Система человек-машина. (Лекция 2)

1. Лекция 2: Система «Человек-машина» (СЧМ)

2. Преподаватель -

Таранова Евгения Владимировна

3. План лекции:

1. Общая характеристика системы
«человек-машина» (СЧМ)
2. Классификация систем "человек машина"
3. Показатели качества СЧМ

4. 1. Общая характеристика системы «человек-машина» (СЧМ)

Под системой в общей теории систем
понимается комплекс взаимосвязанных и
взаимодействующих между собой элементов,
предназначенный для решения единой задачи.
Под СЧМ понимается система, включающая
человека-оператора и машины, посредством
которой осуществляется трудовая деятельность.
Машиной в СЧМ называется совокупность
технических средств, используемых человекомоператором в процессе деятельности. СЧМ и
является объектом инженерной психологии.

5. Общая характеристика системы «человек-машина» (СЧМ)

Машина – любое техническое устройство,
предназначенное для целенаправленного
изменения материи, энергии или информации.
В эргономике в качестве машин
рассматриваются:
1) производственная техника;
2) непроизводственная техника;
3) военная техника.

6. Общая характеристика системы «человек-машина» (СЧМ)

Человеко-машинная система, или
эргономическая система (от греч. еrgon — работа),
сложная целеустремленная система, включающая:
◦ человека или группу людей (например
оперативный
персонал энергоблока);
◦ техническое устройство — средство деятельности
(например блочный щит управления
энергоблоком);
◦ объект деятельности (собственно энергоблок);
◦ среду, в которой находится группа людей
(котлотурбинный цех).

7. Структурная схема системы "человек-машина"

1.Рецепторы (органы чувств);
2.Средства отображения информации;
3.Центральная нервная система;
4.Информационные логические и вычислительные
устройства;
5. Эффекторы (органы движения);
6.Органы управления.

8. Схематическое представление системы человек -машина

Машина, получив входные
данные, поставляет человеку
информацию, которую он
воспринимает и
интерпретирует, используя
для этого в качестве
устройства для обработки
данных свой мозг. Далее
человек производит
необходимую установку
органов управления
машиной, чтобы изменить ее
выходные данные. Таким
образом, человек и машина
образуют единую систему, в
которой используются
возможности каждого из них.

9. Структурная схема СЧМ

10. Человечеством создано огромное разнообразие человеко-машинных систем, ориентироваться в котором достаточно трудно.

Совокупность "человек-машина" существует
везде:
- в авиации (военной и гражданской),
- на подводных лодках,
- космических аппаратах,
- работа радаров, эхолокаторов, морских подводных
лабораторий;
- автомобилестроение, городской транспорт,
- офисная среда,
- атомные электростанции, горные разраб.,
- интерактивные компьютеры,
- ракетные системы.

11. Общие черты и особенности систем "человек – машина " :

- динамические. Характерные особенности,
присущие СЧМ как сложной динамической системе:
разветвленность структуры между элементами;
разнообразие природы элементов;
перестраиваемость структуры и связей между
элементами; автономность элементов, т.е.
способность их автономно выполнять часть своих
задач.

12. Общие черты и особенности систем "человек – машина " :

- целеустремленные. Системы "человек машина" относятся также к классу
целеустремленных систем. Существенной
особенностью целеустремленных систем является их
способность получать одинаковые результаты
различными способами. Системы этого класса могут
изменять свои задачи; они выбирают как сами
задачи, так и средства их реализации.
Целеустремленность СЧМ обусловлена тем, что в нее
включен человек. Именно он ставит цели,
определяет задачи и выбирает средства достижения
цели.

13. Общие черты и особенности систем "человек – машина " :

- самоорганизующиеся, Система "человек машина" может быть отнесена к классу
самоорганизующихся систем, т.е. систем, способных
к уменьшению неопределенности после вывода их из
устойчивого, равновесного состояния под действием
различного рада возмущений. Это свойство
становится возможным благодаря
целенаправленной деятельности человека,
способности его планировать свои действия,
принимать правильные решения и реализовывать их
в соответствии с возникшими обстоятельствами.

14. Общие черты и особенности систем "человек – машина " :

- адаптивные. Системы "человек - машина"
можно рассматривать и как адаптивные системы.
Свойство адаптации заключается в приспособлении
СЧМ к изменяющимся условиям работы, в
изменении режима функционирования в
соответствии с новыми условиями. До недавнего
времени свойство адаптации СЧМ реализовалось
благодаря приспособительным возможностям
человека, гибкости и пластичности его поведения,
возможности его изменения в зависимости от
конкретной обстановки. В настоящее время ставится
вопрос о создании СЧМ, в которой свойство
адаптации реализуется путем соответствующего
технического обеспечения.

15.

Благодаря техническому перевооружению
производства существенно изменяются функции и
роль человека. Многие операции, которые раньше
были его прерогативой, сейчас начинают выполнять
машины. Однако, каких бы успехов ни достигала
техника, труд был и остается достоянием человека, а
машины, как бы сложны они ни были, являются
лишь орудиями его труда. В процессе труда человек,
используя машины как орудия труда, осуществляет
сознательно поставленные им цели.
Создание эффективной системы человекоператор заключается в поиске оптимального
сочетания возможностей машины и человека.

16. Принципы распределения функций между человеком и машиной:

Принцип преимущественных возможностей.
Основывается на сравнительном анализе возможностей
человека и машины. Определяет рациональное
распределение функций между человеком и техническим
средством. Играет существенную роль в определении
уровня автоматизации комплексов "человек - машина".
Принцип эквивалентности входных и выходных
характеристик человека и технических устройств.
Основывается на анализе потоков информации,
организации каналов связи "техническое устройство человек - техническое устройство". Определяет
количество информации, которое необходимо
предоставлять человеку для обеспечения высокой и
устойчивой работоспособности в течение длительного
времени, выбор сенсорного канала и качеств сигнала.

17. Принципы распределения функций между человеком и машиной:

Принцип резервирования. Отражает
необходимость реализации творческих
возможностей человека, что обеспечивает
поддержание высокой готовности к действию и
сохранение работоспособности.
Принцип максимизации показателей.
Предполагает выделение ведущего параметра
деятельности и обеспечение условий его
реализации.
Принцип ответственности. Предусматривает
распределение функций, исходя из их значимости
в процессе управления.

18. Психологический анализ возможностей человека и машины

19. Психологический анализ возможностей человека и машины

20. Психологический анализ возможностей человека и машины

21. Преимущества и недостатки человека и машины в системе человек-машина

22. Распределение функций в системе «человек и машина»:

На человека следует возлагать выполнение
функций по:
- распознаванию ситуации в целом по её многим сложно
связанным характеристикам, а также при неполной
информации о ней;
- осуществлению функций индуктивного вывода, т.е.
обобщению отдельных фактов в единую систему;
- решению задач, в которых отсутствует единый алгоритм
или нет четко определённых правил обработки информации;
- решению задач, в которых требуется гибкость и
приспособляемость к изменяющимся условиям, особенно
задач, появление которых заранее трудно предвидеть;
- решению задач с высокой ответственностью в случае
возникновения ошибки.
- решение творческих задач, связанных с логическим
анализом ситуации, оценкой и прогнозом её изменений,
должно выполняться человеком

23. Распределение функций в системе «человек и машина»:

Машине следует поручать:
- выполнение всех видов математических расчётов;
- выполнение однообразных, постоянно
повторяющихся операций, реализуемых по заданному
алгоритму;
- хранение и динамическое представление больших
объёмов однородной информации;
- решение задач, требующих дедуктивного вывода,
т.е. получения на основе общих правил решений для
частных случаев;
- выполнение действий, требующих высокой скорости
реакции на команду.
- на машину возлагается выполнение рутинных,
повторяющихся операций, в основном комбинаторновычислительного характера, а также хранение, обработка
и оперативная выдача больших объёмов информации.

24. Основные отличия в возможностях человека и машины:

деятельности человека в СЧМ присуща интегральная
функция, человек способен ее выполнять лучше, чем
машина. Он может оценивать работу системы на основе
самых разнообразных факторов с учетом опыта,
накопившегося по управлению системой;

25. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по возможности восприятия самой разнообразной
информации человек идет пока впереди машины.
Сенсорный вход человека сравнительно широк,
пластичен и гибок. Человек способен замечать оттенки,
тонкости информации, оценивать тенденции ее
изменения, воспринимать информацию по косвенным
признакам, брать ее за расчетными для системы
пределами. Машина же воспринимает только ей
непосредственно адресованные прямые сигналы
(команды);

26. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по скорости восприятия и переработке информации
машина превосходит человека. Человек-оператор в
реальных условиях работы способен воспринимать в
секунду несколько двоичных единиц информации,
машина же в сотни и тысячи раз больше;

27. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по разнообразию возможностей переработки
информации, способности разносторонне
анализировать и синтезировать ее, по гибкости и
тонкости выполнения этих операций человек во много
раз превосходит машину;

28. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по точности и скорости переработки информации
машина впереди. Те задачи, которые машина
способна решать, она решает несравненно быстрее и
точнее человека;

29. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по разнообразию исполнительных функций человек
опережает машину. Его действия более
многообразны, более пластичны; он может легко и
быстро перестраиваться в зависимости от условий,
может находить новые способы исполнения;

30. Основные отличия в возможностях человека и машины:

по скорости выполнения управляющих действий, а
часто и по точности человек уступает машине;
машина, в отличие от человека, не способна
забывать программу, утомляться, отвлекаться.
Человек же, кроме того, подвержен влиянию
разнообразных субъективных факторов, которые
могут отрицательно сказываться на качестве его
действий.

31.

Проведенное сравнение показывает, что можно
выделить ряд функций, которые предпочтительно
возлагать на машину и на человека. Рассмотрим
вариант такого распределения.

32. Машине целесообразно передавать функции, где требуется:

дедуктивное мышление, т. е. способность на основе
общих правил вырабатывать решения для частных
случаев;
выполнение математических расчетов, так как
машина отличается быстродействием и точностью
вычислений;
выполнение однообразных, повторяющихся
операций согласно заданному алгоритму;
хранение в памяти большого количества
информации, которую требуется быстро вводить в
машину;
быстрая реакция на команды.

33. Человеку следует отдавать предпочтение при выполнении функций, где требуется:

индуктивное мышление, способность обобщать,
исходя из отдельных фактов, принимать решения на
основе неполной информации;
узнавание объекта в целом, а не только отдельных
его характеристик;
гибкость и приспосабливаемость к изменяющимся
условиям, особенно к непредвиденным ситуациям;
решение задач при отсутствии алгоритма.

34. Функциональные характеристики человека и машины

Характеристики
Человек
Машина
Способность интегрировать разнородные элементы в единую систему
Выраженная
Ограниченная
Способность к предвидению событий
Высокая
Ограниченная
Способность к решению нечетко сформулированных задач
Высокая
Ограниченная
Способность к распознаванию внешних ситуаций
Высокая
Ограниченная
Способность ориентироваться во времени и пространстве
Выраженная
Ограниченная
Диапазон способов переработки информации
Широкий
Ограничен
Способность формирования образов внешнего мира
Выраженная
Отсутствует
Способность генерировать идеи
Имеется
Отсутствует
Продолжительность непрерывной работы
Незначительная
Большая
Точность и скорость вычислений
Незначительная
Большая
Объем оперативной памяти
Ограничен
Значительный
Способность к обобщению
Имеется
Ограниченная
Способность к обучению
Хорошая
Плохая

35.

Инженерно-психологическое
обеспечение- весь комплекс мероприятий,
связанных с организацией учета человеческого
фактора в процессе проектирования,
производства и эксплуатации СЧМ.

36. Содержание инженерно-психологического обеспечения СЧМ

Этап
жизненного цикла
Аспект инженерно-психологического обеспечения
целевой
Проектирование
Определение функций человека в Разработка
нормативных
и
справочнопроектируемой СЧМ и оценка его методических материалов по инженернопсихофизиологических возможностей психологическому
проектированию
по их выполнению (инженерно- деятельности оператора. Организация труда
психологическое проектирование)
коллектива проектировщиков
Производство
Учет психофизиологических свойств
человека в процессе производства Разработка
нормативных
и
справочно(условия труда, режим труда и отдыха, методических
материалов
по
учету
взаимосвязи операторов в групповой человеческого фактора в процессе производства
деятельности и т.п.)
Эксплуатация
Учет
психофизиологических
возможностей
человека
при Разработка методик по профессиональному
эксплуатации
техники отбору (если это необходимо) и подготовке
(профессиональный отбор, обучение, операторов, подбору коллективов, организации
тренировки,
формирование труда. Разработка нормативных документов,
операторских
коллективов, регламентирующих применение этих методик
организация их труда)
организационнометодический

37. 2. Классификация систем "человек - машина".

Выделяются различные критерии
классификации СЧМ:
А) По степени участия в работе системы человека;
Б) По целевому назначению;
В) По характеристике "человеческого звена"
("человеческого фактора");
Г) По типу взаимодействия человека и машины;
Д) По типу и структуре машинного компонента в СЧМ.

38. Критерии классификации СЧМ:

По степени участия в работе системы
человека:
1) автоматические (работающие практически без
человека);
2) автоматизированные (человек работает вместе с
техническими средствами);
3) неавтоматизированные (человек больше работает
без применения сложных технических средств).

39. Критерии классификации СЧМ:

По целевому назначению:
- управляющие (задачей человека является
управление машиной — автомобилем, самолетом,
прокатным станом и др.);
- обслуживающие, к которым относятся контрольноизмерительные и ремонтные системы;
- обучающие, например тренажеры и имитаторы;
- информационные — локационные и
информационно-поисковые системы;
- исследовательские — информационно-экспертные
системы, моделирующие стенды, измерительные
приборы.

40. Критерии классификации СЧМ:

По характеристике "человеческого звена"
("человеческого фактора"):
1) моносистемы (в их состав входит один человек и
одно или несколько технических устройств)
2) полисистемы (состоят из коллектива операторов,
взаимодействующих с комплексом техни ческих
устройств), где выделяются: "паритетные" (когда все
операторы работают "на равных") и иерархические (с
четкой соподчиненностью операторов).

41. Критерии классификации СЧМ:

По типу взаимодействия человека и
машины:
1) непрерывное, постоянное (например, система
"водитель - автомобиль", в которых человек ведет
постоянный контроль и управление движущимся
объектом или технологическим процессом);
2) эпизодическое взаимодействие (в которых
контроль и управление осуществляются регулярно
(оператор—ЭВМ») или вероятностно («оператор —
система целенаправленного контроля», «наладчик
—станок»).

42. Критерии классификации СЧМ:

По типу и структуре машинного компонента в
СЧМ:
1) инструментальные СЧМ;
2) простейшие человеко-машинные системы. Здесь
требования к человеку существенно различаются в
зависимости от типа устройства, его целевого назначения
и условий применения. Однако их основной особенностью
является сравнительная простота функций человека;
3) сложные человеко-машинные системы включают
помимо использующего их человека некоторую
совокупность технологически связанных, но различных
по своему функциональному назначению аппаратов,
устройств и машин, предназначенных для производства
определенного продукта.
4) системотехнические комплексы.

43. В зависимости от количества уровней управления целесообразно различать СЧМ первого, второго и т.д. порядка.

Структура СЧМ первого порядка включает одного
оператора или группу операторов, выполняющих одну
функцию, и одно или несколько технических звеньев.
СЧМ второго порядка состоит из двух уровней
управления. Примером такой системы является
управление самолетом в зоне аэропорта. Здесь первый
уровень (летчик) осуществляет управление самолетом,
а второй уровень (диспетчер аэропорта) руководит
действиями всех летчиков, самолеты которых
находятся в зоне аэропорта. В системах второго и более
высокого порядка особенно остро встает проблема
организации групповой деятельности.

44. 3. Показатели качества СЧМ

Существует ряд количественных показателей
качества, влияющих на деятельность человека в СЧМС
и в то же время зависящих от его деятельности
1. Быстродействие;
2. Надежность;
3. Точность работы оператора;
4. Своевременность решения задачи СЧМС;
5. Безопасность труда человека в СЧМС;
6. Степень автоматизации СЧМС;
7. Экономические показатели.

45. Качественный показатель:

эргономические показатели —
эргономичность системы, ее управляемость,
обслуживаемость, освояемость и обитаемость. Они
учитывают совокупность специфических свойств
СЧМС, обеспечивающих возможность
осуществления в ней эффективной деятельности
оператора (группы операторов).

46. В целом эргономичность СЧМ предполагает:

а) управляемость системы (социальнопсихологические и психологические
характеристики; возможность контролировать
систему);
б) обслуживаемость (соответствие физиологическим
и психофизиологическим характеристикам
оператора);
в) освояемость (соответствие системы
антропометрическим характеристикам оператора);
г) обитаемость (соответствие гигиеническим
требованиям).