Для оценки качества функционирования СЧМ, к которой относится рассматриваемая система ГРС мегаполиса, авторами статьи предложено применить обобщенный структурный метод (ОСМ) функционально-структурной теории, разработанной проф. Губинским А.И., основанный на изучении алгоритмов деятельности человека-оператора и количественной оценке качества его деятельности [1,6].
Под алгоритм деятельности оператора СЧМ понимается предписание, определяющее содержание и последовательность действий оператора в системе "человек-машина" (ГОСТ 26387-84. Система "человек-машина". Термины и определения.)
В соответствии с ОСМ надежность деятельности человека в СЧМ определяется надежностью выполнения им функций по управлению техническими средствами и их обслуживанию. При этом надежность деятельности человека обычно представляется в виде структурной и функциональной надежности. Под структурной надежностью понимается свойство человека сохранять работоспособность в течение заданного времени в определенных условиях. Функциональная надежность определяется как свойство человека выполнять предписанные функции в соответствии с заданными требованиями в течение определенного периода времени и в тех же условиях. Эта надежность позволяет оценить качество деятельности человека в конкретных СЧМ.
При анализе процесса выполнения человеком своих функций в СЧМ одним из показателей качества деятельности является число безошибочно выполненных операций. Поскольку ошибки обусловлены вариабельностью характеристик человека, этот показатель должен носить вероятностный характер. При наложении ограничений на количество ошибок показатель приобретает надежностный смысл. Составляющую функциональной надежности, характеризующую свойство человека выполнять предписанные функции в соответствии с заданной программой, принято называть функционально-программной надежностью.
Так как время выполнения отдельных операций – величина случайная, то другим показателем качества выполнения функций будет быстродействие. При наложении ограничений на время выполнения человеком операций показатель своевременности приобретает надежностные характеристики. Составляющую функциональной надежности, характеризующую свойство человека выполнять предписанные функции в заданные интервалы времени, называют функционально-временной надежностью.
Кроме того, показателем качества деятельности человека является точность выполнения им предписанных функций. Составляющую функциональной надежности, характеризующей свойство человека выполнять предписанные функции с заданной точностью, называют функционально-параметрической надежностью.
При оценке упомянутых выше составляющих функциональной надежности следует исходить из того, что любая деятельность человека в СЧМ может быть описана трехуровневой системой:
• Нижний уровень представлен операционными единицами;
• Средний уровень – функциональными единицами;
• Верхний уровень – программными единицами.
Под операционной единицей понимают отдельный психофизиологический акт или комбинацию, до которой расчленяются действия или деятельность человека.
Совокупность операционных единиц, представляющая собой в структуре деятельности человека функционально самостоятельный блок операций, составляет функциональную единицу, а группа или комбинация функциональных единиц, объединенных в законченную программу, составляет программную единицу.
Показателями функционально-программной надежности операционных единиц является вероятность безошибочного (β1) и ошибочного (β0=1 - β1) выполнения операций, а показателями функционально-временной надежности операционных единиц - вероятность своевременного выполнения операций, т.е. выполнения ее за время t, не превышающее предельно допустимое время τ: β1(τ)=Р{t≤τ} и вероятность несвоевре-менного выполнения операций β0(τ)= [1- β1 (τ)].
В качестве предельного закона распределения случайной величины – времени, затрачиваемого на выполнение единицы деятельности, может быть принято гамма-распределение, где параметры распределения выражаются через моменты:
α=M(t) / D(t); β= M(t) / D(t);.
где α – параметр, определяющий форму кривой распределения; β – масштабный коэффициент.
При больших параметрах α (α˃10…12) в качестве предельного закона распре-деления времени, затрачиваемого на выполнение единицы деятельности, можно исполь-зовать нормальный закон. Таким образом, для определения показателей функционально-временной надежности необходимо знать математическое ожидание и дисперсию времени выполнения единиц деятельности.
Количественные показатели надежности человека на уровнях функциональных и программных единиц могут быть получены на основании анализа структуры его деятельности. Такой анализ реализуется в следующем порядке:
• Деятельность человека декомпозируется на программные, функциональные и операционные единицы
• Экспериментальным путем определяют надежностные показатели операционных единиц (безошибочность и время выполнения операций)
• Через известные характеристики декомпозированных элементов вычисляют надежностные показатели деятельности на уровне программ.
При декомпозиции деятельности вначале выделяют основные блоки операций, при невыполнении или ошибочном выполнении хотя бы одного из которых цель не будет достигнута. Затем выделяют вспомогательные функциональные единицы, т.е. блоки операций, введение которых в структуру деятельности обусловлено требованием увеличения вероятности безошибочного выполнения операций и необходимости в которых не было бы при идеально надежной работе человека и технических средств.
Основные функциональные единицы деятельности и их характеристики безоши-бочности и быстродействия и формулы, по которым производится расчет количественных значений функциональных блоков, приведены в [1,6].
В соответствии с [1,6] к основным функциональным единицам относятся рабочие блоки операций, логические или альтернативные блоки и блоки операций задержки, а к вспомогательным – блоки операций, обеспечивающих диагностический и функциональ-ный контроль. Описание основных функциональных единиц представлено в Табл. 1 [1,12].
Под сенсорной единицей деятельности понимают блок операций, описывающий функционирование человека по восприятию (считыванию) информации с помощью зрительного, слухового и других сенсорных входов.
Моторная единица – это блок операций, предусматривающий реализацию механических и речевых воздействий на органы управления, регулировки и т.д.
Логическая (альтернативная) единица представляет собой блок операций, описывающий процесс выбора человеком одной из двух или нескольких альтернатив на
основании анализа информации, отображаемой различными средствами.
Блок операций задержки является функциональной единицей, предусмат-ривающей предписанное инструкцией ожидание человеком момента, с которого он должен начать или продолжить выполнение своего алгоритма. Эта функциональная единица включает операцию задержки, необходимой для «переключения» человека на новый вид деятельности или выполнения новых операций, а также время ожидания, пока произойдет отработка необходимых функций используемыми техническими средствами.
Функциональный контроль включает реализуемые человеком операции по установлению правильности выполнения определенной основной единицы или несколь-ких основных единиц. В СЧМ с одним оператором эта функциональная единица означает контроль оператором своей собственной деятельности, а в системах с несколькими взаимосвязанными операторами – либо самоконтроль, либо контроль другого, чаще всего подчиненного оператора.
При производстве расчетов показателей качества функционирования алгоритма деятельности оператора при проведении функционального контроля следует помнить следующее правило: К11 + К01 = 1 и К00 + К10 = 1 (см. Табл. 1).
Диагностический контроль представляет собой выполняемую специалистом последовательность операций по установлению работоспособности технических средств, с которыми этот специалист взаимодействует в данной СЧМ. При производстве расчетов показателей качества функционирования алгоритма деятельности оператора при проведении диагностического контроля следует помнить следующее правило:
П11 + П01 = 1 и П00 + П10 = 1 (см.Табл. 1).
Декомпозиции деятельности на функциональные и операционные единицы должно предшествовать составление алгоритма деятельности (АД) оператора в описательной форме с изложением всех его действий и указанием порядка их выполнения в зависимости от тех или иных условий. Для функционирующей СЧМ такой алгоритм составляется на основании инструкции и руководства по эксплуатации, а для проектируемой - на основе предыдущего опыта проектирования образца или аналога с соответствующими изменениями и дополнениями, связанными с особенностями новой проектируемой СЧМ.
При декомпозиции дробление деятельности выполняется «сверху вниз», т.е. начинается с выделения программных единиц, которые впоследствии декомпозируются на функциональные единицы, и, наконец, для определения показателей надежности функционирования единиц каждая из них представляется в виде совокупности операционных единиц.
Переход от словесного описания программы действий оператора или алгоритма его деятельности к формализованной записи заканчивается составлением структуры деятельности на уровне операционных единиц, для которых могут быть заданы количественные характеристики надежности их выполнения. Если деятельность человека в данной СЧМ неясна до уровня операционных единиц, то структура составляется до уровня функциональных единиц в виде совокупности типовых блоков, для которых известны аналитические выражения по определению характеристик функционально-программной и функционально-временной надежности.
Указанные типовые блоки и расчетные зависимости для определения их характе-ристик приведены в [1,6], где приняты следующие обозначения:
β s1, βs0 – соответственно, вероятность безошибочного и ошибочного выполнения эквивалентного блока,
Тр, Тф, – соответственно, время выполнения основных (рабочих) единиц и функционального контроля.
Др, Дф - соответственно, дисперсия времени выполнения основных (рабочих) единиц и функционального контроля.
По результатам расчетов АД операторов СЧМ с учетом полученных опытным путем количественных характеристик можно сделать вывод о ее соответствии заданным требованиям по надежности человеческого звена.
Под структурой деятельности оператора понимается пространственно-временная организация выполнения алгоритма деятельности человека-оператора. Эта организация складывается из двух групп процессов, существенно отличающихся по их роли в деятельности оператора. Первая группа — поведенческие информационные и биомеха-нические преобразования, составляющие суть трудового процесса; иначе — это последовательность выполняемых оператором действий. Вторая группа — процессы, обеспечивающие выполнение этих преобразований (действий) в психическом (мотивы, потребности, установки, характер эмоциональных реакций т. п.), энергетическом (проте-кание вегетативных процессов) и биохимическом отношениях. Другими словами, первая группа определяет внешнюю, видимую сторону структуру деятельности оператора, вторая группа — ее внутреннюю сторону, обеспечивающую выполнение требуемых действий [7].