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.
|
|
|
|
↓ 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).