Буров Олександр Юрійович



Сторінка1/5
Дата конвертації26.12.2016
Розмір0,94 Mb.
  1   2   3   4   5







Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства



Буров Олександр Юрійович
УДК 81.95.53;81.95.57;81.93.03; 331.101


ЕРГОНОМІЧНІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ СИСТЕМ ПРОГНОЗУВАННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЛЮДИНИ-ОПЕРАТОРА НА ОСНОВІ

ПСИХОФІЗІОЛОГІЧНИХ МОДЕЛЕЙ ДІЯЛЬНОСТІ

05.01.04 - Ергономіка




Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків - 2007


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-дослідному інституті проблем військової медицини Збройних Сил України


Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Герасимов Борис Михайлович,

Військовий інститут Київського національного університету ім.Тараса Шевченка, професор кафедри військового управління, м.Київ.


Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Скуріхін Володимир Ілліч, Міжнародний науково-учбовий центр інформаційних технологій і систем НАНУ і МОНУ, завідувач відділу автоматизованих систем обробки даних, м.Київ;
доктор технічних наук, професор

Самсонкін Валерій Миколайович,

Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України Міністерства транспорту та зв’язку України, директор, м.Київ;


доктор технічних наук, професор

Рева Олексій Миколайович,

Навчально-льотний центр Закритого акціонерного товариства “Міжнародна акціонерна авіаційна компанія “УРГА“, директор, м.Кіровоград.



Провідна установа: Національний авіаційний університет Міністерства

освіти та науки України, кафедра безпеки життєдіяльності, м.Київ.


Захист відбудеться „____” ___________________ 200 р. о __________ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.089.03 у Харківській національній академії міського господарства за адресою: 61002, м. Харків, вул. Революції, 12
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківської національної академії міського господарства за адресою: 61002, м. Харків, вул. Революції, 12

Автореферат розісланий „____” ____________ 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат технічних наук, доцент Линник І.Е.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Одним із шляхів вирішення триєдиного завдання ергономіки - забезпечення високої ефективності праці людини, її безпеки та комфорту - є створення психофізіологічного забезпечення працездатності людини, насамперед оператора ергатичної системи, який дедалі частіше й вагоміше впливає на всі аспекти життя людства. Макроергономічний підхід передбачає системне вирішення питань аналізу певного виду діяльності, проектування її оптимальних умов, відбір та пристосування людини до цієї діяльності, вирішення технічних та організаційних питань забезпечення ефективної та безпечної праці. У той же час, узагальнюючи відомі офіційні дані, можна прийти до висновку: економічні й соціальні втрати авіаційних, транспортних, енергетичних, хімічних та нафтохімічних компаній зумовлені тим, що від 50 до 80% всіх аварій та порушень технологічного режиму трапляються з вини оперативного персоналу. Високоточні оцінка й прогноз працездатності оператора є необхідною складовою управління ефективністю та надійністю всієї ергатичної системи. Тому значні зусилля (наукові, фінансові, ресурсні) витрачаються на підвищення працездатності людини-оператора на корпоративному (окремі компанії, їх регіональні об’єднання), державному й міждержавному (МАГАТЕ, програми Європейського Союзу, НАТО тощо) рівнях.

Однак слід визнати, що незважаючи на істотне удосконалення методів і засобів професійної підготовки операторів, впровадження різних типів тренажерів і посилення контролю спеціальних знань та стану здоров’я експлуатаційного персоналу підвищення надійності операторської діяльності залишається невирішеною проблемою. Аналіз аварій на блочних ТЕС України показав, що однією з головних причин їх виникнення (35%) є невідповідність психофізіологічних можливостей операторів професійним вимогам. У зв’язку з цим особливого значення набуває розробка ефективних психофізіологічних методів прогнозування успішності освоєння та реалізації професійної діяльності операторів.

Роботи з психофізіологічного (ПФ) і медичного забезпечення професійної працездатності операторів ведуться в декількох напрямах, на кожному з яких відбір і збереження інформації про людину має свої особливості й вади: професійний добір, професійна підготовка, періодичний та поточний контроль. При цьому, точність прогнозу працездатності оператора залишається або недостатньою з огляду на потреби практики, або взагалі не оцінюється, що не дозволяє забезпечити допуск до роботи тільки операторів з високою ефективністю та надійністю праці.

Таким чином, існує протиріччя – практика вимагає точного й надійного прогнозу працездатності оператора з метою управління ефективністю ергатичної системи, а існуючі підходи до вибору показників і методів прогнозування не забезпечують необхідну точність через відсутність концепції та обґрунтованого підходу до вибору й оцінки найбільш інформативних психофізіологічних показників працездатності оператора. Реалізація такої концепції є одним з можливих шляхів підвищення надійності людської ланки ергатичних систем, інструментом підтримки оптимального рівня нервового напруження людини та запобігання, як наслідок, несприятливим змінам здоров’я.



Зв'язок з науковими програмами, планами й темами. Робота виконана в науково-дослідному відділі психофізіології військової праці НДІ проблем військової медицини ЗСУ (у межах НДР «Рекрут» та „Синдром-3”), а також в рамках досліджень у відділі ергономіки Національного інституту дизайну (НДР №1144 "Разработка автоматизированной системы психофизиологического контроля (первичный профотбор) оперативного персонала ГЕС" та №1146 „Разработка автоматизированной системы психофизиололгического контроля (предсменный контроль) оперативного персонала ГЕС”, №3 „Разработка системы оценки темпов старения персонала Змиевской ГРЭС”, №27 „Психофизиологическое оценивание состояния оператора”, Харківського інституту льотчиків, університету м.Гронінген (Нідерланди) “Зміни психофізіологічного стану під час виконання експериментальних задач”, при підтримці гранту НАСА NN-28 „Комп'ютерна оцінка настрою та виконання діяльності”.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності функціонування ергатичних систем на основі застосування систем прогнозування професійної працездатності оператора, які забезпечують високу точність та надійність прогнозу.

Мета досягалася вирішенням таких завдань:



  1. Провести аналіз існуючих систем прогнозу працездатності операторів, визначити можливості й обмеження підходів, що при цьому застосовуються.

  2. Розробити методичний апарат аналізу психофізіологічної відповідності оператора ергатичної системи вимогам праці на етапах професійного відбору, періодичного та оперативного контролю.

  3. Розробити методологічну основу надійної психофізіологічної оцінки та прогнозування працездатності операторів у лабораторних і виробничих умовах.

  4. Визначити найбільш інформативні психофізіологічні показники когнітивної діяльності на всіх етапах професійної діяльності оператора.

  5. Розробити методику побудови оптимальних моделей працездатності оператора і провести аналіз їх стійкості та надійності.

  6. Розробити принципи синтезу систем високоточного прогнозу працездатності операторів на різних стадіях їх професійної біографії.

  7. Провести аналіз ефективності розроблених систем.

Об’єкт дослідження: працездатність оператора.

Предмет дослідження: методи, моделі та системи оцінки і прогнозування працездатності оператора-спостерігача.

Методи дослідження. Системний аналіз, моделювання операторської праці шляхом виконання когнітивних тестів різної складності; психофізіологічні дослідження працездатності операторів у лабораторних та промислових умовах з реєстрацією показників якості виконання тестових завдань та показників фізіологічної «ціни» діяльності; біоритмологія; експертні оцінки професіональної придатності; для аналізу отриманих даних використовували періодограмний, спектральний, факторний, дискримінантний, кореляційно-регресійні методи математичної статистики, а також методи теорії біфуркацій; статистичне моделювання на основі застосування покрокового регресійного аналізу. Комп’ютерну обробку експериментальних даних виконували з використанням пакетів STATISTICA 5.0 та STATGRAPHICS 7.0.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

1) набула подальшого розвитку теорія функціональних систем (діяльності) шляхом: а) розширення уявлення про психофізіологічний механізм формування професійної діяльності в циклі „акцептор дії – програма дії - реалізована миттєва працездатність – аферентний синтез” за рахунок розмежування енергоінформаційного забезпечення функціонування організму людини на окремі енергетичний та інформаційний контури, а також замикання інформаційного контуру назовні організму завдяки об’єкту діяльності, чим забезпечується безперервність циркуляції інформації в контурі та існування концептуальної моделі діяльності оператора, б) використання часової структури діяльності оператора як критерію сталості функціональної системи діяльності та адаптованості оператора до конкретної діяльності;

2) набула подальшого розвитку методологія побудови систем оцінки і прогнозування функціонального стану і працездатності людини-оператора шляхом використання динаміки психофізіологічних показників;

3) вперше розроблені принципи проектування систем оцінки та прогнозування розумової працездатності для етапів профвідбору, періодичного та щоденного контролю;

4) вперше розроблені критерії та методи побудови й використання адаптивних психодинамічних моделей працездатності людини-оператора;

5) набули подальшого розвитку уявлення про критерії вибору і показана висока інформативність показників часової структури швидкості перероблення інформації людиною по відношенню до ряду параметрів фізіологічного забезпечення розумової праці та параметрів зовнішнього середовища;

6) вперше досліджені надійність та стійкість математичних моделей зв’язку показників надійності перероблення інформації з фізіологічними параметрами і параметрами діяльності;

7) вперше розроблено методологію синтезу систем психофізіологічного прогнозування працездатності оператора, які забезпечують високий рівень надійності та точності прогнозу на рівні, в середньому, 95% на всіх етапах контролю функціонального стану і працездатності оператора на основі урахування психофізіологічних особливостей динаміки переробки інформації людиною.



Практичне значення одержаних результатів:

1) розроблені критерії та алгоритм визначення інформативних психодинамічних показників фізіологічного стану людини-оператора (ЛО);

2) обґрунтовані види й параметри тестових психологічних завдань, характеристики їх виконання, що включаються до психофізіологічних моделей діяльності ЛО;

3) визначені параметри оптимальних моделей прогнозу працездатності;

4) розроблено методичне забезпечення створення комп’ютерних систем оцінки та прогнозування професійної працездатності оператора;

5) розроблено інформаційну технологію оцінки і прогнозування працездатності оператора;

6) розроблені практично діючі системи контролю працездатності ЛО, визначені умови та межі їх надійності в реальних виробничих випробуваннях;

7) експериментально доведена точність прогнозування на основі систем - 90% для щоденного контролю і 95% для професійного відбору.

Основні положення дисертації впроваджені: на 6 підприємствах Міненерго Росії (Саяно-Шушенсьа ГЕС, Майська ГЕС, Красноярська ГЕС, ПЕО "Красноярськенерго", Курейська ГЕС, Каскад Таймирських ГЕС) та 1 підприємстві України (Зміївська ТЕС); у Харківському інституту льотчиків; в навчальному процесі студентів-старшокурсників та аспірантів і в наукових дослідженнях в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», 3 стандартах ДСТУ; методичних рекомендаціях МОЗ України; серії лекцій НАТО HFM Panel Lecture Series 234 on Operator Functional State Assessment; лекцій Courses for students and post-graduate students with general title “Human Factors/ Ergonomics, Occupational Safety and Information Environment in Modern Society” у Варшавському технологічному університеті (Польща).

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, що виносяться на захист, отримані особисто автором. В експериментальних дослідженнях автором виконані: розробка структури експериментів; розробка програмного забезпечення пред’явлення тестів (окремі модулі написані Ю.В. Четвернею), експрес-обробки даних, СУБД, аналізу отриманих експериментальних даних; реєстрація фізіологічних показників діяльності - в лабораторних дослідженнях спільно з О.В. Найденко, Г.В. Коробейниковим, О.А. Поляковим, Г.В. Мігаль, Т.Є. Краснопольською, І.А. Лук’янчуком, В.І. Опанасенко, С.В. Нестеровською, С.Б. Поліщук, у промислових дослідженнях спільно з О.В. Герасимовим, Г.В. Коробейниковим і О.А. Поляковим.

У статтях, які написані в співавторстві, доробок автора складають: [1] – розділ „Людський чинник”, [6-7] – організаційні та технічні аспекти побудови комп’ютерних систем, а також аналіз даних; [8] – принципи побудови систем та їх програмна реалізація; [10-14, 24] – методологічні та методичні аспекти побудови і використання систем прогнозування працездатності оператора; [26] – методологія використання динамічних складових психофізіологічного забезпечення когнітивної діяльності; [28] – методичні аспекти побудови комп’ютерних систем профвідбору; [32] – визначення структури експерименту, аналіз отриманих даних; [33] – структура та алгоритм функціонування системи; [35] – аналіз та моделі динаміки працездатності оператора, методичний підхід.



Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на таких наукових конференціях та з’їздах:

міжнародних – Ergonomics in Russia, the other independent States, and around the World: Past, Present and Future (1993, С.-Петербург, Росія), III міжнародний симпозиум "Системно-антисистемна регуляція в живій та неживій природі (1993, Київ), 3-річних конгресах Міжнародної ергономічної асоціації в 1994 (Торонто, Канада), 1997 (Тампере, Фінляндія), 2000 (Сан-Дієго, США), 2003 (Сеул, Корея), 2006 (Маастріхт, Нідерланди); “Эргономика на автомобильном транспорте” (1997, Харків), 1-й міжнародній конференції „Psychophysiology in Ergonomics” (1996, Вупперталь, Німеччина), Advances in Occupational Ergonomics and Safety I (1996, Цюріх, Швейцарія), International Conference on Occupational Health (1996, Стокгольм, Швеція), 26th International Congress of Psychology (1996, Монреаль, Канада), Environmental, Occupational Health and Safety in Agriculture on the Boundary of Two Millennia (1998, Київ), The Sixth International Symposium on Human Factors in Organizational Design and Management ODAM-VI (1998, Гаага, Нідерланди), International Conference on TQM and Human Factors (1999, Стокгольм, Швеція), International Conference Human-Computer Interaction: Ergonomics and User Interface (1999, Мюнхен, Німеччина), VIIth European Congress of Psychology (2001, Лондон, Великобританія), 8th European Congress of Psychology (2003, Вена, Австрія), Seventh International Symposium on Human Factors in Organizational Design and Management (2003, Аахен, Німеччина), 50 Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft (2004, Цюріх, Швейцарія), 2nd International Ergonomics Conference "Men-Science-Environment" (2004, Карпач, Польща), International conference on computer-aided ergonomics and safety (2005, Кошице, Словакія), International Conference “Ergonomics for Disabled in Changing Environment and Rehabilitation” (2005, Лодзь, Польща); Міжнародных конференціях «Психология и эргономика: единство теории и практики» (2003, 2005, Тверь, Росія);

конференціях СРСР і України - Методология измерений (1991, Ленінград); Интеграция АСУТП и тренажерных устройств (1991, 1993, Українка), Индивидуальные психофизиологические особенности человека и профессиональная деятельность (1991, Черкаси), Актуальные вопросы гигиены и экологии транспорта (1992, Іллічивськ), IX Украинская конференция по бионике (1992, Івано-Франківськ), МЕТАГИГИЕНА-93 (1993, Київ), Компьютерная техника и программное обеспечение в медицине (1993, Дніпропетровськ), Актуальные проблемы медицины транспорта (1993, Одеса), Медицинские информационные системы (1993, Таганрог), Проблемы автоматизированного моделирования в электронике (1994, Київ), Проблемы обучения и тренажа персонала в энергетике (1996, Київ), ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція з охорони праці (1997, Київ), Научно-практические семинары „Транспорт+логистика’98” (1998, Київ), Безпека життя та діяльності людини – освіта, наука, практика (2003, 2004, 2005, Київ).

Публікації за темою дисертації. Основні результати дослідження опубліковані в 39 наукових роботах, з них 14 статей у виданнях, що входять до переліку ВАК України, 1 монографія, 11 статей у міжнародних наукових журналах і збірниках та енциклопедії, 3 статті у відомчих журналах, 13 статей у матеріалах Міжнародних наукових конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел та 2 додатків. Основна частина роботи викладена на 247 сторінках, включає 48 рисунків, 19 таблиць. Список використаних джерел містить 428 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дається загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми, визначені об’єкт і предмет дослідження, сформульовані мета і завдання дослідження, визначені новизна й практична значущість одержаних результатів, особистий внесок автора, а також наведені дані щодо апробації результатів.

У першому розділі поставлене й вирішене завдання проведення аналізу існуючих систем прогнозу працездатності операторів, визначені можливості та обмеження підходів, що застосовуються, встановлені й обґрунтовані актуальні ергономічні аспекти працездатності операторів технологічних процесів, значення прогнозування для ефективного управління працездатністю оператора. Проаналізовано фактори успішності взаємодії людини з технікою та формування здатностей до операторської праці (ОП), розглянуто конфлікт як фактор діяльності оператора, який має щонайменше три аспекти – зовнішній, інформаційний та фізіологічний, співвідношення між якими суттєво впливають на структуру помилкових дій людини. На підставі аналізу опублікованих даних встановлено, що в структурі причин помилок людини-оператора найбільше значення має психофізіологічна невідповідність особи вимогам професії, яка заважає оператору реалізувати найкращим чином свої професійні знання та уміння.

Показано, що основною категорією операторської праці є діяльність, теорія якої базується на роботах Л.С.Виготського і А.Н.Леонтьєва. Проте відзначена обмеженість діяльнісного підходу через неврахування механізмів забезпечення діяльності, оскільки діяльність зводиться до вольової поведінки людини і використовуються тільки мотиваційно-діяльнісні результати, а помилки людини розглядаються з позицій мотиву, кваліфікації, освіти, тренованості, відхилення від соціальних норм тощо. У той же час аналіз та дослідження операторської праці доцільно проводити в ергономічному аспекті як найбільш повному, системному, з урахуванням типових ознак систем керування, в яких діє конкретний оператор. Суттєве значення для формування професійного рівня оператора мають спеціальні здібності людини, механізми формування яких розвинуті в роботах Б.Ф. Ломова, Н.П. Бехтерєвої, В.Н. Мясищева, Ю.П. Пономаренко та ін.

Відмічено, що найбільш продуктивним підходом до аналізу механізмів діяльності є теорія функціональних систем П.К. Анохіна, розвинута в подальшому К.В. Судаковим, Н.П. Бехтєрєвою і О.О.Навакатікяном, який запропонував концепцію функціональної системи діяльності (ФСД), що дозволяє зв’язати в одній моделі стан фізіологічних систем, безпосередньо виконуючих трудову діяльність, умови виробничого середовища і мету діяльності. Функціональні структури або системи діяльності мають динамічний характер, основою і причиною якого є утворення і активність компонент у функціональних структурах, які мають різнонаправлену дію, тобто формують протиріччя (конфлікт). З урахуванням сучасного розвитку функціонально-структурних уявлень визначені такі протиріччя: між образом ситуації та прийнятим рішенням, між образом дії та програмою дій, між програмою дій та її реалізацією, а найбільш критичними протиріччями стають конфлікти між результатом діяльності та фізіологічною „вартістю” його отримання, між використаними психофізіологічними ресурсами та їх оптимальними потребами для здійснення діяльності, що в результаті впливає на „резерв здоров’я” людини та її працездатність. Вирішення протиріччя відбувається згідно з принципом необхідного руйнування старого детермінізму, запропонованого Ю.Г.Антомоновим.

З проаналізованих даних зроблено висновок, що діяльність людини супроводжується формуванням функціональних систем, що являють собою активовані домінантні структури мозку, які відповідають активності тих чи інших систем організму і є достатньо сталими для конкретного відомого людині виду діяльності. У цьому контексті проаналізовано категорії "працездатність" оператора (ПО) і „функціональний стан” (ФС), класифікації останнього. Визначається, що найбільш наближеним до практичного застосування є запропоновані G.R.J.Hockey три рівня ФС – фоновий, базовий та операційний. Останній підхід відбиває виникнення того чи іншого ФС під час виконання конкретної специфічної діяльності, але не враховує в явному вигляді індивідуальні особливості формування ФС оператора як результату взаємодії здібностей та професіональної адаптації людини.

Проведено аналіз методів оцінки функціонального стану й працездатності оператора. Відмічено, що визнані та застосовувані методи, що базуються на суб’єктивних тестах і реєстрації фізіологічних параметрів діяльності, можуть бути достатньо точними для опису поточного стану, але мають низьку інформативність з точки зору прогнозу поточної працездатності людини, а E.Hollnagel вважає за недоцільне прогнозування надійності в принципі через низьку ймовірність успішності прогнозів.

Прогнозування загальної працездатності (принципової здатності індивідуума до освоєння професії та ефективної праці) за різними методиками дає широкий спектр можливостей використання, але як теоретично максимальний рівень вважається точність прогнозу 70-80%. Інакше кажучи, за мінімальний рівень помилки прогнозу пропонується прийняти 20-30%. Проведено аналіз математичних моделей і методів обробки даних у процесі оцінки та прогнозування працездатності оператора. Визначено, що традиційно використовуваним апаратом побудови моделей прогнозу є регресійні моделі, що включають психофізіологічні показники в якості незалежних змінних.

У системах управління надійністю ергатичних систем за рахунок підвищення надійності людської ланки можна виділити чотири головних функції, що характеризують "управління": оцінка змін, що відбуваються в середовищі і в системі, яка управляється; прийняття рішення; формування і передача сигналів ефекторам, які управляють; прийом даних про успішність виконаних дій, співставлення результатів з попередньою метою і завданнями. Реалізація функцій управління залежить від характеристик елементів систем управління. Об'єктом управління є надійність оператора, що визначається перш за все його функціональним станом. У такому контексті під синтезом системи розуміється направлений розрахунок, який має за кінцеву мету знаходження: 1) раціональної структури системи, 2) встановлення оптимальних величин параметрів окремих ланок. Синтез систем прогнозування стану людини-оператора полягає у: визначенні характеристик системи з урахуванням специфіки контролю; формалізації опису характеристик людини на основі виявлення інформативних показників функціонального стану; вибору раціональної структури системи; дослідження моделей прогнозування ПО.

За результатами аналізу можливостей та обмежень існуючих підходів до прогнозування працездатності оператора сформульовано постановку завдання дослідження:

Існує множина психофізіологічних параметрів людини-оператора P, які зв’язані з формуванням та реалізацією його працездатності. Параметрами професійної діяльності оператора D є множина його професійно важливих якостей, параметри професійного старіння і поточної працездатності. Задача синтезу системи психофізіологічного прогнозування працездатності оператора є задачею оптимального відображення P на D, що забезпечує максимальну якість функціонування СЛТС Q за умови вартості системи C, яка не перевищує припустимий рівень Cпр: [ pP] m [D* D], де m – операція оптимального відображення елементів P на елементи множини D; D* - оптимальний набір параметрів професійної діяльності;

D0 = arg max Q(D) при C ≤ Cпр.



D0D

Практичне вирішення сформульованої задачі зводиться до поетапного вирішення взаємозв’язаних задач вибору оптимальних параметрів оператора на етапах професійного відбору, періодичного контролю та поточного (оперативного) контролю працездатності оператора з побудовою оптимальних моделей оцінки й прогнозу ПО за критеріями сталості, надійності та точності моделей.


  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©vaglivo.org 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка