Система человек — машина

Одним из критериев развития человеческой цивилизации является создание и совершенствование орудий труда, позволивших расширить физические и умственные возможности человека в изготовлении предметов труда, необходимых для улучшения условий его жизнедеятельности.

Наиболее древними достижениями человеческой цивилизации стало изготовление и применение каменных орудий. Использование физических параметров этих орудий, в основном массы и формы, позволяло древним людям более эффективно использовать свои физические силы в процессе труда. В качестве классического примера преобразования физических усилий человека для повышения эффективности его труда можно привести одно из гениальных изобретений человечества – рычаг Архимеда, в котором используется открытый Архимедом (287-212 г.г. до н.э.) закон обратно-пропорциональной зависимости между соотношениями длин плеч рычага и приложенных к ним сил. Как следует из формулы, если длина правого плеча рычага b, например, в два раза больше левого a, то для равновесия сила F ₁ должнв быть в два раза больше силы F ₂. Отсюда, выполняя одну и ту же работу, но применяя разные по соотношению длин плечи рычага, мы можем проигрывать в пути, но вынгрывать в силе, либо наоборот. А поскольку, как правило, силы человека значительно ограничены, а путь мало ограничен, то используемый им рычаг в основном и применяется для выигрыша в силе за счет потерь в пути.

Характер автомобильных перевозок, многосменных производств, авиа и космических полетов потребовал тщательного рассмотрения вопроса о том, как во время работы распределяются роли между человеком и техническими системами самолета, космического корабля или системами, обеспечивающими человеку условия, необходимые для его жизнедеятельности (их принято называть системами жизнеобеспечения). Эти системы и оператора нельзя рассматривать отдельно друг от друга, так как человек в космическом корабле — это не просто пассажир, которого корабль перевозит из одного места в другое. Поэтому принято рассматривать систему человек — машина. Такой подход помогает конструкторам определить роль каждого звена этой системы и создать в итоге оптимальную конструкцию.

Кстати: Машина – любое техническое устройство, предназначенное для целенаправленного изменения материи, энергии или информации

Хорошее определение понятия системы человек — машина дал Э. Маккормик, который говорит, что «систему человек — машина можно определить как сочетание одного или нескольких людей с одним или несколькими компонентами оборудования, взаимодействующими друг с другом таким образом, чтобы система, получая сигналы на входе, вырабатывала требуемые в конкретных условиях окружающей среды выходные сигналы». Такое определение понятия «человек — машина» позволяет легко увидеть то общее, что есть в сочетаниях автомобиль — водитель, самолет — экипаж, пишущая машинка — машинистка, а также космический корабль — космонавт.

В литературе в качестве синонима СЧМ употребляют понятия «антропотехническая система», «эргатическая система», «эрготехническая система», «система «человек—техника», «система «оператор—машина» и др. Однако наиболее употребительным является термин «СЧМ». В ряде случаев употребляют термин «система «человек—машина—среда», однако в этом нет особой необходимости, поскольку любая СЧМ функционирует в условиях окружающей среды и ее учет всегда необходим при изучении СЧМ.

Интерес к проблеме С. «ч. и м.» возник в середине 20 в.; он был обусловлен тем, что в качестве объектов технического проектирования и конструирования стали всё чаще выступать различного рода системы (управления производством, транспортом, связью, космическими полётами и т. п.), эффективность функционирования которых во многом определяется деятельностью включаемого в них человека. Сочетание способностей человека и возможностей машины (или совокупности технических средств) существенно повышает эффективность управления.

Несмотря на совместное выполнение функций управления человеком и машиной, каждая из двух составляющих системы подчиняется в работе собственным, свойственным только ей закономерностям, причём эффективность функционирования системы в целом определяется тем, в какой мере при её создании были выявлены и учтены присущие человеку и машине особенности, в том числе ограничения и потенциальные возможности. Наиболее полно эти особенности обнаруживаются в процессе проектирования согласованных внешних (технических) и внутренних (свойственных оператору, см. Человеческие факторы) средств деятельности, включая построение информационной и концептуальной моделей.

Система человек — машина может представлять собой незамкнутый или замкнутый контур. В первом случае человек только включает систему и, образно говоря, отходит в сторону, так как функции его на этом заканчиваются. Примером такой системы с незамкнутым контуром является система орудие — артиллерист, в которой человек тщательно производит расчет всех поступающих к нему данных и выдает параметры, необходимые для наведения орудия (например, величины угла прицеливания и угла вертикальной наводки). После выстрела человек не в силах уже изменить ни траекторию полета снаряда, ни место его падения.

Примером системы с замкнутым контуром является система космический корабль — космонавт, в которой человек и корабль постоянно взаимодействуют для того, чтобы получать необходимые результаты. Если, например, скорость вращения корабля изменяется в нежелательную сторону или становится просто опасной, космонавт включает соответствующую систему торможения, прекращающую или уменьшающую вращение корабля вокруг той или иной оси. При этом он следит за показаниями приборов, указывающих на то, что вращение корабля прекратилось или уменьшилось до приемлемой величины. В системах с замкнутым контуром человек обычно выполняет функции чувствительного элемента (датчика), устройства для обработки полученной информации и регулятора, в то время как машина поставляет ему информацию для принятия решения. Машина также обеспечивает усиление выходных мощностей.

Система “человек-машина-среда” - СЧМС представляет собой сложную многофункциональную систему, включающую неживую, живую материю и общество (см. рис. ниже).

Система “человек – машина – среда”

Структура СЧМС состоит из:

· машины (М) – все то, что искусственно создано руками человека для удовлетворения своих потребностей (технические устройства, информационное обеспечение и т.д.);

· человека (Ч) - человека - оператора, который при взаимодействии с машиной выполняет определенные функции управления для достижения поставленной цели;

· среды, которую условно можно разбить на два вида – окружающую среду (ОС) и социальную среду (СС).

Окружающая среда характеризуется такими основными параметрами, как микроклимат, шум, вибрация, освещенность, запыленность, загазованность и т.д.

Социальная среда характеризуется социально– экономическими и политическими отношениями в обществе.

Человек и машина, при своем взаимодействии, составляют подсистему в рамках СЧМС, которая называется система “человек-машина” - СЧМ.

Основу классификации СЧМ составляют четыре группы признаков:

1. целевое назначение системы;

2. характеристики человеческого звена;

3. тип машинного звена;

4. тип взаимодействия компонентов системы.

По целевому назначению можно выделить следующие классы систем:

1. управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной;

2. обслуживающие, в которых задачей человека является контроль за состоянием машины;

3. обучающие - выработка у человека определенных навыков;

4. информационные - поиск, накопление или получение необходимой информации;

5. исследовательские - анализ тех или иных явлений.

По характеристикам человеческого звена СЧМ делятся на:

 моносистемы, в состав которых входит один человек;

 полисистемы, в состав которых входит целый коллектив и взаимодействующий с ним комплекс технических устройств.

Полисистемы в свою очередь можно подразделить на:

1. Паритетные, при которых в процессе взаимодействие людей с машинными компонентами не устанавливается какая-либо подчиненность и приоритетность отдельных членов коллектива. Примерами таких полисистем может служить система «коллектив людей – устройства жизнеобеспечения» (например, система жизнеобеспечения на космическом корабле или подводной лодке). Другим примером может быть система отображения информации с большим экраном, предназначенная для использования коллективом операторов.

2. Иерархические, в которых устанавливается или организационная, или приоритетная иерархия взаимодействия людей с техническими устройствами. Так, в системе управления воздушным движением диспетчер аэропорта образует верхний уровень управления. Следующий уровень – командиры воздушных судов, действиями которых руководит диспетчер. Третий уровень – остальные члены экипажа, работающие под руководством командира корабля.

Деятельность человека-оператора представляет собой процесс достижения поставленных перед СЧМ целей, состоящий из упорядоченной совокупности выполняемых им действий.

Различают несколько типов операторской деятельности:

 оператор-технолог – человек непосредственно включен в технологический процесс;

 оператор-манипулятор – основная роль деятельности человека это сенсомоторная регуляция (управление манипуляторами, железнодорожным составом и т.д.);

 оператор-наблюдатель – классический тип оператора (диспетчер транспортной системы, оператор радиолокационной станции и т.д.);

 оператор-исследователь – исследователи любого профиля;

 оператор-руководитель – организаторы, руководители различных уровней, лица принимающие ответственные решения.

По типу машинного звена условно можно выделить два вида признаков:

 информационные - машины, обеспечивающие обработку информации и решающие задачи духовного плана;

 материальные – машины, обрабатывающие материальные носители.

По типу взаимодействия компонентов системы в СЧМ выделяют два вида:

 информационное – взаимодействие, обусловленное передачей информации от машины к человеку;

 сенсомоторное – взаимодействие, направленное от человека к машине для выполнения поставленной цели.

Трудовую деятельность человека в системах «Человек – машина – окружающая среда» (СЧМ) изучает наука эргономика.

Предмет исследования – конкретная трудовая деятельность человека, использующего машины.

В основу классификации СЧМ по типу взаимодействия человека и машины может быть положена степень непрерывности этого взаимодействия. По этому признаку различают системы непрерывного (например, система «водитель-автомобиль») и эпизодического

ГОСТ 26387-84 - Система "Человек-машина". Термины и определения

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения основных понятий в области системы “человек-машина“и ее эргономического обеспеченияНаименование документа: ГОСТ 26387-84

Тип документа: стандарт

Статус документа: действующий

Название рус.: Система "Человек-машина". Термины и определения

Название англ.: Man-machine system. Terms and definitions

Основная литература

1. Человек и машина: Учеб. пособ./ В.Л. Шадуя, И.П. Филонов. - Мн.: УП «Технопринт», 2001- 334с.

2. Б.С. Доброборский ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК-МАШИНА». Санкт-Петербург. 2008.

3.Сергеев С.Ф. Инженерная психология и эргономика [Текст]: учебное пособие / С. Ф. Сергеев. - М.: НИИ школьных технологий, 2008. - 176 с.

Дополнительная литература:

1. Боголюбов А.Н. Творение рук человеческих: Естественна история машин. -М.: Знание, 1988.

2. Мартынюк И.О. Инженер в зеркале времени. - Киев: Политиздат Украины, 1989.

3. Основы инженерной психологии: Учебник для технических вузов /Б.А.Душков, Б.Ф. Ломов, В.Ф. Рубахин и др.; Под ред. Б.Ф.Ломова. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Высш. школа, 1986/

Поиск по сайту: