Библиотечный каталог авторефератов Украины

Рис. 8. Спектральна щільність ремнанти випробуваного (___) і її редукований вид (---)

Далі проводилась статистична обробка результатів досліджень по групах та аналіз впливу факторів, визначених в розділі 2, на структуру та параметри досліджуємого каналу людини - оператора.

Звернемо увагу на те, що всі експериментальні дослідження проводилися в середині робочого дня при денному світлі, кожна група досліджуємих містила приблизно однакову кількість осіб чоловічої та жіночої статі.

Вплив вікового фактору. Досліджуємі віком від 20 до 60 років були розділені на 4 вікові групи.

Узагальнені передаточна функція та спектральна щільність ремнанти для всіх груп відповідно мають вид

де К - коефіцієнт підсилення каналу, Т1 і Т2 – постійні часу апроксимуючих ланок, ξ1 і ξ2 –  відносні коефіцієнти демпфірування, τ - час запізнювання в зоровому каналі людини-оператора, fпр. - смуга пропускання частот у зоровому каналі оператора (визначається по ЛАЧХ);

,

Рис. 9. Зіставлення спектральних щільностей ремнанти ”зорових каналів” операторів досліджуваних вікових груп

де σr - інтенсивність сигналу ремнанти, Тr1 і Тr2 – постійні часу апроксимуючих ланок, ξr1 – відносний коефіцієнт демпфірування, Drσ, - дисперсія сигналу ремнанти кожного оператора.

Для наочності змін динамічних характеристик „зорових каналів” операторів досліджуваних вікових груп наведені рисунки (рис. 9 і 10) зіставлення графічних зображень спектральних щільностей ремнанти й логарифмічних амплітудо-частотних та фазо-частотних характеристик (ЛАЧХ і ЛФЧХ) передаточної функції операторів з кожної вікової групи. Кожний з обраних операторів має середні динамічні характеристики „зорового каналу” для своєї вікової групи.

       а                б        

Рис. 10. Зіставлення передаточних функцій ”зорових каналів” операторів досліджуваних вікових груп: а – ЛАЧХ; б-  ЛФЧХ

В таблицях 1 і 2, як приклад, наведені відповідно статистичні оцінки параметрів передаточної функції та спектральної щільності ремнанти „зорових каналів” операторів вікової групи 20-30 років

Таблиця 1

Таблиця 2

Провівши аналіз отриманих даних можна зробити наступні висновки про вплив віку людини на зміну структури й параметрів моделі динаміки „зорового каналу” оператора: вік оператора не суттєво впливає на структуру передаточної функції „зорового каналу” людини-оператора. Найбільша смуга пропускання вхідного сигналу, виявлена в досліджених операторів, що працюють у розімкнутому контурі управління, не перевищує 2,5 Гц. Найкращі динамічні характеристики „зорового каналу” відмічені в операторів у віці від 20 до 40 років, а істотна зміна (погіршення) динаміки „зорового каналу” оператора спостерігається в людей після 50 років (найбільше це проявляється на часі запізнювання реакції оператора, що зростає майже в 3 рази, та на дисперсії спектральної щільності ремнанти, що зростає в 1,5-2 рази).

Вплив деяких особливостей фізіології людини на зміну динаміки її „зорового каналу”. Для оцінки впливу цього фактору був проведений ряд експериментальних досліджень. Всі випробувані особи були розділені на 2 групи залежно від властивості людини виконувати основну роботу правою рукою (перша група) або лівою рукою (друга група).

       а                б 

Рис. 11. Зіставлення передаточних функцій ”зорових каналів” операторів, що працюють правою й лівою рукою: а – ЛАЧХ; б-  ЛФЧХ

Для наочності зміни динамічних характеристик ”зорових каналів” операторів залежно від їхньої основної „робочої” руки наведені рисунки 11 і 12 зіставлення графічних зображень логарифмічних АЧХ та ФЧХ й спектральної щільності ремнанти операторів з кожної групи. Кожний з обраних операторів має середні динамічні характеристики ”зорового каналу” для своєї групи (правша або лівша).

Рис. 12. Зіставлення спектральних щільностей ремнанти ”зорових каналів” операторів, що працюють правою й лівою рукою

Провівши аналіз отриманих даних можна зробити наступні висновки про вплив такої фізіологічної властивості людини, як його здатність виконувати основну роботу правою або лівою рукою: „робоча” рука оператора не впливає на структуру передаточної функції й спектральної щільності ремнанти людини-оператора. Смуга пропускання вхідного сигналу в оператора-лівші несуттєво менша, у порівнянні з людиною, що працює правою рукою. У своїй більшості оператори, що працюють правою рукою, мають кращі характеристики (у середньому по групі оператор-лівша має дисперсію спектральної щільності ремнанти більшу у 2,2 рази та запізнювання реакції людини більше у 2 рази) для сприйняття й відтворення візуального сигналу в порівнянні з операторами-лівшами.

Для дослідження впливу кількості тренувань на зміну динаміки „зорового каналу” людини-оператора був проведений ряд експериментальних досліджень серед випробуваних вікової категорії від 20 до 30 років, що працюють тільки правою рукою.

Для наочного зображення характеру зміни динаміки ”зорового каналу” оператора в залежності від кількості тренувань були побудовані графіки зміни коефіцієнта підсилення, смуги пропускання, часу затримки реакції й дисперсії спектральної щільності ремнанти. Ці залежності для 5 різних операторів представлені на рис. 13- 16.

Рис. 13. Вплив тренувань на коефіцієнт                 Рис. 14. Вплив тренувань на

підсилення передаточної функції оператора                дисперсію ремнанти оператора        

Після аналізу отриманих даних можна зробити наступні висновки про вплив кількості тренувань на зміну структури й параметрів моделі динаміки ”зорового каналу” людини-оператора: кількість тренувань у досліджуваному часовому діапазоні не впливає на структури передаточної функції й спектральної щільності ремнанти оператора, а їхні основні параметри поліпшуються із тренуваннями (у середньому коефіцієнт підсилення збільшився, а дисперсія ремнанти зменшилась майже в 2 рази, смуга пропускання вхідного сигналу збільшилась на 20-30%, запізнювання реакції оператора залишилося майже незмінним).

Рис. 15. Вплив тренувань на        Рис. 16. Вплив тренувань на час

смугу пропускання оператора        запізнювання  реакції оператора

Для дослідження впливу тривалості безперервної роботи на зміну динаміки ”зорового каналу” людини був проведений ряд експериментальних досліджень серед випробуваних вікової категорії від 20 до 30 років, що працюють тільки правою рукою. Задачею операторів було найбільш точне відтворення візуального стохастичного сигналу при безперервній роботі протягом 80 хвилин. Вхідний і вихідний сигнали записувалися кожні 10 хвилин роботи людини. Для наочного зображення характеру зміни динаміки ”зорового каналу” оператора при тривалій роботі були побудовані графіки зміни коефіцієнта підсилення передаточної функції оператора, смуги пропускання, часу запізнення реакції та дисперсії спектральної щільності ремнанти. Ці залежності представлені на рис. 17 - 20.

Рис. 17. Вплив часу роботи на        Рис. 18. Вплив часу роботи на

коефіцієнт підсилення передаточної        смугу пропускання оператора

функції оператора

Рис. 19. Вплив часу роботи        Рис. 20. Вплив часу роботи на

на час запізнювання оператора                дисперсію ремнанти оператора

Провівши аналіз даних графіків можна зробити наступні висновки про зміну динаміки „зорового каналу” оператора при тривалій роботі: час безперервної роботи людини-оператора в досліджуваному часовому діапазоні не впливає на структуру передаточної функції й спектральної щільності ремнанти оператора, а також на його час запізнювання. На початку роботи відзначене погіршення динамічних характеристик ”зорового каналу” оператора, при 20-40 хвилинах – хороша робота, а через 50-60 хвилин безперервної роботи дані характеристики помітно погіршуються (коефіцієнт підсилення зменшується на 30-40%, смуга пропускання зменшується на 10-15%, а дисперсія ремнанти збільшується у 1,5-2 рази) під впливом фактора стомлення. Міра зміни параметрів, що характеризують динаміку „зорового каналу” людини-оператора визначається індивідуальними особливостями кожної людини.

У четвертому розділі приведені результати структурної ідентифікації ”зорових каналів” групи операторів віком від 20 до 30 років, що працюють виключно правою рукою, при їх роботі в замкнутому контурі управління.

Структурна схема замкнутого контуру управління, що включає в себе оператора як його ланку, пояснюється за допомогою блок-схеми, що зображена на рисунку 21.

Рис. 21. Блок-схема системи сприйняття людиною зорової інформації в замкнутому контурі управління

У напівавтоматичному режимі управління літаком робота пілота - оператора (Л-О) полягає в тому, щоб звести до мінімуму сигнал ε(t) - різницю між необхідним програмним g(t) і реальним вихідними сигналами x(t). Головною вимогою до роботи оператора в цьому випадку є забезпечення найбільшої точності відтворення сигналу й внесення в систему найменшої ремнанти r(t). Сигнал розбалансування ε (t) пред'являється людині – операторові на дисплеї комп'ютера (ВП), а вихідним сигналом x(t) служить переміщення маніпулятора комп'ютера.

У якості об’єкту управління були використані моделі динаміки одного з каналів управління літака з різними сталими часу („важкий”, „середній” та „легкий” літак). Їх передаточні функції зображені на рис. 22.

а.                б.

Рис. 22. Зіставлення передаточних функцій каналів „легкого” (light), „середнього” (medium) і „важкого” (heavy) літаків: а - ЛАЧХ об’єкту управління; б - ЛФЧХ об’єкту управління

Після проведення експерименту побудовані передаточні функції та спектральні щільності у графічному та аналітичному виді. На їх основі були побудовані рейтингові таблиці основних параметрів, що кількісно характеризують якість роботи оператора (оператори в кожній групі були ранжируванні по дисперсії спектральної щільності ремнанти). Далі була проведена статистична обробка результатів дослідження та аналіз впливу зміни динаміки об’єкту управління на зміну структури та параметрів досліджуємого каналу людини - оператора.

Узагальнені передаточна функція та спектральна щільність ремнанти для всіх груп відповідно мають вид

Рис. 23. Зіставлення спектральних щільностей ремнанти ”зорових каналів” оператора при управлінні „легким” (light), „середнім” (medium) і „важким” (heavy) літаками

Для наочності зміни динамічних характеристик ”зорових каналів” операторів залежно від зміни динаміки об'єкта управління наведені графічні залежності (рис. 23 і 24) для зіставлення спектральних щільностей ремнанти і передаточних функцій операторів кожної із груп. Обраний оператор має середні динамічні характеристики „зорового каналу” для своєї групи.

а        б

Рис. 24. Зіставлення передаточних функцій ”зорових каналів” оператора при управлінні „легким” (light), „середнім” (medium) і „важким” (heavy) літаками: а – ЛАЧХ; б-  ЛФЧХ

Після аналізу зміни параметрів спектральної щільності ремнанти та її дисперсії від властивостей об’єкту, встановлено, що зміна динаміки обраних об'єктів не впливає на структуру передаточної функції „зорового каналу” людини-оператора, а тільки на її параметри; найменшу ремнанту оператор вносить у контур при управлінні „важким” літаком (у середньому по групі 0,32 см2), а найбільшу - при управлінні „легким” літаком (у середньому по групі 0,45 см2).

У додатках до дисертаційної роботи наведені результати досліджень „зорових каналів” різних груп операторів у графічному вигляді.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розроблено сучасний підхід до оптимальної кількісної оцінки та ранжирування динамічних властивостей „зорового каналу” людини - оператора при роботі в замкнутому та розімкнутому контурах. У результаті проведення досліджень отримані наступні наукові результати:

1. Розроблена методика досліджень та контролю динамічних характеристик кандидатів в оператори щодо процесів сприйняття з моніторів та відтворення стохастичної візуальної інформації. Встановлено, що важливим моментом у запропонованій методиці ідентифікації моделей „зорового каналу” оператора є те, що по величіні дисперсії спектральної щільності ремнанти можна кількісно та оперативно оцінити міру ефективності дій конкретного оператора при роботі в замкнутому та розімкнутому контурах управління. Вперше проведена кількісна оцінка роботи „зорового каналу” оператора в розімкнутому контурі управління з визначенням характеристик ремнанти. Експериментальні дослідження кандидатів в оператори при знятті з моніторів та відтворенні стохастичної візуальної інформації в замкнутому та розімкнутому контурах управління проводились за спеціально розробленим програмним продуктом.
2. У роботі запропоновано використовувати структуру і параметри передаточної функції „зорового каналу” оператора та спектральної щільності ремнанти для адекватної кількісної характеристики динамічних властивостей „зорового каналу” людини при знятті з моніторів та відтворенні стохастичної візуальної інформації. Побудовані моделі динаміки „зорових каналів” операторів дають змогу проводити кількісну атестацію дій оператора в системі управління.
3. Досліджено зміну структури й параметрів передаточної функції й спектральної щільності ремнанти оператора при роботі в розімкнутому контурі управління залежно від деяких факторів. Як основні фактори, що суттєво впливають на динаміку „зорових каналів” людини, були обрані вік оператора, особливості його фізіології (працює людина в основному правою або лівою рукою), час безперервної роботи оператора й кількість тренувань. За результатами обробки експериментальної інформації й аналізу побудованих рейтингових таблиць моделей динаміки кандидатів в оператори зроблені наступні висновки про вплив обраних факторів на зміну структури й параметрів моделей „зорових каналів” операторів.

• Вік оператора сильно впливає на параметри моделі динаміки „зорового каналу” людини-оператора, і має незначний вплив на їхні структури. Найкращі динамічні характеристики (менші час запізнювання реакції оператора та дисперсія ремнанти) „зорового каналу” відзначені в операторів у віці від 20 до 40 років і помітне їхнє погіршення після 50 років (час запізнювання реакції оператора та дисперсія ремнанти різко зростають).
• Робоча рука оператора впливає тільки на параметри моделей динаміки „зорового каналу” людини-оператора без зміни їхніх структур. У своїй більшості оператори, що працюють правою рукою, мають кращі характеристики (час запізнювання реакції оператора та дисперсія ремнанти менші у середньому в 2 рази) для сприйняття й відтворення візуального сигналу в порівнянні з операторами, у яких робочою рукою є ліва (лівшею).
• Кількість тренувань у досліджуваному часовому діапазоні (протягом 5 днів) не впливає на структури передатної функції та спектральної щільності ремнанти оператора, а їхні основні параметри поліпшуються  з кількістю тренувань (крім часу запізнювання реакції оператора). (Якщо порівняти перший та останній експеримент, то у середньому коефіцієнт підсилення збільшується, а дисперсія ремнанти зменшується майже в 2 рази, смуга пропускання вхідного сигналу збільшується на 20-30%)
• Час безперервної роботи людини-оператора в досліджуваному часовому діапазоні не впливає на структуру передаточної функції й спектральної щільності ремнанти оператора, і так само на час запізнювання його реакції. Відзначено зміну ефективності роботи людини при тривалій безперервній операторській діяльності. Ступінь зміни параметрів, що характеризують динаміку „зорового каналу” людини-оператора, визначається індивідуальними особливостями кожної людини.

4. Результати обробки експериментальної інформації й аналіз рейтингових таблиць динамічних властивостей кандидатів в пілоти показали, що зміна динаміки об'єкта управління (різних типів літака) впливає на параметри моделей динаміки „зорового каналу” людини, і має незначний вплив на зміну їхніх структур. Аналізуючи зміни параметрів спектральної щільності ремнанти та її дисперсії, було встановлено, що найменшу ремнанту оператор вносить у контур при управлінні „важким” літаком (у середньому по групі - 0,32 см2), а найбільшу - при управлінні „легким” літаком(у середньому по групі - 0,45 см2).
5. Розроблений підхід до отримання кількісних оптимальних оцінок результатів атестації та ранжирування динамічних властивостей „зорового каналу” людини - оператора при управлінні динамічним об’єктом випробувано на підприємствах Національної академії наук (акти наведені у дисертації). Вважаємо, що він може бути рекомендований для атестації операторської діяльності працівників різних галузей промисловості .

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Блохін Л.М., Держак С. В., Петрова Ю.В. Аналіз і оптимізація точності вимірювальних систем зі збурюючими джерелами первинної інформації. // Вісник НАУ. - 2002. - № 2 (13). - С. 10-14.
2. Блохин Л.Н., Петрова Ю.В. Методологические основы обеспечения и аттестации качества (точности) стационарных стохастических информационно - измерительных систем. // Технічна електродинаміка.  -  2002.  - Частина 9. - С. 53-57.
3. Блохін Л.М., Петрова Ю.В. „Обнулення” функціоналу вимірювальної системи як алгоритм її синтезу. // Вісник ЦНЦ ТАУ № 4 . Київ, 2001. - С. 50-52.
4. Петрова Ю. В. Структурна ідентифікація зорового каналу оператора. // Вісник НАУ. -  2004. -  №3. - С. 78-81.
5. Петрова Ю. В. Методика атестації динамічних властивостей зорового каналу оператора. // Проблеми інформатизації та управління. - 2004. - Випуск 11. -С. 173-176.
6. Петрова Ю. В. Методика і результати новітньої обробки кардіосигналів. // Вісник НАУ. -  2001. - № 4 (11). - С. 126-129.
7. Петрова Ю. В. Некоторые результаты идентификации зрительного канала оператора. // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції АВІА-2004. -К.: НАУ. -  2004.  - С. 26.20-26.23.
8. Петрова Ю. В. Идентификация модели динамики зрительного канала оператора в контуре управления полетом. // Матеріали 11-ої наукової конференції по автоматичному управлінню. - К.: НАУ. -   2004. - С. 89.
9. Петрова Ю. В. Деякі методичні моменти оцінювання властивостей оператора. // Збірник наукових праць МНК студентів та молодих вчених „Політ-2003”. - К.: НАУ. -   2003. - С. 314-317.
10. Петрова Ю. В. Методика і деякі результати первинної обробки даних каналу сприйняття інформації оператором. // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції „Авіа-2003”. - К.: НАУ. -   2003.  - С. 33-37.
11. Петрова Ю. В., Вітте Є.П. Методика ідентифікації „зорового каналу” сприйняття інформації пілотом-оператором. // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції „Авіа-2002”. - К.: НАУ. -   2002. - С. 23.33-23.34.

АНОТАЦІЯ

Петрова Ю. В. Методологія початкового відбору операторів при зніманні візуальної стохастичної інформації (по моделям динаміки „зорового каналу” та критеріальним параметрам людини при її роботі на статичному тренажері). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.14 – авіаційно–космічні тренажери – Національний авіаційний університет, Київ, 2006.

Дисертація присвячена атестації здібності людини до операторської діяльності на підставі структурної ідентифікації моделей динаміки ”зорового каналу” оператора в комплексах напівнатурного моделювання.

В роботі розроблена методика контролю та дослідження динамічних характеристик ”зорових каналів” кандидатів в оператори щодо процесів сприйняття з моніторів та відтворення стохастичної візуальної інформації. Визначено фактори, що суттєво впливають на динамічні характеристики людини-оператора та проведено аналіз впливу цих факторів на зміну структури та параметрів „зорових каналів” груп операторів. Побудовані рейтингові таблиці груп операторів.

Ключові слова: людина-оператор, відбір та атестація динамічних властивостей, структурна ідентифікація, передаточна функція, спектральна щільність,  ремнанта, групи операторів, фактори впливу.

Петрова Ю. В. Методология начального отбора операторов при съеме визуальной стохастической информации (по моделям динамики „зрительного канала” и критериальным параметрам человека при его работе на статическом тренажере). Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.07.14 – авиационно–космические тренажеры – Национальный авиационный университет,  Киев, 2006.

В связи с развитием автоматизации производства и человеко-машинных систем возникает проблема отбора, аттестации и повышения профессиональной подготовки операторов в системах управления. Задачей в решении данной проблемы является проведение отбора, ранжирования и аттестации „зрительных каналов” кандидатов в операторы на основании четких количественных показателей, характеризующих качество съема с монитора и дальнейшего воспроизведения человеком визуальной стохастической информации.

Для решения указанной задачи сформулирована цель и составляющие задачи диссертационного исследования, а именно: разработка методики оптимальных оценок динамических свойств ”зрительного канала” человека - оператора при работе в разомкнутом и замкнутом контурах управления динамическим объектом; разработка программного и материального обеспечения исследований и контроля динамических характеристик кандидатов в операторы; построение рейтинговых таблиц исследуемых групп операторов; исследование изменения динамических характеристик человека в зависимости от ряда факторов (возраст оператора, некоторые особенности физиологии человека, время непрерывной работы и количество тренировок, динамики объекта управления); назначение критериальных параметров для рейтинга.

Результаты решения задач позволили произвести комплексную оценку динамических характеристик ”зрительного канала” исследуемого человека, а также оценить изменение его характеристик в зависимости от характера влияющих факторов (возраста оператора, некоторых особенностей физиологии оператора, времени непрерывной работы или количества тренировок (качество обучения), характеристик моделей динамики объекта управления) при выполнении операторской деятельности, связанной с восприятием визуальной стохастической информации на основании четких количественных показателей.

Используя метод структурной идентификации и спектральный алгоритм обработки экспериментальной информации определены динамические характеристики ”зрительных каналов” (структура и параметры моделей) различных групп операторов.

В результате проведенных исследований установлено изменение моделей динамики ”зрительного канала” при влиянии вышеперечисленных факторов. Предложена процедура ранжирования кандидатов в операторы, а также количественной оценки качества их обучения.

Ключевые слова: человек-оператор, отбор и аттестация динамических свойств, структурная идентификация, передаточная функция, спектральная плотность, ремнанта, группы операторов, факторы влияния.

Petrova Y.V.  Methodology of initial operators selection according to the reading of visual stochastic information (by the dynamics models of the "visual channel” and the human’s criterion parameters during his work with a static simulator). The manuscript.

The thesis is represented for a candidate of technical science degree in speciality 05.07.14 -aerospace simulators – National aviation university, Kiev, 2006.

The thesis is devoted to the human ability attestation of operator’s activity on the basis of structural identification of the human’s dynamics models in scaled-down modeling complexes.

The control and research methodic of operator candidates’ dynamic characteristics of "the visual channel” according to visual perception processes from display and reproduction of visual stochastic information has been developed in the thesis. Considerably influence factors on the dynamic characteristics of person - operator have been determined and the analysis of these influence factors on structure and parameters changes of operators’ groups "visual channels” has been carried out. Rating tables of these operators groups were made.

Key words: the human-operator, selection and certification of dynamic properties, structural identification, the transfer function, the spectral density, the remnant, group of operators, influence factors.

Підп. до друку  10.05.06 . Формат 60×84/16. Папір офс. 

Офс. друк. Ум. друк. арк.. 1,16. Обл. – вид. арк. 1,25.

Тираж 100 пр. Замовлення №           -1. Вид. №

Видавництво НАУ

03680. Київ-680, проспект Космонавта Комарова, 1.

Свідоцтво про внесення до Державного реєстру ДК № 977 від 05.07.2002