4. Надёжность и эффективность ас с учётом деятельности человека-оператора

1. Краткие сведения из теории

Необходимость включения человека-оператора в контур управления сложных технических комплексов, каковыми являются, например автоматические системы, обусловлена главным образом сложностью решаемых задач, ответственностью за принятие решений и требуемой эффективностью функционирования сложных систем. Однако участие человека в функционирования АС потенциально может приводить и к снижению надёжности систем в целом.

Выделяют следующие показатели качества работы человека оператора в АС.

Быстродействие – время прохождения информации по замкнутому контуру «человек-машина»:

,

где t_i– время обработки информации в i-м звене системе «человек-машина» (СЧМ);

– число последовательно соединённых звеньев (СЧМ).

Надёжность – определяется вероятность правильного решения задачи. Статистически определяется отношением

,

где m_ош,N – соответственно число ошибочно решённых и общее число решённых задач.

Точность работы оператора – степень отклонения некоторого параметра (измеряемого, регулируемого оператором) от своего истинного или заданного значения. Определяется величиной погрешности

=I_н– I_оп ,

где I_н – истинное или номинальное значение параметра;

I_оп – фактически измеряемое или регулируемое оператором значение этого параметра.

Своевременность – решения задачи СЧМ оценивается вероятностью того, что стоящая перед СЧМ задача будет решена на время, не превышающее допустимое

,

где (Т) – функция плотности времени решения задачи СЧМ.

Или, по статистическим данным,

Р_св= P_пр P_св ,

Так как природа причин неправильного или несвоевременного решения задач не имеет значения.

Безопасность труда человека в СЧМ оценивается вероятностью безопасного труда

,

Р_возi –вероятность возникновения опасной или вредной для человека ситуации i-го типа;

Р_ош i– вероятность неправильных действий оператора в i-й ситуации;

n– число возможных травма опасных ситуаций.

Степень автоматизации.

Экономический показатель.

Отдельно следует выделить надёжность человека-оператора.

Надёжность оператора характеризуется показателем безошибочности, готовности, восстанавливаемости и своевременности.

Одним из основных показателей безошибочности является вероятность безошибочной работы, которая может вычисляться как для отдельных операций, так и для всего алгоритма.

Кроме того, для характеристики типовых операций может использоваться интенсивность ошибок. Как правило, эти показатели вычисляются для одной операции и в статическом виде определяются следующим образом

(4.1)

где Р_j –вероятность безошибочного выполнения операций j-го типа;

_j – интенсивность ошибок j-го вида;

N_j,n_j – выполненных операций j-го вида и допущенное при этом число ошибок;

Т _j – среднее время выполнения операции j-го вида.

Формула (4.1) справедлива для участка устойчивой работоспособности оператора. Если известны интенсивности ошибок при выполнении различных операций алгоритма, то вероятность безошибочного выполнения алгоритма определяется выражением

где k_j – число выполненных операций j-го вида;

r – число различных типов операций (j=1,2,…..,r).

Одним из важнейших показателей надёжности является коэффициент готовности, который представляет собой вероятность включения оператора в работу в любой произвольный момент времени и определяется выражением

где Т₀ – время, в течении которого оператор по тем или иным причинам не находится на рабочем месте ;

Т – общее время работы оператора.

Для характеристики восстанавливаемости, определяющей возможность самостоятельного контроля оператором своих действий и исправления допущенных ошибок, используется вероятность исправления оператором допущенной ошибки

Р_исп=Р_к  Р_обн  Р_и ,

где Р_к – вероятность выдачи сигнала схемой контроля;

Р_обн – вероятность обнаружения оператором сигнала контроля;

Р_и – вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении алгоритма.

В связи с тем, что большинство задач, решаемых в АСУ, накладываются временные ограничения. Несвоевременное выполнение действий равносильно невыполнению задачи. Поэтому для оценки надёжности используется такой показатель своевременности, как вероятность выполнения задачи в течение времени  < t _ :

где t _ – лимит времени;

f(t)– функция распределения времени решения задачи оператором.

Эта формула используется, когда t _L является постоянной величиной.

В заключении следует отметить, что надёжность оператора изменяется с течением времени, в том числе и в течение рабочего дня. Это изменение обусловлено как изменение условий деятельности, так и колебаниями состояния оператора.

Для оценки влияния качества работы человека-оператора на надёжность АС используется комплексные показатели надёжности.

Такая необходимость возникает:

• при проектировании АСУ для прогноза ожидаемого уровня надёжности СЧМ;

• при внедрении и эксплуатации АСУ для определения достигнутого уровня надёжности.

С этой целью могут быть использованы как аналитические, так и экспериментальные или имитационные методы. Выбор конкретного метода обусловлен учётом реальных возможностей СЧМ.

Для системы непрерывного типа обобщённым показателем надёжности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного протекания процесса управления в течение времени t [5].

Такое протекание процесса управления возможно в следующих случаях:

1. Технические средства работают исправно.

2. Произошёл отказ технических средств, но при этом:

а) оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной обстановки;

б) оператор допустил ошибочное действие, но своевременно их исправил.

В этом случае

где Р _Т (t) – вероятность безотказной работы технических средств;

К_оп – коэффициент готовности оператора;

Р_св – вероятность своевременного выполнения оператором требуемых действий;

Р _исп (t_) – вероятность исправления ошибочных действий за ограниченное время t_;

Р_оп – вероятность безошибочного выполнения алгоритма оператором.

Для СЧМ дискретного типа обобщённым показателем надёжности является вероятность безотказного, безошибочного и своевременного решения задачи, который предполагает учёт следующих условий.

1. В требуемый момент техника исправна, не отказала в процессе применения, действия оператора были безошибочны и своевременны.

2. Неготовая или отказавшая техника своевременно восстановлена, ошибок оператора не было.

3. При безотказной работе технических средств оператор допустил ошибки и своевременно их исправил

где К_Г – коэффициент готовности технических средств;

Р_вос – вероятность восстановления отказавшей техники;

Остальные обозначения прежние.

Для смешенного типа СЧМ показатель остаётся тот же, что и для СЧМ дискретного типа. Он учитывает следующие условия функционирования.

1. Оператор готов к приёму информации.

2. В течение паузы и времени решения задачи аппаратура работает исправно.

3. Оператор правильно и своевременно выполнил требуемые действия.

4. Произошёл отказ технических устройств, но оператор своевременно его устранил и не допустил ошибок.

5. Оператор допустил ошибку при безотказной технике, но своевременно устранил её.