции. Таким образом, обнаружение стимула осуществляется в результате преобразования процесса возбуждения в процесс ощущения и осознания.

Основной характеристикой любого анализатора является его чувствительность. для того, чтобы стимул вызвал процесс его ощущения, должен быть создан такой уровень физического раздражения рецептора, при котором физиологическое возбуждение анализатора превысит его внутренние - биологические шумы. Минимальную интенсивность физического раздражителя_, при достижении и превышении которой появляется его ощущение, называют нижним, или абсолютным, порогом ощущения. В зависимости от вида раздражителя абсолютный порог измеряется в единицах давления, энергии, температуры, концентрации и т.п.

Если интенсивность раздражителя, превысив абсолютный порог, будет продолжать увеличиваться, то после достижения ею какого-то предельного значения адекватное ощущение стимула станет невозможным. В этом случае человек получает ощущение боли. Максимальную интенсивность раздражителя, которую возможно адекватно ^ощущ^ать и сверх которой такое ощущение становится невозможным, называют верхним порогом ощущения.

Наряду с нижним и верхним порогом широко используются такие понятия, как дифференциальный порог ощущения и латентный период. дифференциальный (различительный) порог

- чувствительности - это минимальное изменение интенсивности раздражителя, которое возможно распознать по разяще в ощущениях. Различают абсолютные и относительные дифференциальные пороги, характеризуемые соответственно значениями ‚⌂J и ‚⌂J /1ОО% ,где J - исходная интенсивность.

Латентный период - время, проходящее от начала воздействия раздражителя до возникновения ощущений. Этот показатель характеризует инерционность анализаторов, те. запаздывание ощущений человека по отношению к внешнему воздействию.

Кроме названных характеристик, в инженерной психологии находят применение показатели спектральной чувствительности, пространственного и временного порогов.

Диапазон спектральной чувствительности определяется для анализаторов. чувствительных к изменению частотных характеристик сигнала (зрительного, слухового, вибрационного), как все переходные значения от нижнего до верхнего порога ощущений по частоте или длине волны.

Показатели пространственного порога устанавливают минимальные размеры раздражителя, площадь рецепторов, на которые он воздействует, и их взаимное расположение; временного порога - минимальную длительность воздействия, необходимую для возникновения ощущения.

Функционирование анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низкая и высокая температуры, вибрация, перегрузки, интенсивные потоки информации, утомление, вызванное длительной работой, состояние стресса и т.п. - все эти факторы вызывают различные изменения характеристик анализаторов.

Чтобы обеспечить достаточную надёжность деятельности человека-оператора при приёме и анализе сигналов в любых условиях, для практических расчётов рекомендуется использовать не абсолютные и дифференциальные пороги чувствительности к различным сигналам, а оперативные пороги, характеризующие некоторую оптимальную различимость сигналов. Обычно оперативный порог в 10/15 раз выше , соответствующего абсолютного и дифференциального. Психофизическими опытами установлено, что величина ощущений человека изменяется медленнее, чем интенсивность раздражителя. Количественное соотношение между интенсивностью ощущений и интенсивностью раздражителя устанавливает закон Вебера-Фехнера, который выражается у равнением:

Где Е - интенсивность ощущений; k - интенсивность раздражителя; Jо –

абсолютный порог; k и C - константъi, определяемые данной сенсорной системой.

Закон утверждает, что при линейном увеличении интенсивности ощущений (Е) интенсивность раздражителя (J) растёт логарифмически.

Являясь звеном в системе «человек-машина», оператор чаще всего реагирует на сигналы с помощью слухового и зрительного анализаторов. Рассмотрим работу зрительного анализатора.

В промежутке времени tо - tз на глаз человека действует световой сигнал. Но зрительное ощущение этого возникаёт не в момент to, а в момент t1. Промежуток времени о-1i представляет собой латентный (скрытый) период. для большинства людей этот период составляет в среднем 0,15/0,22с.

Возникнув в момент времена t1, зрительное ощущение развивается не сразу, а постепенно, и достигает своего максимума в момент времени t2, после чего оно сохраняется в течение всего времени действия светового сигнала. После окончания воздействия раздражителя (момент tз) зрительное ощущение исчезает не сразу , а также постепенно и заканчивается в момент времени t4. Промежуток времени tз/ t4 – это время инерции ощущения.

Что касается длительности латентного периода для слухового анализатора, то она зависит как от уровня силы звука, так и от его частоты и составляет в среднем О,12+О,18с.

В общем виде деятельность человека-оператора характеризуется быстродействием и надёжностью.

Критерием быстродействия (инерционности) является время решения задачи, те. время от момента появления сигнала (стимула) до момента окончания управляющих воздействий. Обычно это время прямо пропорционально количеству преобразуемой человеком информации:

,

где а - скрытое время реакции, те. промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора (а=0,2+0,6с); b - время переработки одной единицы информации (b=0,15/0,35с); Н - количество перерабатываемой информации; Vоп - средняя скорость переработки информации (Vоп=2-4ед/с) или пропускная способность. Vоп характеризует время, в течении которого оператор постигает смысл информации; зависит от его психологических особенностей, типа задач, технических и эргономических особенностей систем управления.

Время реакции является количественным показателем максимальной скорости, с которой протекают у данного человека-­оператора нервные процессы при разрешении рассматриваемой задачи. Вместе с тем, поскольку скорость реагирования зависит от физического и психологического состояния человека, она может служить также показателем этих состояний.

Наиболее элементарной разновидностью реакции оператора является сенсомоторная реакция, которая осуществляется в виде восприятия информации оператором и совершении заданного ему движения (нажатия кнопки, перемещения рычага и т.т.). Основной показатель такой реакции - время складывается в основном из всех составляющих: латентного периода и моторного акта.

Простая сенсомоторная реакция (типа А) заключается в ответе заранее заданным простым движением на внезапно появляющийся, но заранее известный сигнал. Подобным образом оператор реагирует на аварийный сигнал в тех случаях, когда такой сигнал требует срочной и однозначной реакции.

другим типом сенсомоторной реакции является сложная реакция (типа В), в которой осуществляется предельно быстрое различение поступившего сигнала среди ряда возможных и выбор из имеющихся способов ответных действий такого, который соответствует этому сигналу.

Третий тип сенсомоторной реакции (тип С) возникает в тех случаях, когда испытуемому предъявляют два или несколько сигналов и ему следует реагировать на какой-либо из них, оставляя без внимания остальные.

На основании статистики для элементарного сенсомоторного акта время реакции оператора составляет 0,3+0,5 с.

Применительно к системе управления, элементом которой является человек, требуемое быстродействие оператора определяется продолжительностью цикла управления:

(1)

где Тц - общая продолжительность цикла управления; Ё время задержки сигнала в i-м звене машины; п - число машинных звеньев; tоп - время пребывания информации на обслуживании (т.е. время реакции оператора).

При заданных значениях Тц и известных ti, (обычно приводятся в паспортных данных на устройство) от оператора требуется быстродействие:

(2)

Постоянная времени оператора оп при реализации принятых им решений является одним из важнейших профессиональных качеств. В связи с этим возникает необходимость количественной оценки этого показателя, как на стадии предварительного профессионального отбора, так и в процессе нормирования труда оператора.

Надёжность человека-оператора определяет его способность выполнять в полном объёме возложенные на него функции при

определённых условиях работы. Надёжность деятельности оператора характеризуют безошибочность, готовность, восстанавливаемость, своевременность и точность.

Безошибочность оценивается вероятностью безошибочной работы, которая определяется как на уровне отдельной операции, так и в целом на уровне всего объёма работы.

Вероятность Р_] безошибочного выполнения операционного Вида и интенсивность ошибок , допущенных при этом, применительно к фазе устойчивой работы определяется на основе статических данных:

;

,

Где Nj-общее число выполняемых операций J-го вида; С₃ - число допущенных при этом ошибок ti - среднее время выполнения операции J-го вида. Рj=0,.9/0,995.

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени:

,

где ТБ - время, в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию; Т - общее время работы человека-оператора.

Восстанавливаемость оператора оценивается вероятностью исправления им допущенной ошибки:

,

где Рк - вероятность выдачи сигнала контрольной системой; Р₀бн - вероятность обнаружения сигнала оператором; Ри - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении всей операции.

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных им ошибок.

Своевременность действий оператора оценивается вероятностью выполнения задачи в течении заданного времени:

,

Где - функция распределения времени решения задачи оператором; - лимит времени, превышение которого рассматривается как ошибка.

Эта же вероятность может быть определена и по статистическим данным как:

Где и - общее несвоевременно выполненное число задачь.

Точность- степень отклонения измеряемого оператором количественного параметра системы от его истинного, заданного или номинального значения. Количественно этот параметр оценивается погрешностью, с которой оператор измеряет, оценивает, устанавливает или регулирует этот параметр:

Где Аи – истенное или номинальное значение параметра; А оп – фактически измеренное или регулируемое оператором значение этого параметра.

Значение погрешности, превысившее допустимые пределы, является ошибкой и ее следует учитывать при оценке надежности.

Лабораторная установка

В качестве лабораторного оборудования используется рефлектометр, позволяющий измерить времреакции оператора на аудио- и видеосигналы. Функционально прибор позволяет:

А) демонстрировать появление одного из восьми сигналов, в том числе и комбинированного, а именно:

Включение красного светодиода;

Включение зеленого светодиода;

Одновременное включение светодиодов;

Тональный сигнал частотой 1 кГц;

Тональный сигнал частотой 0,2 кГц;

Одновременное включение обоих светодиодов и тонального сигнала частотой 0,2 кГц;

Включение красного светодиода одновременно с тонального сигнала частотой 0,2 кГц;

Включение зеленого светодиода одновременно с тонального сигнала частотой 0,2 кГц;

Б) измерять времяреакции оператора на появление одного из указанных выше сигналов с точностьюдо 1 03с;

в) проводить эксперименты на базе одного заранее выбранного сигнала.

Схематическое изображение панели прибора приведено на рис.2.

Рис.2. Панель прибора:

1 - светодиод «сеть включена». 2 - ^пр^ед^охр^{анитель}; З - красный

светодиод;4 - зеленый светодиод;5 - тумблер «сеть»; б -
четырехразрядное световое табло; 7 - кнопка «красный светодиод»;

8 - кнопка «зеленый светодиод»; 9 - кнопка «красный +зеленый светодиоды»; 10 - кнопка «тональный сигнал частотой02 кГц>; 11

кнопка «тональный сигнал частотой 1 кГц»; 12 - контроль

прохождения сигнала0,2 кГц; 13 - контроль прохождения сигнала1,0 кГц; 14 - кнопка "запуск"; 15 - тумблер "повторное включение";

16 - мнемосхема панели

Прибор работаетследующим образом. Послевключения тумблера«сеть» 5 загорается желто-зеленый светодиод1, на цифровом таблопоявляется произвольный набор цифр. Тумблер 15выключен. Нажатием на кнопку14 «обнуляем» табло,при этомодновременно происходит запуск генератора чиселслучайной последовательности. Через 12-14 с схема выдает команду на включение одного из восьми указанных сигналов. Включение сигналов равновероятно (Р=О, 125). Одновременно с появлением сигнала начинается отсчет времени. Счетчик может считать до 9,0 с, после чего счет прекращается. После возникновения зрительного (слухового) ощущения необходимо нажать на кнопку в соответствии с мнемосхемой, имеющейся на панели прибора. При комбинированном сигнале (звук + свет) необходимо нажать уже на две соответствующие кнопки. Нажатием кнопки прекращается процесс счета, а зафиксированное на табло время характеризует «инерционность» человека-оператора. Этим завершается одноразовая проверка. Поскольку оценка сенсомоторной реакции человека-оператора предполагает определенную статистику, нажатием на кнопку 14 цикл испытаний повторяют необходимое число раз.

При необходимости экспериментирования с постоянным заранее известным сигналом поступают следующим образом. Измеряя оп указанным выше способом, ожидают появление интересующего сигнала, фиксируют время и после этого включают тумблер 15. Теперь при нажатии на кнопку 14 будет появляться только этот сигнал.

для восстановления первоначального режима работы прибора тумблер 15 необходимо выключить.

Экспериментальная часть

Таблица 1 – Исходные данные

Исходные данные	Вариант
Тц *С

Таблица 2 – Полученные данные

№ опыта
Tоп,с:А	0,177	0,251	0,201	0,268	0,212	0,219	0,191	0,152	0,219	0,169
Tоп,с:Б	0,589	0,758	0,593	0,344	0,997	0,840	0,606	0,817	0,764	0,700

Где Xi – значение tоп, полученные в экспиременте;

– вероятность появления данного значения Xi,

Mx=0,626 – для случая А,

Mx= 0,872 – для случая Б.

2 Определение дисперсию Dx случайной величины Mx:

Dx=0,0872- для случая А,

Dx=0,0160- для случая Б.

3 Определим среднеквадратичное отклонение:

Qx=0,295- для случая А,

Qx=0,127- для случая Б.

4 Определим диапазон значений tоп с учетом Qx:

Для А:

Tопmax=Mx+ Qx,

Tопmin=Mx- Qx,

Tопmax=0,921,

Tопmin=0,331.

Для Б:

Tопmax=Mx+ Qx,

Tопmin=Mx- Qx,

Tопmax=0,99,

Tопmin=0,745.

5 Проверим условия (2):

Где Тц – общее время ригулирования системы, состоящей из n блоков и человека – оператора;

ti- время задержки процесса регулирования в i-м блоке.

0,921<1,-для А

0,99<1, для Б.

Вывод: на основании количественного анализа проведенных экспериментов можно заявить, что оператор пригоден к работе.