Методология и результаты эргономического проектирования пилотируемого транспортного корабля

В настоящее время при разработке пилотируемых космических комплексов (ПКК) вопросы эргономики рассматриваются как эргономическое обеспечение процесса создания ПКК. Разработано большое количество нормативных документов: государственные стандарты СССР «Система человек – машина», национальные стандарты Российской Федерации по эргономике (ГОСТ Р ИСО), «Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения» (ССЭТЭО).

Проектирование и создание космической техники согласно основным регламентирующим документам проводятся в несколько этапов:

• •    технические предложения;

• •    эскизный проект;

• •    разработка рабочей документации на опытные изделия и макеты;

• •    изготовление макетов и опытных изделий, корректировка рабочей документации;

• •    изготовление опытных изделий, корректировка рабочей документации;

• •    лётные испытания.

С самого начала работ по пилотируемому транспортному кораблю (ПТК) нового поколения рабочие процессы эргономического обеспечения разрабатывались с учётом поэтапного системного анализа технических решений по облику командного отсека (КО) и логике функционирования бортовых систем ПТК.

Для ПТК впервые в отечественной пилотируемой космонавтике выполнено эргономическое проектирование в рамках общего процесса создания изделия космической техники, которая заключается в разработке структуры деятельности экипажа, в определении требований к космонавтам [1–3]

с учётом распределения функций между членами экипажа, между экипажем и автоматикой.

Научно-техническая проблема заключалась в отсутствии практического применения теоретических основ эргономики и инженерной психологии, а также положений нормативной документации в отечественной практике создания и целевого использования ПКК.

Для инженерно-психологического и эргономического проектирования ПТК потребовалась разработка определённой методологии эргономического проектирования (ЭрП).

Основные положения по методологии ЭрП с точки зрения теоретической эргономики представлены в работе Г.М. Зараковского [1]. Методологию определяют как систему принципов и способов организации и построения деятельности, как учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности.

Разработка и применение методологии необходимы для организации продуктивной, инновационной деятельности [4]. Создание ПТК — это инновационный процесс, в котором постоянно ведётся поиск оптимальных решений, что влечёт за собой изменения компоновки, конструкции, характеристик систем и оборудования. Особенность разработанной методологии, в отличие от теории и положений нормативной документации — в активной творческой деятельности космонавтов (как испытателей) вместе с разработчиками ПТК по вопросам взаимодействия экипажа с кораблём и его составными частями [5].

Методология ЭрП рассматривает организацию деятельности участников проектирования ПТК, упорядочение её в целостную систему с чётко определёнными характеристиками. Компоненты деятельности космонавтов-испытателей в проекте ПТК (характеристики деятельности, логическая структура, технология выполнения работ и решения задач, временнáя структура деятельности) достаточно подробно рассмотрены в статье [5].

Такой подход позволил реализовать инженерно-психологическое проектирование, обеспечивающее решение всех вопросов, связанных с включением человека в эргатическую систему «ПТК – экипаж» [2].

На ранних стадиях разработки ПТК применены процессы ЭрП, результаты которого использовались в проектноконструкторской деятельности коллектива разработчиков, в разработке человеко-машинного интерфейса, бортовой и эксплуатационной документации.

Цель ЭрП — создание системы и структуры профессиональной деятельности, соответствующей особенностям человека-оператора (космонавта) и обеспечивающей его безопасность, сохранение здоровья и развитие его профессионально значимых качеств в условиях ограничений и требований со стороны объекта (ПТК), а также окружающей среды [6].

Структура деятельности — организованная во времени и пространстве последовательность операций и действий космонавта для достижения целей деятельности при использовании технических средств обеспечения деятельности, включающих органы ручного управления, средства отображения информации и сигнализации, полётное снаряжение, оборудование и арматуру кабины, человеко-машинный интерфейс. Таким образом, разработанная структура деятельности является основой для разработки, компоновки и эргономической оценки рабочих мест экипажа, экспериментальной отработки деятельности экипажа, а также для разработки бортовых инструкций и методик подготовки космонавтов.

В статье представлены результаты эргономического проектирования ПТК. В данной работе показано, что применение вновь разработанной методологии эргономического проектирования обеспечило исследование интерфейсов экипажа с системами и конструкцией командного отсека ПТК, стимулировало создание стенда эргономической отработки (СЭО) ПТК [7], а в целом обеспечило создание прототипов и экспериментальных образцов бортового оборудования и полётного снаряжения, информационных моделей основных режимов полёта и функционирования бортовых систем, обеспечило разработку циклограмм деятельности экипажа и экспериментальную отработку на СЭО ПТК и других макетах и стендах.

При выполнении работ учитывались требования и рекомендации ССЭТЭО.

Разработка программы эргономического обеспечения

В соответствии с требованиями ССЭТЭО эргономическое обеспечение (ЭрО) выполняется на всех этапах разработки нового изделия, начиная с определения требований на его создание и разработки технических предложений. При разработке ПТК на этапе технических предложений и инженерных записок определены направления ЭрП и объекты ЭрО.

Обязательным документом при эскизном и техническом проектировании является программа ЭрО, определяющая и регламентирующая работы по эргономике на всех этапах жизненного цикла изделия космической техники.

Разработка программы ЭрО с учётом задач разрабатываемого изделия, требований технического задания, сроков, кооперации, возможностей наземной экспериментальной инфраструктуры и стендовой базы является первым этапом в рамках методологии ЭрП, а сама программа ЭрО является структурным базисом реализации процесса ЭрП и последующей эргономической экспертизы.

В задачи ЭрО ПТК были включены:

• •    согласование технических характеристик транспортного корабля с психофизиологическими возможностями и особенностями деятельности космо-

• навтов;

• •    проведение мероприятий по формированию требуемой работоспособности космонавтов и поддержанию высокого уровня их профессиональной подготовки.

По результатам анализа технического задания, проектируемых режимов функционирования и условий эксплуатации ПТК в программе ЭрО были определены технические и организационно-технические пути реализации эргономических требований. В программе также определены объекты ЭрО, предусмотрено создание и использование наземной экспериментальной инфраструктуры, макетов и стендов.

Типовой план работ по ЭрО, как отражение содержания программы ЭрО, представлен на рис. 1.

Эргономическое проектирование ПТК

В процессе общего проектирования ПТК выполнено ЭрП ПТК (рис. 2) с использованием методов инженерного анализа и экспериментальных исследований. Рассмотрены следующие вопросы:

• •    распределение функций между экипажем, автоматизированными системами управления наземным контуром управления (НКУ), бортовым контуром управления и бортовыми техническими средствами обеспечения деятельности экипажа;

• •    распределение функций между членами экипажа, необходимая квалификация космонавтов, методы и средства подготовки;

• •    организация режимов труда и отдыха;

• •    алгоритмы и структура деятельности экипажей;

• •    системы отображения информации и органы управления;

• •    конструкция и компоновка рабочих мест и их соответствие антропометрическим характеристикам;

• •    характеристики среды обитания (согласно требованиям стандарта [6]), средства обеспечения факторов среды на рабочих местах экипажа;

• •    способы и средства защиты от неблагоприятных воздействий внешних факторов, средства индивидуальной защиты, полётное снаряжение и инструменты;

• •    средства, методы и процедуры действий экипажа в аварийных ситуациях;

• •    кодировка информации, маркировка и информационная графика;

• •    технические средства информационного обеспечения и обеспечения деятельности экипажей;

• •    бортовая документация;

• •    технические средства подготовки экипажей;

• •    способы и средства поддержания требуемой работоспособности экипажей, бортовые тренажёры поддержания операторских навыков и физической кондиции.

Периодическая эргономическая оценка, как составная часть методологии ЭрП, проводилась (и проводится) на всех этапах создания ПТК. Она строится на основе экспертного опыта и экспериментальных исследований на прототипах, макетах, опытных образцах.

Вид ЭрО	ЭП			РКД			ЭО		ЛКИ
Разработка КиК РМ и ФЗ	Задание и контроль эргономических характеристик и основных конструктивных решений
			Разработка систем и органов ручного управления, средств отображения информации
				Формирование ИД для разработки ИЧМ, экспериментальная отработка
			Контроль выполнения требований технической эстетики и маркировки
				Разработка снаряжения, экипировки и инструментов
Средства ЭрО	•    полномасштабные макеты; •    эргономические стенды; •    стенды ВР			•    полномасштабные макеты; •    эргономические стенды; •    стенды ВР			•    полномасштабные макеты; •    технологические макеты и ЭУ; •    стенды ВР
Безопасность и среда обитания	Задание характеристик среды обитания и разработка средств жизнеобеспечения*					*Экспериментальная отработка
		Разработка средств аварийного спасения и выживания**				**Экспериментальная отработка
			Разработка средств индивидуальной защиты
						Разработка средств поддержания работоспособности
							Разработка специальной и эксплуатационной документации
Средства ЭрО	•    полномасштабные макеты; •    медико-биологические ЭУ			•    экспериментальные образцы; •    штатное оборудование и снаряжение			•    полномасштабные макеты; •    технологические макеты и ЭУ; •    штатные изделия
Проектирование деятельности	Распределение функций между оператором, системами и контуром управления
		Разработка алгоритмов и структуры деятельности
			Распределение функций между членами экипажа (расчёта)
			Формирование требований к квалификации и критериев отбора
							Разработка инструкций
Средства ЭрО	•    полномасштабные макеты; •    эргономические стенды; •    стенды ВР			•    полномасштабные макеты; •    комплексно-моделирующие стенды; •    стенды ВР			•    полномасштабные макеты; •    комплексно-моделирующие стенды; •    стенды ВР; •    учебно-тренировочные средства; •    штатные изделия
Подготовка персонала и экипажей ПКА				Разработка требований к подготовке и программы подготовки
						Создание учебно-тренировочных средств
							Организация подготовки
									Оценка готовности
Средства ЭрО							•    полномасштабные макеты; •    комплексно-моделирующие стенды; •    стенды ВР; •    учебно-тренировочные средства; •    штатные изделия
	Задание ЭрТ		Экспертиза ЭП	Разработка ПМИ (АИ)		Заключение по АИ	Разработка ПМИ (КИ)	•    заключение по КИ; •    эргономическая экспертиза изделий	Заключение по ЭрО

Рис. 1. Типовой план работ по эргономическому обеспечению (ЭрО): ЭП — эскизный проект; РКД — рабочая конструкторская документация; ЭО — экспериментальная отработка; ЛКИ — лётно-конструкторские испытания; КиК РМ и ФЗ — конструкция и компоновка рабочих мест и функциональных зон; ПКА — пилотируемый космический аппарат; ВР — виртуальная реальность; ИД — исходные данные; ИЧМ — интерфейс «человек – машина»; ЭУ — экспериментальные установки; ЭрТ — эргономические требования; ПМИ — программа и методика испытаний; АИ — автономные испытания; КИ — комплексные испытания (рисунок создан авторами)

Важно, что уже в начале работ над ПТК не только анализировались и оценивались чертежи, документация или электронные макеты изделия, но и создавались физические макеты рабочих мест, основных функциональных зон, приборов и оборудования (рис. 3). Созданы макеты (поисковые, функциональные, эргономические) блока отображения информации дисплейного (БОИД), ручки управления (рис. 4), проектно-компоновочный макет возвращаемого аппарата ПТК, СЭО [7]. Выполненные моделирование и экспериментальная оценка позволили улучшить компоновку и конструкцию функциональных зон и рабочих мест экипажа.

Физическое макетирование в сочетании с методами математического моделирования с использованием электронных макетов изделий CAD -систем цифрового проектирования, и с экспериментальным моделированием и отработкой стали основными инструментами методологии ЭрП ПТК.

Эргономические решения, полученные в результате ЭрП, включены в проектную, конструкторскую и эксплуатационную документацию.

Рис. 2. Процесс эргономического проектирования пилотируемого транспортного корабля (ПТК) (рисунок создан авторами)

Рис. 3. Поисковый макет командного отсека пилотируемого транспортного корабля (рисунок создан авторами)

а)                                           б)                          в)

Рис. 4. Эргономические макеты и чертёж ручки управления: а

— экспериментальные образцы рукоятки; б — рабочий чертёж;

в — образец ручки управления (рисунки созданы авторами)

По результатам эргономической проработки также были внесены изменения в логику функционирования отдельных бортовых систем, конструкцию командного отсека ПТК, человеко-машинный интерфейс и органы ручного управления.

Содержание и методы ЭрП, разработанные согласно работе [2] и положениям нормативной документации по эргономике, представлены на рис. 5.

В процессе ЭрП на последующих стадиях создания ПТК, при подготовке к комплексным испытаниям и разработке эксплуатационной документации (включая бортовые инструкции) определены алгоритмы деятельности при выполнении типовых полётных операций и разработаны базовые циклограммы работы экипажа ПТК.

Распределение функций в экипаже и между экипажем и автоматическим контуром управления

В процессе проектирования используются следующие принципы распределения функций [2]: преимущественных возможностей, технической реализации, оптимальной загрузки, гуманизации труда, ответственности, традиций, формализации, а также взаимного резервирования оператора и автоматики [8].

Распределение функций выполнено на ранних этапах проектирования на основе принципов традиций и формализации.

В результате определяют численность экипажа, условия их взаимодействия, основные требования к интерфейсам и функциональным обязанностям экипажа. Схема распределения функций — на рис. 6.

Функции управления распределяются на основе взаимодействия технических средств (бортовых и наземных), персонала НКУ и экипажа ПТК, которые функционально объединены в автоматизированную систему управления полётом.

Автоматизированная система управления полётом обеспечивает выполнение следующих типов управления:

• •    автоматического;

• •    автоматизированного с участием НКУ и экипажа;

• •    автоматизированного с приоритетом экипажа.

В автоматизированном типе управления с участием НКУ и экипажа обеспечивается максимальное освобождение экипажа ПТК от выполнения рутинных функций управления полётом (принципы преимущественных возможностей и формализации). Основными управляющими звеньями при этом являются система управления бортовым комплексом и НКУ.

Тип автоматизированного управления с приоритетом экипажа используется между сеансами связи НКУ с ПТК (принципы ответственности и технической реализации), а также в нештатных ситуациях при невозможности НКУ участвовать в управлении полётом.

Рис. 6. Распределение функций экипажа пилотируемого транспортного корабля (ПТК): ОКР — опытно-конструкторская работа; ТТЗ — тактико-техническое задание; ПЗ ЭП — пояснительная записка эскизного проекта (рисунок создан авторами)

Управляющими звеньями в этом режиме являются экипаж и система управления бортовым комплексом. При выполнении динамических режимов экипаж контролирует работу автоматического контура управления, выявляет отклонения в протекающих процессах и функционировании бортовых систем, выполняет действия по выходу из нештатных ситуаций, выдаёт управляющие воздействия.

С точки зрения распределения функций между членами экипажа ПТК имеется ряд особенностей. Во-первых , в соответствии с техническим заданием управление ПТК должно обеспечиваться одним космонавтом — командиром корабля. Для обеспечения резервирования и повышения безопасности в состав экипажа введён второй пилот, который обеспечивает содействие командиру корабля при выполнении полётных операций, локализации и выходу из нештатных ситуаций (НШС).

Во-вторых, в экипаж введены роли специалистов полёта, которые не участвуют в управлении кораблём, но при этом их деятельность может существенно влиять на общую ситуацию на борту, а необходимость интеграции рабочих мест специалистов полёта предъявляет дополнительные требования к эргономическим показателям КО.

Подобное распределение бортовых ролей потребовало детального анализа функций членов экипажа на каждом этапе полёта при выполнении всех основных полётных операций. Результаты этого анализа легли в основу разработанных циклограмм и алгоритмов работы экипажа, бортовой документации.

Учитывая, что посредством концептуальной модели деятельности человек-оператор (космонавт) реализует функцию осознанной ориентировки в процессах, происходящих в техническом комплексе и рабочей среде [9] (полётная ситуация, функционирование бортовых систем, выполнение режимов полёта, параметры среды обитания и т. п.) и получает возможность прогнозировать изменения в протекании процессов (текущее состояние, резервные циклограммы, локализация нештатной ситуации), содержание концептуальной модели включает определённый набор знаний и навыков. Соответственно, работа в экипаже ПТК требует определённого уровня квалификации.

Разработка требований к квалификации экипажа

Для выполнения своих функций члены экипажа должны соответствовать требованиям к квалификации (совокупности профессиональных знаний, навыков и умений, накопленных в процессе профессионального обучения и практической деятельности).

В соответствии со стандартом ССЭТЭО, для определения уровня необходимой квалификации, профессионально важных качеств (ПВК), методов отбора и подготовки, критериев качества деятельности выполняют профессиографические исследования. Необходимость разработки профессио-грамм определяет головной исполнитель опытно-конструкторской работы, оформляя эти разработки в техническом задании на составную часть опытно-конструкторской работы.

На этапе проектирования ПТК выполнены профессиографические исследования согласно методологии [10] с использованием:

• •    анализа проектной документации, в т. ч. документации ЭрО;

• •    анализа данных об ошибочных действиях экипажей ПТК типа «Союз»;

• •    психофизиологического анализа спроектированных алгоритмов деятельности;

• •    инженерно-психологического обследования и оценки профессиональной деятельности оператора в действующих макетах функциональных зон и рабочих мест экипажа;

• •    анкетирования и интервьюирования специалистов-экспертов по образцам-аналогам или прототипам;

• •    экспериментов с участием операторов-испытателей на макетах и стендах образца космической техники.

Результаты исследований выпускают в виде проектной пояснительной записки и включают в заключение о проведении эргономической экспертизы на этапе автономных и комплексных испытаний образца космической техники.

В ходе профессиографических исследований выявляют:

• •    типовые полётные операции, содержащие алгоритмы и элементарные действия с оценкой нормированных показателей;

• •    объём информационного обеспечения, способы обработки информации и принятия решений;

• •    задействованные психологические и психофизиологические функции и процессы;

• •    физическую и психофизиологическую напряжённость деятельности;

• •    реализуемость функций и задач оператора на требуемом уровне по времени и качеству деятельности;

• •    профессионально важные качества;

• •    предварительные методы профессиональной подготовки операторов.

Согласно стандарту ССЭТЭО, профессионально важные или значимые качества операторов классифицируются по нескольким группам.

Психологические ПВК — это качества психики человека, уровень развития которых обусловлен генотипом, влиянием социальной и профессиональной среды. Они включают в себя:

• •    личностные ПВК , характеризующие профессиональную направленность, нравственность, моральные качества, характер и другие черты личности, которые составляют основу профессиональной пригодности. Личностные качества определяют мотивацию, целенаправленность и устойчивый интерес к профессии, социальный тип поведения и приспособление человека к специфическим условиям профессиональной деятельности космонавта;

• •    интеллектуальные ПВК , характеризующие способность к переработке и усвоению информации и требующие высокого уровня познавательных психических процессов — восприятия, памяти, представления, воображения, мышления. Определяют стратегию принятия решений и надёжность действий в простых и экстремальных условиях профессиональной деятельности космонавта.

Психофизиологические ПВК определяются физиологическими свойствами, резервными возможностями организма и способностью управлять своим функциональным состоянием. Эта группа качеств включает в себя:

• •    физические ПВК , характеризующие устойчивость оператора к неблагоприятным факторам профессиональной деятельности;

• •    физиологические ПВК , определяющие надёжность функционирования органов и систем человека в условиях воздействия специфических факторов профессиональной деятельности и обеспечивающие сохранение профессионального здоровья.

Профессионально важные качества человека-оператора учитывают при отборе кандидатов в космонавты. Они могут уточняться и изменяться в зависимости от актуализации методик отбора и изменения задач космической программы.

Деятельность космонавтов, как сотрудников ракетно-космической отрасли, регламентируется законодательством Российской Федерации, подзаконными актами и нормативно-правовой документацией федерального и отраслевого значения.

В соответствии с Приказом № 148н Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 12 апреля 2013 г. определены следующие уровни квалификации с описанием показателей: «Полномочия и ответственность», «Характер умений», «Характер знаний», «Основные пути достижения уровня квалификации». Для анализа деятельности экипажа ПКК применены уровни 1–6 (см. таблицу), как наиболее адекватно отражающие наземную и бортовую деятельность космонавтов.

Анализ уровней квалификации показал, что для полётной деятельности достаточно квалификации членов экипажа на уровне 1–4 . Уровень 5 необходим космонавтам-испытателям и космонавтам-исследователям для участия в разработке космической техники и программ научно-прикладных исследований при подготовке космического полёта, а также в послеполётной деятельности.

Уровни 6 и 7 необходимы для деятельности космонавтов-инструкторов, космонавтов-руководителей и деятельности космонавтов на руководящих и научных должностях.

Для включения в проектные материалы в части организации деятельности и требований к квалификации экипажа ПТК использовались уровни 1–6 .

На этапе эскизного и технического проектирования сформированы детальные требования к квалификации членов экипажа в зависимости от функций членов экипажа ПТК на основе анализа задач, распределения функций между экипажем, автоматическим контуром управления и НКУ. Созданы требуемые, «идеальные» профили профессионально важных качеств для командира корабля, второго пилота и специалиста полёта. На основании этого формируются требования к отбору и подготовке космонавтов. Разработана предварительная структура, содержание и программа подготовки первых экипажей ПТК для выполнения лётных испытаний.

Разработка интерфейсов экипажа

Интерфейс экипажа рассматривается как совокупность средств, методов и правил взаимодействия экипажа с ПТК в целом и его составными частями, а также с внешней средой.

Схематическое представление разработки интерфейсов экипажа представлено на рис. 7.

Экипаж взаимодействует c ПТК и его составными частями на разных уровнях:

• •    функциональном , обеспечивающем выполнение задач полёта с использованием совокупности систем и элементов ПТК;

• •    системном , обеспечивающем контроль и эксплуатацию отдельных систем ПТК;

• •    элементном , обеспечивающем выполнение операций и действий с оборудованием и конструкцией в процессе управления и эксплуатации ПТК.

При выполнении задач программы полёта и динамических режимов взаимодействие экипажа с ПТК, в основном, информационно-управляющее:

• •    сбор и оперативная оценка информации – получение информации, контроль значений параметров, информационных признаков, исполнение команд;

  Я Я 3 л й Я Я я л И я к к га о а си Я к га о ч	й & я я я я я CD я CD я н ° о о Е S я Я О Я о я Н И я я Он Л к к	эЯ Я О И я га га о л о § 5 К* я S л и &га з о и g в Он < о Я X эЯ га я a S а а а щ g я О я я га я н ° 2 s Е 3 о и о °О к	ЭЯ я о я я га о я я Я 2 За Я S Я 8 f Я га я 2 & о- о н в п ~ о s S 3 И gG4>s й a g g и и § в Я О    я га 2     н о 2 я у Я га- Я Я га cd Он о ° а к	2 ° з      « и и я за а        а & 1 о як 1 со о я я Я я я о га sgt tS hi ^ & я а сою га я Я ° S я га 2           я     о га 5 о га             5 Я S Я о     - • й гага    и       4 га НО   га га у 4 га со я нн Я га га га гага я я я Я я со га я § w п м н со вЙн S       g Я У Он о 2 О я нЛ СО О в Ей О в ч С	о 2 и    к Он   2  Я 3     га Я Е в S о & И га о    | ч ч со  гага    со X Я    Я Я  га Я га я я О Я  о Я R га  га Я     Он cd    я  о га     Я Он | з £ a S га 0        Q1 гага sd & &§ g, з § а О и \о и  га и и  о  н га   Я  о я Я  Й  Я Зоясоп32о Я га я  я    Я  га  „ Зоя    о я я Я Я      , я га я й s              У " и   Зга! я я о о 2 Е в и и « 5 2 § S & § а ое° О и и Ч К	2    2 6    д а     е я     1 я     со       Он я       га  |        н я 3     га 3    3 В    £ я    Я       я £    g СО н  я S    S я га   Я со      со О Я  СО А    го со 3  я Я    о со я  я &  га! а р Я со ч 2   2 о § и я я   я о о 2 о Я    я о ЯА Як Я £ га га  Я но  н о о  га  га СО Я  Я Я Я  О  2 я £ Я га        я о £  о га га  Я  Я со     со cd я  к  н СО А  СО А     я 0     Я Й О Он O'S О и & ч к	2    6 В и г    я и Е    в     и £    3    ° Е Е Е    s Я . £ О^ Ч & К
  ЭЯ я я ей я со Он си (Я X	и S § я -О CD Я * я £ я зд Я Он я га 5 S Р Я Я * га \ га Я я я Ля £ га Я £ я 5 Я я £ * m Я ° Я га И га S я я Я А Ё ±7 га СО Иду	эЯ Я Я Я га X Я я CD 5 CD Я я CD Я CD Я Он га	Я я я я я Я га 2 Я со • я у  яга 5 я я га 5 и Я Яга я га ° £ 2      я о      Я Я £ у 5 2 ° га 2 Я гая га я g И Ё га Я я га га у СО Я 0 2 Я я Я га       га Я Я о га Я Я га 5 га Я и я п 2 g я О в С S н К	гага         94 -О гага      ■'га 2 3       я Яга   Яга Я 2    я Я а   И „ X         СО  га гага но   d со Во   га Ю 2      я я л а П  S  °" я 5 § в в 3    в « в К в В в a u  я Я Я  га  Я о 2 2 Я о В °       о Я н га  га  5 я га я  я  2 L в AS В   о    2 я П га СО  A  d ЯГ га я я га и 2	ЗЕ a i 6 £ S    о и s О 2     «о. о и & и о а СО га я      яга Я О 2    s Я S а 3 § 1 в         И о га га я   2 к я о к 3    Я °   я а о =п и  g      и 5 s д о я   я н в о н s ~ я я Й S ч к в К ® S U S и и	Янга   Я 2 Я га о       я As “к о я ч     2 Я " я     а' Е га А        Яга га а Л га &  ,яе Л  я о я Й    S * 53 я га о  .  4    О 2 н А В о я 2 П со я я О я я	я   о    а А * °    А    га А о гад Я Я О   д ч ° н  со о  * Я S Я яо 2 я я я я я и S Я ° эя я я га я  чЗя О 2   * гага е га & ЯЧ Д|-Н Я   Рн ч о 5д Ига 9 Ю 0 я 2 я ига д    < га £ 3 & Е н я s § о ° £ Я Я * га Л гага s га е ! 1 1 га Вк 2an®nssc ПяОиОяяч
  эЯ Я Я си Он CD О X	эЯ Я я я га X Я я я CD я CD я я о га	Я S Я 2 Я :CD ’s & ^ § £ о я я ° я я m 2 >s й я 3     ” К Я У & Я д эя яга д га 5 га га я га га ю 3 га о £ га § ° га га  Я  Я * Я ° Ё ЭЯ о о g и я 'о Он 2 га га о Я m m х га	га      я ” ! I X 3 Я . 1 si? a 4g ^ § HO E Я П га о я 2	g   Eg   g Он   Ora    О я L & s«    о Е я    со       ^ и ° я я § В     « =5    >3 R Е Я   ИЙ 3      ®    о 4 4      я § Я           га           гаг Я    я я       га S я О О  .    га х СО  О Я СО  га Я о га н rag я о О я   о со  я    я     О га И  ° со ° « я Я Я    я о Я В я О   СО    га  яг га гая  я ч га га д  Я д    га Я Рн га И Я Я Н О	а а     га §      ° га я ° н G« Л Л гага га нн                        о Я 2     я          га Я Е Я Я Я5 в га га Зе га га 2 § га   |.га га         1 « я ° а. я & ч га й о со    и 3 $    й я *    £ эя s s CD S 0 О В 3     я я \о яо И я СО     Я РнксоЮясоНо	£ £ я я В В я я О со CD о Он Я Н н 2 я К га я я га ч о ч я СО    к га эя ч в га о га о я я со га га я я я я га н со га со га я га га О га га со ч я Я СО га я га о га я о га О эя Я Я га со я Ага а Й       н га О         Он \© СО     в X я со я я н 3 в    K А га со я га О га Он О Я Я я	н д я и    6 га А В 2    Я Я О р Н    и ч о со         га VO Я £       н ° я О 2 5 § а в га га § гагаg | га П а § ° и и о  а п s и в 3 В   Л и в  в га □ a g ° о Е     в я сО Я ч    Я га е  а 4 СО Д     СО 5 О со я у £ га   g,s g д га      Я \О га Л1 Я ч £  со эя 3 2 Я га я  со С га со\ я о яо Он К Я Я Я 0-1 я
  о я я CD га га о я я я я о о я я о с	Q Я га Он н о о я я 2 я Я я 5 я Я Я 3 га Я 4S	о я га ин CD Я я ° га 2 8 g £ о Н о OS о Sos ° rags я о 5 я га 2 я га 2   ° я я га d я га га s 2 га 9 я га d га Я Ч Е Й S	га Я      Я Он 2    ° я В    я га        га Он      е; я Я      га и со    ч о я га                      га Я      эЯ    Я ° я га  я Я  га § га я । я Q А Ls 2 гаи  о Я  га я я я  га Я  я О О га     CD  О Я я га     Я  ы g Е g « | rag d 1 о ° & га и  га НН            О  СО   |_г &я я я и га  га(^  щ га га га  Я я  я я я О со О я Ч п Е К и S	А Я я    я 2    d я £ я   о      £ 2га* 2     я 'га я Я     гак    £ Он       га о      j гага °        К d    g sb L  g sgg о я В А ’Яга    g U 5        я   Яо и g     Е я ЗЕ aS  >я й       Е Он я   я q         к О со CD VQ Ё     СО Я ° 2 о г    g g   g я и   2    и л  в а О    я     в га  £ В и в       в Е а о га1 Е га g в в к 3 Ий Е  й S ° Йип S S s а я „ п вя Е s S а Р ®   и 3 Я со га  2 Я га  Н g я Я га К Я К га со	га   я   з § 2    Е    И гага     га     я 3 0    о    га га      § о §     га о 2       2 0*5? с газ Ля в га га $ $ ^ га К , со             К К     со Я Я Я СО га га га I гага 2я2 га га г О § Й гая 2 й 5 гая га я ё со Я В я g и &е га о I	га § га § га п з s Е* Ей °     ° я Е га а      и га п в га Л11 га га Я Я Н     >, Я о га н га со А И я га эя . га 2 га § га л Н 8 Я S га я га d я га ^ я я я Я СО     д Я я 2    Я А Я я я    2 о Я Я га ч га Я до S 5 Ч га я о S Е 3 я « Р Ч Ч Ян н Я Л з га га гагауз га U о сн О s О а	А зя d     я га О я      га 2        g со о га    й к я ГО    4 Я *    га эя гага       Я я я 2 д я я   Яд га Я 3         га я я 2      я га    2й    3 2 со . га .  я я Ян я   ’3  Я н со д  га о Я га  Я Я - я   в  И S sara я е в& га гага « га ч 4 о Я н ^ ч о Я 2 К га ?ч д га В S гага а в „ в    Е а гага Eg д S   £ £ га О сО    СО ч. СО О га га о О о
  	Я га ^ о Он	я эЯ га т га см о Он	Я эЯ га т га со о со	ЭЯ О Т га Я о со	эя га т я ю о со	эя га т я CD О СО	эя га т я га- о со

• •    ввод информации в системы, выбор режимов управления, выдача команд управления;

• •    обмен информацией: приём и передача сообщений по каналам телекоммуникации, обмен данными в экипаже, ведение репортажа, проведение измерений параметров;

• •    управление системами с помощью БОИД и локальных пультов;

• •    ручное управление динамическими режимами посредством РУДО.

Основной интерфейс для контроля бортовых систем и выдачи управляющих воздействий на рабочих местах экипажа (РМЭ) — пульт космонавтов, включающий три БОИД; блок особо важных команд; ручка управления РУДО, а также клапаны системы подачи кислорода.

Для детализированной оценки интерфейсов экипажа ПТК использованы следующие эргономические показатели, влияющие на эффективность: пригодность интерфейса, управляемость, обслуживаемость, освояемость образца, стереотипность, а также экономичность, надёжность и безопасность деятельности экипажа.

Эффективность деятельности непосредственно связана с достижением целей и задач управления, она оценивается как качественно, так и количественно, например время выполнения режима управления, точность

Рис. 7. Процесс разработки интерфейсов экипажа пилотируемого транспортного корабля (ПТК): ОКР — опытно-конструкторская работа; СЧ ПКК — составные части пилотируемого космического корабля (рисунок создан авторами)

выдерживания определённых параметров, расход топлива и др.

Экономичность деятельности оценивают количественно как затраты психофизиологических ресурсов оператора при выполнении тех или иных видов деятельности.

Для оценки надёжности и безопасности деятельности используют помехоустойчивость выполнения, безошибочность, риски и возможные опасные последствия деятельности.

Интерфейс функционального уровня обеспечивает контроль полётных операций и включает в себя информацию о начальных условиях операции, циклограмме и текущих параметрах её выполнения, о составе и обобщённом состоянии задействованных систем ПТК. На системном уровне экипаж выполняет контроль и управление системами ПТК посредством соответствующих информационно-управляющих форматов, позволяющих получать необходимые параметры для оценки состояния системы, и выдавать управляющие воздействия. Примеры информационно-управляющих форматов представлены на рис. 8.

На элементном уровне экипаж взаимодействует непосредственно с приборами и оборудованием, выполняет операции и действия посредством пультов и элементов конструкции посредством интерфейсов для обеспечения деятельности в КО:

• •    электрические соединители;

• •    соединители шлангов;

• •    маркировка и информационные надписи;

• •    средства фиксации предметов в интерьере КО;

• •    инструменты и приспособления;

• •    ручные клапаны, переключатели:

• •    механизмы и элементы конструкции.

Необходимые условия деятельности и обитания экипажа обеспечены в соответствии с ГОСТ Р 50804-95 путём организации функциональных зон в КО ПТК (рабочая, санитарно-гигиеническая, бытовая).

В рабочей зоне организованы два основных РМЭ для контроля и управления ПТК, секторы посадочного и переходного люков, места контроля герметичности переходного люка, блоков для обеспечения газового состава, сектор полезного груза.

Санитарно-гигиеническая зона обеспечивает выполнение экипажем санитарных и гигиенических процедур (туалет, личная гигиена, переодевание).

В бытовой зоне экипаж готовит и принимает пищу, размещает оборудование для сна.

В связи с ограниченным объёмом отсека функциональные зоны не имеют чётких границ и могут частично перекрываться.

Наибольшее внимание было уделено эргономическому проектированию основных РМЭ — обеспечению рабочей позы (кресла, пульт, клапаны системы подачи кислорода). Проведена оценка таких характеристик, как компоновка и конструкция кресла, досягаемость органов управления, положение дисплеев пульта (транспортное, рабочее), положение РУДО. Разработаны требования к РУДО, определён дизайн ручки управления и механизма регулировки положения. Проведена оценка уровня шума от вентиляторов скафандров, проведено моделирование в макете КО, разработаны предложения по уменьшению шума.

Проработаны вопросы обеспечения безопасности работы с посадочным люком. Предложен дополнительный фиксатор для защиты от случайного воздействия на ручку открытия люка.

Для места контроля герметичности люка переходного с агрегатом стыковки активным определена рабочая поза, средства фиксации, проведено моделирование размещения органов контроля и управления. Разработана и экспериментально проверена конструкция сумки для инструментов и приспособлений люка агрегата стыковки активного (рис. 9).

Проведена разработка бытовой зоны: создан макет столика для приёма пищи, разработан дизайн блока подогрева и раздачи воды (рис. 10), введён термоизолирующий контейнер для хранения горячих рационов питания. Определены средства фиксации космонавтов.

а)

б)

Рис. 8. Информационно-управляющие форматы: а — для полётных операций; б — для системы подачи кислорода (рисунки созданы авторами)

Рис. 10. Лицевая панель блока раздачи и подогрева воды (рисунок создан авторами)

Рис. 9. Вариант сумки для инструментов и приспособлений агрегата стыковки активного (фотография сделана авторами)

Для санитарно-гигиенической зоны разработаны предложения по размещению пультов и клапанов, конструкции шторки, средствам фиксации космонавта.

По результатам выполненных работ сформированы предложения по компоновке функциональных зон. На основании предложений изменена проектная компоновка командного отсека ПТК.

В процессе проектирования и разработки документации проводилось экспериментальное моделирование на макетах, что позволило уточнить и улучшить эргономические показатели РМЭ.

Экспериментальное моделирование

При моделировании рассматривают психологическую структуру и особенности реальной деятельности экипажа ПТК, исследуют деятельность экипажа и объекты (макеты) соответствующих частей корабля, а также процессы (модели) взаимодействия экипажа с ними в соответствии с реальной работой в корабле.

С целью экспериментальной проверки интерфейсов экипажа создан СЭО ПТК, включающий в себя макет командного отсека (рис. 11).

Рис. 11. Макет командного отсека стенда эргономической отработки (фотография сделана авторами)

Разработаны методика моделирования типовых полётных операций, программа и методика комплексных испытаний интерфейсов экипажа.

Сформированы исходные данные для разработки бортовой документации.

В рамках автономных и комплексных испытаний и в соответствии с программой ЭрО, как ключевое мероприятие на этапе создания ПТК, проведено моделирование деятельности экипажа при выполнении типовых полётных операций и комплексного моделирования элементов программы полёта с резервными циклограммами на случай нештатной ситуации.

Моделирование деятельности экипажа выполнено для проверки алгоритмического обеспечения деятельности операторов в соответствии со стандартом ССЭТЭО, в т. ч. в нештатных и аварийных ситуациях.

Структура деятельности как «прост-ранственно-временнáя организация выполнения алгоритмов деятельности оператора на основе целостного единства компонентов и их всесторонних связей, реализующих деятельность» (в соответствии со стандартом ССЭТЭО), включает в себя восприятие информации, её анализ и обобщение, принятие решений, реализацию решений, контроль результатов. То есть структура деятельности формирует концептуальную модель деятельности члена экипажа ПТК и непосредственно влияет на эффективность и безопасность комплекса в целом.

В результате экспериментальной отработки деятельности экипажа получены следующие результаты:

• •    экспериментально проверены циклограмма и алгоритмы работы экипажа при выполнении режимов полёта ПТК;

• •    отработана методика ручного управления ПТК;

• •    экспериментально проверено информационное обеспечение деятельности экипажа на информационно-управляющих форматах БОИД;

• •    отработаны бортовые инструкции по управлению ПТК в основных режимах полёта и по управлению бортовыми приборами и системами;

• •    проверены эргономические показатели органов управления, средств отображения информации и функциональных зон.

Заключение

Эргономическое проектирование направлено на определение целевых характеристик системы в соответствии с её назначением, на поиск варианта организации системы, которая наилучшим образом обеспечивает достижение заданного результата, на решение задач, связанных с формированием представления о конфигурации системы, функциях и алгоритмах деятельности человека. Отличительной чертой ЭрП является создание проекта деятельности человека и целостного проекта системы «человек–машина» для повышения эффективности всей системы.

В процессе создания нового ПТК выполнено ЭрП в соответствии с разработанной методологией, создан проект деятельности экипажа ПТК, определены условия его деятельности, рабочие места, человеко-машинный интерфейс, алгоритмы работы, санитарно-гигиенические и социально-психологические условия, бортовое оборудование, полётное снаряжение и документация.

Внедрённая методология ЭрП обеспечила единую идеологию эргономического обеспечения ПТК на всех этапах жизненного цикла, формализацию и структурирование процессов разработки интерфейсов экипажа, экспериментальной отработки и оценки эргономических показателей, позволила сформировать основные требования к квалификации членов экипажа и в настоящее время применяется при проектировании Российской орбитальной станции.