Количественная оценка надежности человека в системах человек - машина

Pl (t„,t) = Рт (t„,t) Ро (t),         (1)

где P Т (t o ,t,) – вероятность безотказной работы технических средств в течение времени (t_o,t,+t);

P o (t) – вероятность безошибочной работы оператора в течение времени при условии , что техника работает безотказно ;

• t₀ – общее время эксплуатации системы ;

t – рассматриваемый период работы .

При « мгновенной » компенсации ошибок оператора с вероятностью р вероятность безотказной работы системы :

P2(to,t) = Рт(to,t){Ро(t) + [ 1 -Ро(t)]}, (2)

В случае компенсации только отказов технических средств вероятность безотказной работы системы :

P3 (to,t) = Po (t)[ Рт (to,t) + Pk(to,t, 5 )], (3)

где P к (t₀,t, 5 ) - условная вероятность безотказной работы системы в учение времени ( t 0 + t ) с компенсацией последствий отказов , при условии , что в момент 5 ( t₀ <  5 < t₀ + t ) произошел отказ .

Вероятность безотказной работы системы с компенсацией ошибок оператора и отказов технических средств:

^P 4 ^(t o ^,t ) = { ^P o ^(t ) + [ ^{1 - P} 0 ^(t )p ] ^{}[ P} T ^(t 0 ,t ) + ^P kUo ,^{1, 5} )1,  ⁽⁴⁾

Выигрыш в надежности по вероятности безотказной работы G_p за счет компенсации ошибок и отказов характеризуется отношением :

G = P4 (to,t) p   Р1(to,t),

Выигрыш надежности увеличивается с ростом р и P к (t₀,t, 5 ) , т . е . с увеличением уровня натренированности оператора на компенсации отказов и ошибок .

Если рассматривать системы по степени непрерывности участия «человека» в процессе управления, то для каждого из этих типов существуют соответствующие критерии надежности. Для систем первого типа таким критерием является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания управляемого процесса в течение заданного времени t. Такое протекание процесса возможно в следующих случаях:

– технические средства работают исправно ;

– произошел отказ технических средств , но при этом : оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной ситуации ;

– оператор допустил ошибочные действия , но своевременно их исправил .

В соответствии с ранее принятыми обозначениями надежность системы « человек — машина » запишется в виде

P l = Р т (t ) + [ 1 - Р т (t)] • К оп [ Р о Р св + ( 1 - Р о ) Р в ], (6)

Для системы « человек - машина » второго типа критерием надежности является вероятность безотказного , безошибочного и своевременного выполнения возникающей задачи . Задача системой может быть выполнена в том случае , если в требуемый момент времени оператор готов к приему поступающей информации и кроме того : в течение паузы и времени решения задачи техника работала безотказно , оператор правильно и своевременно выполнял требуемые действия или 2) произошел отказ техники , но оператор своевременно устранил его и при решении задачи не допускал ошибок , или 3) при безотказной работе техники оператор допустил ошибку , но своевременно компенсировал ее . Расчет надежности примет вид

Р 2 = К оп [ Р Т P 0 P c в + ( 1 — Р Т ) Р воо Р о Р св + ( 1 — Р о ) Р у Р в ] ⁽⁷⁾

где Р вос вероятность восстановления техники .

Для систем третьего типа критерий надежности такой же , как и во втором случае . Задача системой может считаться выполненной , если :

• 1)    в требуемый момент времени техника находится в исправном состоянии , не отказала во время выполнения задачи , действия операторов были безошибочны и своевременны , или

• 2)    не готовая или отказавшая техника была своевременно восстановлена , а операторы не допустили ошибок ;

• 3)    при безотказной работе техники оператор допустил ошибку , своевременно компенсировал ее . Расчет надежности в этом случае можно вести по формуле

(8) 3 Г Т 0 cв Т Г вос 0 св 0 Т в , где КГ — коэффициент готовности техники.

Ш ирокое и многообразное применение техники предъявляет все более высокие требования к ее соответствию человеческим возможностям . Современные человеко - машинные системы следует рассматривать как сложные автоматизированные системы , в которые наряду с контурами чисто автоматического регулирования , состоящими только из технических звеньев , включены и функционируют контуры , замыкаемые через человеческое звено [2].

Одним из наиболее важных и сложных является вопрос о критериях надежности человека. Поиск этих критериев предполагает изучение не только задействованных, но и потенциальных качеств человека, анализ его резервов, которые изменяются в процессе жизни и деятельности. Сложности обусловливаются ограниченной возможностью использования для этой цели аналитических данных и необходимостью учета динамического взаимодействия ансамбля функций. Чрезвычайно трудным является также выявление степени устойчивости той или иной функции, качества, свойства человека-оператора [3,4].

В общем виде деятельность человека - оператора характеризуется быстродействием и надежностью .

Критерием быстродействия является время решения задачи , т . е . время от момента реагирования оператора на поступивший сигнал до момента окончания управляющих воздействий . Обычно это время прямо пропорционально количеству преобразуемой человеком информации :

Т оп = а + bH = a + (H/V оп ) , (9)

где а – скрытое время реакции, т.е. промежуток времени от момента появления сигнала до реакции на него оператора и его значения находятся в пределах 0,2 – 0,6 c, b – время переработки одной единицы информации (0,15 – 0,35 м);

H – количество перерабатываемой информации ;

V – средняя скорость переработки информации (2 – 4 ед / с ) или пропускная способность .

Пропускная способность (Vоп) характеризует время, в течение которого оператор постигает смысл информации. Зависит от его психологических особенностей, типа задач, технических и эргономических особенностей систем управления .

Надежность человека-оператора определяет его способность выполнять в полном объеме возложенные на него функции при определенных условиях работы. Надежность деятельности оператор характеризует его безошибочность, готовность, восстанавливаемость своевременность и точность.

Безошибочность оценивается вероятностью безошибочной работы , которая определяется как на уровне отдельной операции , так и в целом

Вероятность Рj безошибочного выполнения операций j-го вида и интенсивность ошибок Xj, допущенных при этом, применительно к фазе устойчивой работы определяется на основе статистических данных:

Р, = (Nj- C оу )/NjXj = C оу /(NT ), (10)

где N С Ot – общее число выполняемых операций j- го вида и допущенное при этом число ошибок ,

Т – среднее время выполнение операции – го вида.

Вероятность безошибочного выполнения всей операции в целом определяется экспоненциальном распределении времени:

г          ^

^Р о = exp £ ^Х ,^Т,^К, V j = ¹            7

\

при

< r

= exp £ ^{( 1 -} P j yK j ,

V j = ¹

где K j – число выполняемых операции j – го вида ;

r – число различных видов операций ( j = 1 , r).

Коэффициент готовности характеризует вероятность включения человека - оператора в работу в любой произвольный момент времени :

K оп = 1 — (Т б /Т ),

где Т б – время , в течение которого человек не может принять поступившую к нему информацию ;

Т – общее время работы человека - оператора .

Восстанавливаемость оператора оценивается вероятностью исправлений им допущенной ошибки :

Р в = Р к ■ Р обн ■ Р н ,           (13)

где Р К – вероятность выдачи сигнала контрольной системой ;

Р обн – вероятность обнаружения сигнала оператором ;

Р н – вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении всей операции .

Этот показатель позволяет оценить возможность самоконтроля оператором своих действий и исправления допущенных им ошибок .

Своевременность действий оператора оценивается вероятностью выполнения задачи в течение заданного времени :

t

Р св = Р{t <  t } = J f(t)dt, (14)

где f(t) – функция распределения времени решения задачи оператором ;

t ^'' – лимит времени , превышение которого рассматривается как ошибка .

Эта же вероятность может быть определена и по статистическим данным как :

Рсв = (N -Nнс )/N,          (15)

где N и N _нс , – общее и несвоевременное выполненное число задач [3].

Точность – степень отклонения измеряемого оператором количественного параметра системы от его истинного , заданного или номинального значения .

Точность оператора зависит : от характеристик сигнала , сложности задачи , условий и темпа работы , функционального состояния нервной системы , квалификации , утомляемости и других факторов .

Количественно этот параметр оценивается погрешностью с которой оператор измеряет , устанавливает или регулирует данный параметр :

^A = Aи + Аоп ,            (16)

где А и – истинное или номинальное значение параметра ;

Аоп – фактическое измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра .

Значение погрешности , превысившее допустимые пределы , является ошибкой и ее следует учитывать при оценке надежности .

Система « человек — машина » в своем развитии проходит три стадии : проектирование , изготовление и эксплуатацию . Правильный и обоснованный учет человеческого фактора на каждой из этих стадий способствует достижению максимальной эффективности и безопасности