УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПИЛОТАЖНОЙ ПЕРЕГРУЗКИ

Полезная модель относится к области эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения в реальном времени с возможностью учета оценки текущей и прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы.
Из уровня техники известно устройство для мониторинга состояния оператора эргатической системы в условиях воздействия пилотажной перегрузки (патент на полезную модель RU №202554), состоящее из корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации; в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтирован USB-порт; в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло и трехрежимный световой индикатор; накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером; блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором; внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани; отличающееся тем, что устройство выполнено в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении; блок приема информации выполнен с возможностью приема по беспроводному интерфейсу информации о частоте пульса, частоте дыхания, температуре тела и влажности кожных покровов человека с датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы и подключенных к встроенному в эту экипировку блоку передачи информации; в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены и соединены с микрокомпьютером датчик ускорений, датчик температуры воздуха и датчик влажности воздуха; а микрокомпьютер выполнен с возможностью расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам ускорений, температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов оператора. Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности автоматической идентификации оператора, занявшего рабочее место, для персонификации определения его состояния.
Технической задачей полезной модели является развитие арсенала устройств для мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в рамках поиска способов эффективного ответа общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий.
Решение технической задачи достигается тем, что устройство для контроля состояния оператора эргатической системы при воздействии пилотажной перегрузки состоит из корпуса, выполненного в виде шара, внутри которого закреплены микрокомпьютер и соединенные с микрокомпьютером по топологии «активная звезда» накопитель с энергонезависимой памятью, блок считывания меток радиочастотной идентификации, блок беспроводного интерфейса, биорадиолокатор и датчик ускорений, причем
излучатель и приемник биорадиолокатора, приемник и передатчик блока беспроводного интерфейса, приемник и передатчик блока считывания меток радиочастотной идентификации выполнены заподлицо внешней поверхности корпуса;
корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса;
внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика ускорений, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности;
заподлицо поверхности корпуса встроен индикатор исправности устройства, соединенный с микрокомпьютером и аккумулятором;
микрокомпьютер выполнен с возможностью определения текущего астрономического времени и расчета оценки состояния оператора эргатической системы по величинам частоты пульса, частоты дыхания оператора и величины перегрузки, определяемой отношением текущего ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли.
Для удобства изготовления устройства его корпус может быть выполнен из двух полушарий, соединенных резьбовым соединением.
Для удобства визуального контроля состояния устройства его корпус может быть выполнен из оптически прозрачного материала.
Для удобства изготовления устройства его корпус может быть выполнен из пластика.
Для устройства от наведенных токов его корпус может быть выполнен из армированной резины.
Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в упрощении контроля состояния оператора эргатической системы за счет автоматической идентификации оператора, занявшего рабочее место, в интересах персонификации определения его состояния в процессе деятельности.
Составные части заявляемой полезной модели известны из уровня техники:
микрокомпьютером является встраиваемая система (англ. embedded system) - специализированная микропроцессорная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система работает будучи встроенной непосредственно в устройство, но в то же время не воспринимается как компьютер (так как не имеет обычного монитора и клавиатуры, не отображает привычной операционной системы и другого программного обеспечения) - модельный ряд микрокомпьютеров насчитывает тысячи наименований и модификаций;
накопитель с энергонезависимой памятью может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №2243588;
биорадиолокатор может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №167288;
блок считывания меток радиочастотной идентификации может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №123279;
блок беспроводного интерфейса может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №2713603;
датчик ускорений (пилотажная перегрузка физически характеризуется величинами ускорений) может быть реализован согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение №2117299;
крепление может быть реализовано согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель №191276;
кабель, которым соединены компоненты заявляемого устройства, обеспечивают двунаправленную передачу сигналов - например, типовой кабель витой пары 6 или 5 категории.
Перед началом применения заявляемого устройства его закрепляют на рабочем месте оператора эргатической системы с помощью крепления так, чтобы излучатель и приемник биорадиолокатора были направлены в область лица оператора эргатической системы.
В снаряжение (экипировку) каждого оператора эргатической системы заранее встраивается метка радиочастотной идентификации. В накопитель с энергонезависимой памятью заносится информация об индивидуальных особенностях состояния всех операторов, которые могут работать на конкретном рабочем месте.
Оператор занимает рабочее место, устройство считывает метку радиочастотной идентификации, идентифицирует оператора.
В процессе деятельности биорадиолокатор с дискретностью, задаваемой микрокомпьютером, направляет в сторону лица оператора радиосигнал, регистрирует этот сигнал, отраженный телом оператора. По результатам обработки сигналом микрокомпьютер определяет частоту пульса и частоту дыхания оператора.
Параллельно с этим датчик ускорений регистрирует уровни ускорений, определяя перегрузку как отношение текущего значения ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли.
По величинам частоты пульса, частоты дыхания, величины перегрузки и длительности рабочей смены (определяемой интервалом времени от момента идентификации оператора с помощью метки радиочастотной идентификации до текущего момента времени) микрокомпьютер определяет оценку текущего состояния оператора.
Методики определения оценки текущего состояния оператора широко известны и изложены в литературе, например
Богомолов А.В., Гридин Л.А., Кукушкин Ю.А., Ушаков И.Б. Диагностика состояния человека: математические подходы. М.: Медицина, 2003. 464 с.
Психофизиологические исследования: теория и практика. Под ред. Г.М. Зараковского. М.: Полет, 2005. 304 с.
Ушаков И.Б., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В. Физиология труда и надежность деятельности человека. Под ред. А.И. Григорьева. М.: Наука, 2008. 318 с.
Ушаков И.Б., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А. Паттерны функциональных состояний оператора. М.: Наука, 2010. 390 с.
Информация о состоянии оператора передается во внешний контур посредством блока беспроводного интерфейса.
Микрокомпьютер с заданной дискретностью опрашивает соединенные с ним компоненты устройства, формируя сигнал об исправности всего устройства, определяющий режим свечения соединенного с микрокомпьютером индикатора исправности устройства, встроенного заподлицо поверхности его корпуса.
Корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован креплением, встроенным заподлицо с поверхностью корпуса.
Внутрь корпуса встроен аккумулятор, обеспечивающий электропитание микрокомпьютера, блока считывания меток радиочастотной идентификации, блока беспроводного интерфейса, биорадиолокатора и датчика ускорений, соединенный с разъемом для подзарядки аккумулятора, встроенным в корпус устройства заподлицо его поверхности.
Состояние оператора эргатической системы в контексте заявляемой полезной модели определяет функциональную надежность его профессиональной деятельности. Применяя заявляемое устройство, оператор эргатической системы обеспечивается информацией о текущем состоянии. Динамика изменения интегрального показателя состояния сохраняется в накопителе с энергонезависимой памятью и может быть использована при решении практических задач анализа динамики состояния в зависимости от режимов и условий эксплуатации эргатической системы.
Факт покидания оператором рабочего места может быть зафиксирован как с помощью биорадиолокатора (отсутствие в принятом радиосигнале модуляций, обусловленных дыханием и сердцебиением), так и с помощью блока считывания меток радиочастотной идентификации (периодический мониторинг наличия метки радиочастотной идентификации, закрепленной за конкретным оператором, в зоне обзора блока считывания меток радиочастотной идентификации). Тем самым можно определять динамику изменения состояния оператора в течение рабочей смены, накапливая, при необходимости, эту информацию в накопителе с энергонезависимой памятью.
Таким образом, цель применения заявляемой полезной модели достигнута.
Описанные элементы заявляемого устройства функционально взаимосвязаны, размещены в одном корпусе и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники - то есть заявляемое устройство представляет собой новое техническое решение.
Конструктивное единство заявленного технического решения обеспечивается тем, что элементы, входящие в состав устройства, выполнены в одном корпусе, соединены проводами по топологии «активная звезда», центральным элементом которой является микрокомпьютер, и запитаны от одного источника питания.
Функциональная взаимосвязь элементов заявленной системы обеспечивается топологией их проводного соединения. Микрокомпьютер анализирует информацию, поступающую от всех других элементов, управляет функционированием устройства в целом.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (НШ-2553.2020.8).