МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК—МАШИНА»

— построение и анализ математических и физических аналогов исследуемой системы или ее элементов. Модельный эксперимент как средство исследования дает возможность воспроизводить и изучать системы, прямой эксперимент над которыми затруднен или экономически невыгоден. При изучении проблемы «человек—машинам применяются различные виды моделирования: математическое, физическое, предметное, с помощью вычислительных машин и др. На рис. изображена блок-схема типичной системы «человек—автомат—объект», а в таблице приведены различные варианты ее моделирования. Таблица составлена с учетом, что пульт управления (ПУ) передает информацию между элементами системы без искажений.

В таблице приняты обозначения: 40 — человек-оператор; АСУ — автоматы системы управления; ОУ — объект управления; М — математическое, Эл - электронное, Пр — предметное моделирование. Математическая модель системы «человек — машина» (в табл. строка 1) строится с помощью математического описания, в котором адекватно отражаются свойства, проявляемые системой в различных условиях. Это описание, сопровождаемое интерпретацией элементов описания и указанием соответствия между экспериментально обнаруженными свойствами системы или ее элементов и свойствами описания, и является моделью системы, отражая в математической форме существующие зависимости, связи и законы. Человека-оператора в этом случае представляют, напр., в виде передаточной функции, используя аппарат дифференциальных уравнений, методы вероятностей теории и математической статистики, абстрактной алгебры, математической логики и т. д.

Блок-схема системы «человек — автомат — объект управления».

С помощью математических моделей можно представить поведение системы под влиянием различных факторов среды, поиск оптимального распределения функций между человеком и автоматами и определение критериев работы системы (надежность, точность, быстродействие и др.). При этом определяются условия, параметры и критерии качества работы осн. элементов системы: требования к объекту управления как элементу системы, количество и вид вспомогательных устройств, необходимый и достаточный для нормального ее функционирования объем информации, выводимой на пульт управления, требования к персоналу и т. д. Так, для описания работы системы управления замкнутой в терминах теории автоматического регулирования была предложена математическая модель человека-оператора, представляющая его в виде системы регулирования со следующей передаточной функцией:

где - коэффициент форсирующего звена; — коэффициент интегрирующего звена, обусловленного инерционностью обработки оператором входной информации и принятия решения; - коэффициент интегрирующего звена, обусловленного нервно-мускульной задержкой оператора; х - время запаздывания человека-оператора. Эта функция определяет зависимость величины двигательной реакции оператора от величины рассогласования между потребным и наличным состояниями объекта (отношение первой ко второй). В дальнейшем эта модель уточнялась, дополнялась и использовалась для изучения конкретных систем; разрабатывались методики получения оптимальных динамических свойств оператора в системе ручного управления. С этой целью вводились корректирующие звенья для

получения передаточной функции управляющей системы подобной передаточной функции пропорционального звена. Предлагались передаточные функции, для построения которых использовался другой математический аппарат, в частности, гармонический анализ, теория вероятностей. Электронное М. с. «ч.-м.» использует большие возможности вычислительной техники. Строились модели таких объектов управления, как мартеновский цех, космический корабль, подводная лодка и т. п. Для моделирования человека-оператора, чья передаточная функция содержит только форсирующее и интегрирующие звенья, может быть использована аналоговая вычислительная машина (АВМ). Если же надо учесть также и время реакции либо используется иной математический аппарат описания, то применяется цифровая вычислительная машина (ЦВМ). Электронное моделирование позволяет проверять правильность различных математических моделей и уточнять их, внося нужные изменения, оно дает возможность легко осуществить связь с элементами системы, моделируемыми с помощью др. средств. В связи с разнородностью элементов системы часто применяется смешанное моделирование. В этом случае одни элементы удобнее моделировать с помощью вычислительных машин, другие — путем предметного моделирования, третьи — вообще не моделировать. Пример такого моделирования приведен во 2-й строке таблицы. 3-й вариант моделирования системы осуществляется для определения объема и вида автоматики, дополняющей оператора, с целью обеспечения качественного управления объектом и для испытания экспериментальных образцов автоматич. системы управления или ее узлов.

При изучении объекта с точки зрения возможности применения уже существующей системы «человек — автомат» (части системы «человек — машина») и при испытаниях опытного образца объекта или ее агрегатов используется 4-й вариант моделирования (см. табл.). Варианты моделирования 2, 3 и 4 используются для анализа отдельных элементов системы. Последние три варианта связаны с синтезом частных систем «человек — автомат», «чело век — объект» и «автомат — объект». При этом выясняются вопросы распределения функций между человеком-оператором и автоматами, определяются ансамбли контролируемых параметров, уточняются требования к персоналу, испытываются опытные образцы элементов системы. Последний вариант моделирования используется при разработке и создании учебных макетов, тренажеров и аппаратуры для целей профессионального отбора и диагностики состояния оператора. Учебные макеты, призванные в наглядной форме демонстрировать принципы работы осн. узлов и агрегатов объекта управления и автоматики, создаются обычно при помощи предметного, физического моделирования. При конструировании тренажеров создаются модели, отражающие не только характеристики, связи и законы управления реальной системы, но и обстановку, в которой приходится действовать оператору, решая задачи управления объектом, причем широко используются отд. элементы и конструкции моделируемой системы.

Модели, используемые для профессионального отбора, имитируют осн. черты деятельности оператора и предназначены для выявления способностей человека к овладению необходимыми навыками (диагностика обучаемости). Контроль за состоянием оператора осуществляется с помощью спец. моделей системы управления (либо ситуаций, возникающих в них), допускающих измерение параметров деятельности, тесно связанных с уровнем работоспособности оператора. Своевременное обнаружение ухудшения состояния оператора позволяет своевременно принимать меры, предотвращающие аварии по вине персонала. См. также Психология инженерная.

Лит.: Чавчанидзе В. В., Гельман О. Я. Моделирование в науке и технике. М., 1966; Система «человек и автомат». М., 1965; Проблемы инженерной психологии, в. А. Л., 1966; Проблемы инженерной психологии. М., 1967 [библиогр. с. 195]; Вопросы бионики. М., 1967: Бионика вчера и сегодня. М.. 1969 [библиогр. с. 188—190].

Ю. Г. Антомопов, В. Е. Кабыкии, В. В. Павлов.