Надежность эргатических составляющих морских тренажерно-обучающих систем

УДК 623.592:519.718 А. Л. Боран-Кешишьян,

канд. техн. наук, доцент, ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова;

Е. В. Хекерт,

д-р техн. наук, профессор, ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова

НАДЕЖНОСТЬ ЭРГАТИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МОРСКИХ ТРЕНАЖЕРНО-ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ

RELIABILITY OF ERGATIC COMPONENTS OF MARINE SIMULATION TRAINING SYSTEMS

В статье изложены основные методы и модели оценки надежности эргатических составляющих морских тренажерно-обучающих систем.

The article defines the general methods and models for reliability estimation of ergatic components of marine simulation training systems.

Ключевые слова: тренажерно-обучающие системы, надежность систем «человек-машина», надежность эргатических составляющих технических систем.

Key words: simulation training systems, reliability of man-machine systems, reliability of ergatic components of technical systems.

НА сегодняшний день в современных международных требованиях и отечественных программах подготовки специалистов морского флота наиболее активно применяются и постоянно внедряются новые тренажеры. Применение данных сложных технических систем при профессиональной подготовке, переподготовке и повышении квалификации плавсостава вызывает необходимость решения проблем и задач, связанных не только с организационно-методическими аспектами профессионального обучения на тренажерно-обучающих системах (ТОС), но и с вопросами определения их структуры, классификации и эффективности применения. Одним из важнейших аспектов эффективности и оценки качества профессиональной подготовки моряков на ТОС является оценка их надежности. Вопросы оценки надежности технических систем и программного обеспечения могут быть представлены в терминах теории вероятностей, что предполагает точную числовую меру значения надежности указанных объектов. При этом расчет надежности технических систем базируется на трех основных допущениях: 1) предполагается взаимная независимость по надежности элементов техники, а следовательно, независимость возникновения отказов;

2) считается, что функционирование техники дискретно; 3) имеет место линейность, которая предполагает, что реакция технической системы на сумму входных сигналов равна сумме реакций на каждый выходной сигнал в отдельности. Исследования показывают [1, с. 358-367], что в отношении человека-оператора эти допущения не работают. Поэтому анализ надежности его работы должен включать в себя, кроме чисто количественного подсчета ошибок и нарушений и изучения их временного распределения, еще и качественный анализ ошибок и отказов по их характеру, важности и степени их влияния на конечный результат операторской деятельности. Поскольку основным условием надежности деятельности человека-оператора является поддержание заданного уровня работы на протяжении определенного отрезка времени, надежность работы человека-оператора может быть определена как особенность сохранять оптимальные рабочие параметры личности (индивида).

Из ряда количественных показателей, используемых при оценке надежности указанного класса систем, в область изучения надежности человека-оператора могут быть перенесены следующие:

Выпуск 2

Выпуск 2

1) вероятность нахождения человека-оператора в работоспособном состоянии в момент времени I, обозначаемая Р(0;

2) функция готовности Г() — вероятность того, что человек-оператор работоспособен в любой, случайно выбранный момент времени ^2 > ^ которая через некоторое время принимает постоянное значение, называемое коэффициентом готовности КГ;

3) среднее время между двумя отказами (безопасной работы) — 7];

4) среднее время пребывания человека-оператора в подмножестве работоспособных состояний после восстановлений — 72.

Кроме того, в качестве вспомогательных показателей можно использовать: общее число отказов (ошибок) за данный промежуток времени и процент выполненных (несорванных отказами) заданий.

В эргономике и инженерной психологии не принято рассматривать надежность собственно человека-оператора, а, как правило, рассматривается надежность системы «человек-машина» (СЧМ). В нашем случае это система «руководитель тренажерной подготовки-средства управления», которая характеризуется показателями структурной надежности Р(), КГ , 7], Т в отличие от функциональной, характеризуемой вероятностями безошибочного и ошибочного выполнения действий, математическим ожиданием и дисперсией времени их выполнения [2].

В любой момент времени система «человек-машина» СЧМ находится в некотором состоянии надежности X. из множества возможных X, х. Е X. Последовательность переходов системы из состояния в состояние представляет собой случайный процесс перемещения системы в пространстве состояний (траекторию). Подмножество Х0 < X означает подмножество неработоспособных (отказовых) состояний, а подмножество Хр = X / Х0 — работоспособных состояний, при ^ = 0 система находится в начальном состоянии х. Если система может перейти из /-го состояния в любое другое х. Е X, то множество X эргодичное. Выделение подмножеств Х0, Хр , состояния

X и установление факта эргодичности множества X всегда может предшествовать построению

Я.

моделей структурной надежности восстанавливаемых нерезервированных СЧМ. Предполагается, что потоки событий перехода системы из состояния в состояние являются простейшими, что позволяет получать оценки структурной надежности снизу, то есть фактические показатели всегда будут выше. При этом случайный процесс изменения состояний будет однородным марковским процессом с непрерывным временем.

В [3, с. 3-10] показано, что математические модели для оценки структурной надежности СЧМ зависят от степени автоматизации, вида функций человека-оператора и режима восстановления технической (машинной) и эргатичекой (человеческой) составляющих. С учетом этого СЧМ может находиться в следующих состояниях:

1) человек работоспособен, техника исправна (Ч, Т);

2) человек неработоспособен, техника исправна (Ч, Т);

3) человек работоспособен, техника неисправна (Ч, Т);

4) человек неработоспособен, техника неисправна (Ч, Т).

Надежность технической составляющей характеризуется интенсивностью отказов X и интенсивностью восстановления ц, а эргатической — интенсивностью отказов £ и интенсивностью восстановления работоспособности V. Графы на рис. 1 иллюстрируют виды СЧМ, состоящей из специалиста Ч, осуществляющего функции по управлению (оператора или эргатического резерва) или обслуживанию (ремонту) технической части Т.

В соответствии с определением СЧМ решение задач управления может осуществляться только при совместном участии оператора и технической части. Кроме того Ч может осуществлять восстановление Т и быть эргатическим резервом. Восстановление как Ч, так и Т может быть независимым (рис. 1, а) и зависимым, когда Т восстанавливается Ч, находящимся в работоспособном состоянии (рис. 1, б).

а

Рис. 1. Графы соответствующие различным видам СЧМ: а — с независимым восстановлением связи с эргатическим резервом, б — с зависимым восстановлением с и без эргатического резерва

Введены дополнительные безразмерные коэффициенты, характеризующие:

X _з

1) относительную структурную надежность техники р = — = 10 — 1;

Ц

I _3

2) относительную структурную надежность специалиста С0 = — = 10 —1;

V

X -з з

3) соотношение безотказности техники и специалиста К = — = 10 —10 .

Для расчета показателей структурной надежности для СЧМ с эргатическим резервом и независимым восстановлением можно воспользоваться следующей формулой:

1X0 =

*г =

Т1 =-. 1 %

Отнеся тренажерно-обучающие системы к представителям СЧМ, возникает задача оценки надежности эргатических звеньев (руководителя тренажерной подготовки и обучающихся). В эргономике и инженерной психологии рассматриваются два вида надежности эргатических звеньев СЧМ: функциональная (вероятностные показатели безошибочности и быстродействия) и структурная (вероятностные показатели готовности). Однако чаще всего рассматривается надежность функционирования и готовности СЧМ.

На основании вышесказанного можно сделать вывод о необходимости разработки новых методов и моделей расчета и анализа надежности сложных тренажерно-обучающих систем из-за неполной информации о надежности их эргатических элементов.

Список литературы

1. Небылицин В. Д. Надежность работы оператора в сложной системе управления / В. Д. Не-былицин // Инженерная психология. — М.: Изд-во МГУ 1964.

Выпуск 2

2. Попович П. Р. Эргономическое обеспечение деятельности космонавтов / П. Р. Попович, А. И. Губинский, Г. М. Колесников. — М.: Машиностроение, 1985. — 272 с.

3. Губинский А. И. Исследование эффективности судовых автоматизированных систем управления / А. И. Губинский, В. В. Кобзев, Ю. Б. Гречко // Тр. ЦНИМФ. — 1971. — Вып. 146.

4. Недзельский И. И. Морские навигационные тренажеры: проблемы выбора / И. И. Недзель-ский. — СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2006. — С. 40.