Классификация форм деятельности человека-оператора и их модельных представлений в интегрированных производственных системах по критерию размерности пространства их локализации

Классификация форм деятельности человека-оператора и их модельных представлений в интегрированых производственных системах по критерию размерности пространства их локализации

М.В. Сержантова,
ассист.,к.т.н.,12noch@mail.ru,
А.В. Ушаков,
проф., д.т.н., проф., Ushakov-AVG@yandex.ru,
Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург

Рассмотрена проблема классификации форм деятельности человека-оператора и его модельных представлений в интегрированных производственных системах по критерию размерности пространства их локализации. Показано, что в рамках каждого компонента классификации модели деятельности ЧО представляют собой иерархию с низовым (микро), средним и верхним (макро) уровнями, при этом в каждом уровне деятельность ЧО может быть разделена на манипуляционную и функциональную. Причем на уровне математического моделирования деятельности ЧО предлагается использовать аддитивный подход, дополненный использованием интервальных представлений параметров модели. В качестве примера модельного представления деятельности человека-оператора рассмотрена модель, основанная на свойствах аддитивного представления факторов врабатывания и уставания в квазистатической функциональной среде.

The problem is considered for the classification of forms of activity of the human operator. model representation of the human operator considered in integrated production systems according to the criterion of the dimension of the space of localization. Hierarchy is proposed with micro, middle and macro levels. the activity of the human operator can be divided into manipulation and functional in each level. use the additive approach, the interval representation of the model parameters in mathematical modeling activities of the human operator.

Example is considered for the mathematical model of the human operator. This model is based on properties of additive representation of immersion in the work and fatigue in quasi-static functional environment

Введение

Проблема проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта напрямую связана с возможностями и ресурсами человека-оператора, работающего в интегрированной производственной системе. Участие человека-оператора (ЧО) в производственных системах зачастую целесообразнее, чем автоматизированная система для формирования антропогенного продукта. Отметим также, способность человека-оператора выполнять сложные функциональные и манипуляционные операции, для выполнения которых пока нет аналогичных автоматизированных систем. В этой связи возможность контроля и управления ресурсами человека-оператора, задействованного для формирования и контроля антропогенной выходной продукции выходят на первый план. Ставится задача разработать версию классификации деятельности модельных представлении человека-оператора по критерию размерности пространства локализации интегрированных производственных систем. Имеющийся опыт [1-4] по моделированию деятельности человека-оператора позволил сформировать стек его модельных представлений. Каждый компонент предлагаемой классификации моделей деятельности ЧО в свою очередь представляют собой иерархию с низовым (микро), средним и верхним (макро) уровнями со своим математическим аппаратом (передаточные функции, метод пространства состояний, конечные цепи Маркова), при этом в каждом уровне деятельность ЧО может быть разделена на манипуляционную и функциональную, при математическом моделировании деятельности ЧО на всех уровнях классификации используется аддитивный подход представления процессов врабатывания и уставания, дополненный использованием интервальных представлений параметров модели.

Стек модельных представлений деятельности человека-оператора в интегрированной производственной среде

Ранжирование функциональных сред и вида деятельности человека-оператора вносит ясность в работу специалистов по научной организации труда, инженеров, рассчитывающих предполагаемый уровень производительности интегрированной производственной системы с целью пуско-наладки системы и коррекции рабочего режима.

Классификационная иерархия моделей деятельности ЧО по критерию размерности пространства ее локализации состоит из четырех уровней. Первый уровень составляет функциональная размерности ноль, т.е. квазистатическая функциональная среда, образованная технологическими ресурсами «неподвижными» в пространстве. Характерным примером этого уровня является станочный парк. Маневрирование возможностями функциональной среды этого уровня представлены операциями «включить», «останов»,«отключить».

Второй уровень составляет функциональная среда размерности один, образованная технологическими ресурсами, осуществляющими «локально линейное» одномерное перемещение в пространстве. Наиболее наглядным примером функциональной среды размерности один являются все виды рельсового транспорта. Маневрирование возможностями функциональной среды этого уровня представлены операциями «включить», «разгон», «торможение», «останов», «отключить».

Третий уровень составляет функциональная среда размерности два, образованная технологическими ресурсами, осуществляющими двумерное перемещения в пространстве. Примером такой среды являются все виды наземного и надводного транспорта. Маневрирование возможностями функциональной среды этого уровня представлены операциями «включить», «отключить», «разгон»,«торможение», «обгон в горизонтальной плоскости», «останов».

Четвертый уровень составляет функциональная среда размерности три, образованная технологическими ресурсами, осуществляющими трехмерное перемещения в пространстве. Характерными примерами такой функциональной среды являются космические корабли, все виды околоземных летательных аппаратов, а также подводные плавсредства и пр. Маневрирование возможностями функциональной среды этого уровня представлены операциями «включить», «отключить», «разгон», «торможение», «обгон в горизонтальной плоскости», «обгон в вертикальной плоскости», «останов».

Деятельность человека-оператора, задействованного в любой из перечисленных классификационных сред, может быть разделена на манипуляционную и функциональную.

Определение 1. Манипуляционной деятельностью человека-оператора будем называть его деятельность в функциональной среде, состоящую в его непосредственном взаимодействии с технологическим оборудованием этой среды.

Манипуляционные модели деятельности человека-оператора могут быть представлены разомкнутыми и замкнутыми моделями деятельности человека-оператора, занятого в интегрированной производственной системе. Под разомкнутыми манипуляционными моделями понимаются модели, описывающие деятельность человека-оператора, использующего потенциал его индивидуального манипуляционного динамического стереотипа. В отличие от них замкнутые модели деятельности человека-оператора в интегрированной производственной системе представляют собой описание деятельности ЧО, использующего для оценки результата своей деятельности сравнение обрабатываемого объекта с моделью его финального состояния, задаваемой чертежом или монитором.

Определение 2. Функциональной деятельностью человека-оператора будем называть его деятельность в функциональной среде, эффект которой состоит в формировании пользовательского антропогенного продукта технологическим оборудованием этой среды в результате его эффективной манипуляционной деятельности.

При моделировании манипуляционной и функциональной деятельности используется аддитивная композиция моделей процессов врабатывания в деятельность и уставания, причем описание этих процессов задаются моделями с интервальными параметрами

Конечномерное аддитивное интервальное представление функциональной модели человека–оператора в квазистатической среде его функционирования как пример заявленного модельного подхода

Рассмотрим процедуру заявленную в заголовке раздела, опираясь на типовую медианную кривую изменения производительности функциональной деятельности (труда) ЧО в течение рабочей смены с реальным восстановлением ее в рекреативный интервал с исключением интервала длительности последнего, приведенного на рис.1.

Рис 1. Типовая кривая изменения производительности функциональной деятельности (труда) ЧО в течение рабочей смены с реальным восстановлением ее в рекреативный интервал с исключением временного интервала длительности последнего

На основе кривых рис. 1 построена модель реальной производительности труда за восьмичасовую рабочую смену с учетом аддитивности процессов врабатывания и уставания

, (1)

где _,медианные значения параметров. Полагается, что процесс врабатывания и уставания стартуют одновременно с началом трудовой деятельности. При этом процесс уставания начинает заметно проявляется на третьем часу полусмены с отрицательным эффектом при ее окончании (), что выражается в снижении производительности труда в среднем на 30%.

Выxодная продукция определится интегралом по времени от производительности труда, имеющей аналитическое представление (1). При этом, организаторы производства могут рассчитать выработку на некоторый момент времени. Медианное значение получено из условия

Для адекватного описания производительности функциональной деятельности человека-оператора предложено воспользуемся интервальными модельными представлениями. Необходимость этого подхода обусловлена природой человека-оператора, благодаря которой он наделен свойствами, которые меняются в зависимости от его внутреннего состояния и действия внешних возмущающих факторов и задающих воздействий. Интервализация исходных фиксированных (медианных) параметров кривой рис.1 осуществляется на основе представления интервального числа в виде.

(2)

Сформируем интервальные представления описания производственной деятельности ЧО вида (1) в условиях двух полусмен, разделенных рекреативным интервалом, в виде соотношений с использованием записи интервального числа в форме (2). В результате получим интервальные представления:

(3)

Заключение

Предложенная классификация форм деятельности человека-оператора и их модельных представлений в интегрированных производственных системах по критерию размерности пространства их локализации позволила аргументирована сформировать стек моделей человека-оператора. Формирование одного из компонентов этого стека проиллюстрирован процедурно.

Литература

1. Сержантова М. В., Ушаков А. В. Конечные цепи Маркова в модельном представлении деятельности человека-оператора в квазистатической функциональной среде // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики -2016. - Т.16. - № 3(96). С. 524 –533.

2. Сержантова М.В., Ушаков А.В. Интервальная аддитивная кусочно-полиномиальная временная модель деятельности человека-оператора в квазистатической функциональной среде // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики -2015. - Т.15. - № 2(96). - С. 329-337.

3. Сержантова М.В., Ушаков А.В. Рекреативный интервал в проблеме управления производительностью деятельности антропокомпонента-оператора в квазистатической функциональной среде // Мехатроника, автоматизация, управление -2015. - Т.16. - № 4. - С. 262-267.

4. Дударенко Н.А., Полинова Н. А, Сержантова М.В., Ушаков А.В. Аддитивная интервальная модель функциональной деятельности антропокомпонента в квазистатической среде // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014 -2014. - С. 6372–6377.

5. Шипилов А.И, Шипилова О.А. Высокая работоспособность персонала – забота кадровика // Кадры предприятия. 2003. № 3. С. 7–15.