Операционно-логические модели

Модели деятельности оператора в СЧМ

 

При разработке моделей деятельности человека-оператора применяют различные операционно-логические методы, которые позволяют произвести анализ деятельности оператора на основе вероятностной логики и теории алгоритмов, теории вероятностей, массового обслуживания и исследования операций.

Наиболее используемые это:

- Теория автоматического управления;

- Структурно-алгоритмические модели деятельности;

- Операционно-логические модели.

Теория автоматического управления (ТАУ) обладает большим арсеналом методов, которые позволяют анализировать и конструировать самые разнообразные системы управления. Многие из методов могут найти применение при синтезе и анализе в замкнутых системах управления, где регуляторно-контролирующие функции полностью или частично возложены на человека.

Структурно-алгоритмические модели деятельности

Использование структурно-алгоритмических моделей основывается на следующих положениях:

1) моделируется деятельность операторов в эрготических системах, причем оператор интерпретируется как управляющая подсистема в системе управления;

2) специфика деятельности определяется ее объектами управления, целями и условиями;

3) допускается принципиальная алгоритмизуемость деятельности и применяется ее алгоритмизация средствами алгоритмического языка;

4) в динамике деятельность рассматривается как случайный процесс с конечным числом состояний, а в статике – как система элементов (состояний, операций и т.п.), взаимосвязанных с определенными вероятностями, которая описывается специальными стохастическими матрицами и графами.

Операционно-логические модели

При выполнении работы используется один из распространенных методов эргономики – метод алгоритмического описания, который опирается на положение о том, что всякое управление производится при помощи переработки информации, осуществляемой по соответствующим правилам – алгоритмам. Понятие «алгоритм » определяется как совокупность элементарных актов переработки информации. В качестве простейших составляющих алгоритма берутся оперативные элементарные единицы (ОЭЕ), которые как нечто цельное используются человеком в его работе. Такими единицами (элементарными действиями) являются восприятие или извлечение из памяти образов, понятий, суждений, а также действия, простые и сложные, но имеющие законченность в деятельности человека.

Оперативные единицы могут быть двух видов. Во-первых, это логические условия (образ, понятие, суждение), которые фигурируют как информационные единицы в процессе формирования или выбора условия; во-вторых, «операторы », т. е. те или иные действия человека. Заметим, что понятие «оператор» как составляющая алгоритма берется в кавычки, понятие оператор применительно к человеку используется без кавычек. Рабочий процесс рассматривается как совокупность элементарных оперативных единиц переработки управляющей информации.

В логической схеме алгоритма прописными (большими) буквами обозначаются «операторы» (например, А, В, С, К и т. д.), строчными (малыми) буквами – логические условия (например, q, s, m, k и т. д.), определяющие выбор того или иного «оператора».

 

Таким образом, логические схемы являются выражениями, составленными из элементарных операторов и логических усло­вий в той последовательности, которая соответствует описывае­мой деятельности.

Предполагается, что члены схемы «срабатывают» слева на­право. Для того чтобы в одной формуле отобразить все воз­можные варианты последовательности действий, в схеме приме­няют особые символические значки – нумерованные стрелки. Эти стрелки нужны только в том случае когда не выполнено какое-нибудь логическое условие. После каждого логического условия стоит нумерованная стрелка вверх (↑), которая оканчивает­ся в другом месте схемы (↓). Для определения последовательно­сти актов нужно проверить очередное логическое условие и, если оно выполнено, читать следующий член логической схемы, если не выполнено, то искать тот член формулы, к которому спускает­ся стрелка того же номера.

С помощью стрелок (если известно, какие логические усло­вия выполнены и какие не выполнены) можно точно определить порядок осуществления «операторов».

Примером логической схемы может служить следующее вы­ражение:

 

_{2 1 1 2}

↓ Ар ↑ В ↓ Сq ↑ D

 

Для того чтобы читать эту формулу, необходимо составить таблицу выполнения содержащихся в ней логических условий. Эта таблица будет включать в себя следующие четыре варианта:

1) р – выполнено, q – не выполнено;

2) р – не выполнено, q – выполнено;

3) р – выполнено, q – выполнено;

4) р – не выполнено, q – не выполнено.

В первом варианте порядок выполнения действий и, следова­тельно, чтение формулы будет осуществляться следующим обра­зом. Срабатывает первый член схемы – «оператор» А, за ним проверяется логическое условие р и, поскольку оно выполнено, срабатывают последовательно следующие за ним «операторы» В и С. Затем проверяется условие q и, поскольку оно не выполне­но, срабатывает не «оператор» D стоящий следом за ним, а «опера­тор» А, к которому ведет стрелка № 2, начинающаяся у усло­вия q. Затем работа схемы начинается сначала. Таким образом, порядок выполнения действий при этом варианте будет: АВС, АВС,.. .,АВС.

Во втором варианте после «оператора» А срабатывает «опера­тор» С (поскольку условие р не выполнено, и именно к этому «оператору» ведет стрелка № 1 от данного условия) и следом за ним «оператор» D (условие q выполнено и стрелка № 2 не прини­мается во внимание). Порядок работы схемы будет АСD.

Третий вариант предполагает, что все логические условия вы­полнены; в этом случае, как было сказано выше, схема работает без участия стрелок, т. е. срабатывают все «операторы» – АВСD.

В четвертом варианте оба условия не выполнены, поэтому ра­ботают обе стрелки. После «оператора» А срабатывает «оператор» С (по стрелке № 1 от условия р), затем снова «оператор» А (по стрелке № 2 от условия q) и т. д. Следовательно, в этом случае порядок работы «оператора» будет АС, АС,...,АС.

Таким образом, расположение членов логической схемы и расстановка стрелок в ней определяют порядок работы «опера­торов» в зависимости от значе­ний входящих в эту схему ло­гических условий (таблица 1).

 

Таблица 1 – Порядок работы «опера­торов» в зависимости от значе­ний входящих в эту схему ло­гических условий

 

р	q	Порядок работы
1*		АВС, АВС,..., АВС
		АСD
		АВСD
		АС, АС,..., АС
* Единица показывает, что усло­вие выполнено, нуль – что оно не вы­полнено

 

Помимо перечисленных сим­волических обозначений, при­меняемых для записи логиче­ских схем, существует еще один знак – ω (омега), который представ­ляет собой условный символ, не имеющий конкретного со­держания, но необходимый для записи более сложных схем действий, ω – это всегда лож­ное логическое условие, рядом с которым стоит стрелка вверх, так же как рядом с другими логическими условиями. Специ­фическая особенность этого логического условия состоит в том, что после него всегда работает только тот «оператор», к которому ведет стрелка, начинающаяся около всегда ложного условия.

Значение этого чисто условного символического знака видно из следующего примера. В третьем варианте приведенной выше схемы, в котором логические условия р и q выполнены, рабо­тают «операторы» АВСD, и алгоритм заканчивается. Но бывают случаи, когда для фиксации некоторой трудовой деятельности необходимо подчеркнуть, что данная совокупность операций пов­торяется непрерывно. Для этого достаточно в конце алгоритма поставить знак ω со стрелкой, указывающей, какой именно член логической схемы должен работать после него. Тогда приведен­ная выше схема примет следующий вид:

 

_{2, 3 1 1 2 3}

↓ Ар ↑ В ↓ Сq ↑ Dω ↑,

 

Третий вариант схемы вместо того, чтобы заканчиваться, будет протекать бесконечно; АВСD,..., АВСD,..., АВСD,...

Таким образом, знак ω дает возможность зафиксировать повторяемость, цикличность данного ряда операций. Это чисто методическое значение условного знака ω существенно для алгоритмического описания различных видов производственного труда.

При таком методе фиксации действий можно в одной форму­ле, или иначе – в одной логической схеме, отразить несколько вариантов последовательностей выполнения актов (2ⁿ вариантов при п, равном количеству логических условий). Алгоритмиче­ский метод описания процессов управления позволяет в одной формуле дать целую структуру деятельности, причем не только символически обозначить операции, свойственные для того или иного вида деятельности, но и последовательности выполнения действий в зависимости от тех или иных условий.

 

Умственную деятельность дежурного по станции (ДСП) также мож­но фиксировать с помощью логической схемы.

Упрощенно деятельность ДСП состоит в приеме и отправлении поездов, а также в руководстве маневровой работой на станции Все эти действия осуществляют­ся лишь при выполнении целого ряда логических условий. Сле­довательно, в данном виде деятельности основными «оператора­ми» являются:

А – отправление поезда;

В – прием;

С –задержка отправления;

О – задержка приема;

Е – приказ о расцепке поезда;

Р – сообщение с соседней станции о выходе поезда;

G – акты маневровой работы.

Основными логическими условиями, выполнение или невыпол­нение которых так или иначе детерминирует деятельность де­журного, могут быть:

р – наличие свободных путей для приема;

q – соответствие длины подошедшего поезда длине наличных путей;

r – наличие свободного блок-участка удаления;

s – наличие свободных путей для маневровой работы;

ω – всегда ложное логическое условие.

Логическая схема работы ДСП при наличии этих «опе­раторов» и логических условий может иметь следующий вид:

_{7 5 1 2 4 2 3 4,1,3 4 6 7 6 4}

↓ F ↓ р ↑ q ↑ Вω ↑↓ s↑EGE^/G^/ω ↑↓ D↓r ↑ Aω ↑↓ Cω ↑

 

Изменяя значение логических условий, можно получить раз­личные варианты последовательностей работы алгоритма. Всего таких вариантов в данном случае будет 16.

Совершенно естественно, что различные последовательности актов неодинаковы по степени их сложности. Самыми легкими могут считаться варианты 1 и 2, т. е. те случаи, когда либо вы­полнены все условия, либо не выполнено только одно из них – s, которое при выполнении условий р и q может не приниматься во внимание. В этих случаях работа схемы начинается с «опера­тора» F (сообщение с соседней станции о выходе поезда), затем после проверки выполнения условий р и q следует «оператор» В (прием), от которого после ложного условия ω идет стрелка 4 кусловию r, выполнение которого влечет за собой «оператор» А (отправление). После отправления снова сообщение запрашивается с соседней станции (стрелка 7 после ω) и цикл начи­нается сначала. Это нормальная работа ДСП.

Большего напряжения требуют варианты 3 и 10, в которых не выполнено условие r, т. е. занят первый блок-участок удале­ния. Выполнение данного условия не зависит от деятельности ДСП. Освобождение блок-участка определяется скоростью движения отправленного ранее поезда. Поэтому ДСП при­ходится систематически проверять условие r и задерживать по­путный поезд («оператор» С) до тех пор, пока r не будет выполне­но. Наиболее сложными могут считаться последовательности опе­раций 9, 11, 12, в которых не выполнено условие q, т. е прибы­вающий поезд длиннее имеющихся станционных путей. В этом случае стрелка под цифрой 2 после условия q приводит к про­верке условия s (наличие путей для маневровой работы), и если последнее выполнено, то производится расцепка поезда и уста­новка его частей на разных путях («операторы» ЕG).

Работа станции включает в себя обычно несколько логиче­ских схем, систему алгоритмов. Остановимся на работе неболь­шой станции.

Основная работа этой станции может быть схематически представлена следующим образом:

F – констатация приближения поезда (расписание, сообщение с соседней станции);

А – установка одной половины поездного маршрута (нечетного);

В – установка одной половины поездного маршрута (четного);

А₁ – установка второй половины поездного маршрута (нечетно­го);

B ₁ – установка второй половины поездного маршрута (четного).

Р – организация мероприятий по ремонту.

Эти операции осуществляются ДСП в зависимости от выполнения или невыполнения следующих логических условий:

с – исправность централизации;

п – удаление предыдущего поезда;

к – готовность последующей станции принять поезд;

ω – всегда ложное логическое условие.

Задержка действия обозначается через соответствующий сим­вол с чертой наверху.

При такой символике «операторов» и логических условий логи­ческая схема алгоритма основной поездной работы может быть изображена следующим образом.

 

_

_

_

_

_{4 7 1 5 2 6 3 4 2 5 3 6 1 7}

↓ F ↓ c ↑↓ n ↑ A (В)↓ k ↑ A ₁(В ₁) ω ↑↓ Ak (В) ω ↑↓ A ₁(В ₁) ω ↑↓ Pω ↑

 

Последовательность актов в том случае, когда нет никакого осложнения в работе, будет иметь следующий вид: Fcп А (В) kA ₁(В ₁).

Это первый вид задач. Вторым видом задач можно считать те случаи, когда нормальная работа нарушается невыполнением одного из основных логических условий, например исправностью централизации, и нужно организовать целый ряд мероприятий по устранению неполадок. Схематически этот вид задач может быть охарактеризован как FсР при с = 1, пА (В)kA ₁(В ₁).