Разработка методики и алгоритмов формирования оптимального эргономического обеспечения человеко-машинных систем тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики и алгоритмов формирования оптимального эргономического обеспечения человеко-машинных систем"

PíG

. « Г " Г \

- ü U .

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ 'ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

. МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ 2К0Н0МИК0 - СТАТИСТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 681.3

. УСТИНОВ НИКОЛАИ БОРИСОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ МШИМВАНИЯ ОПТЮШЫЮГ ЭРГОНОМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТШ

Специальность 09.00.13 - Экономико-математические методы.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на оаискзниэ ученой степени кандидата экономических наук

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре Вычислительных машин Московского ордена Трудового фасного Знамени экономико-статистического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Пятибратов Александр Петрович

Официальные оппоненты - доктор экономических наук,

профессор Подольский Владимир Исакович - кандидат экономических наук, профессор Макаровский Борис Николаевич

Еэдущая организация - Межотраслевой центр эргономических

исследований и разработок

Защита состоится "15" апреля 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 053.19.03 в Московском ордена Трудового Кранного Знамени экономико-статистическом институте по адресу: 119501, Москва, ул. Нежинская, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в дзух экземплярах с подписями, заверенными печатьи, просим направлять ученому секретарю МЭСИ.

Автореферат разослан февраля 1992 г„

Ученый секретарь специализированного соЕэта

кандидат а: аомэтеских наук,

про^ссор ' Г.С. Желнинсккй

СЕГ1ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛЕОТН Актуальность тс-:.ш. Развлткэ общественного прокзводстзз в настоящее врем;! связано с эф^ктпвнъм репюзпюм задач:

- создания швах л^пглн и »зхаиизьздв при огр-ивгсешапс рзсурсах на их изготовление;

- накопления матеряглыглх средств наряду с шгоеотировгш:©:; ;иш-талоокагх технологий;

- повышения уровня гглзнл членов общества и улугленпл экологической

обстшюеки,

Средегваг.'л для досзжеши этих целей стали: росургосбороггщгв технолопгл п ксше материала, ззтоматагарованпкв систе..п управления, кекокнезко облик материального производства, !.:азй1тор:^1Г экологической обстановки, учет воамогиостей человека при оргглглзации труда.

СссбОЭ ЬППМСЯКЭ К ЧОЛОЕОЧОСКС:*У фактору (43) при 1Т9р5СТрОЙКв еионо!,".г-юс;птх отношений на фане структурного и обгцего кризиса про-плплэкпостп страна обусловлено возможностью получения суцественнс-го экопо'лгческого г-Ф^эктэ при сравнительно пвбольсих капиталовлокв-ниггх.

Любая производственная система основывается на использовании труда человека и технических средств в определенных условиях, пеэтоглу монет трактоваться как человеко-машинная .лстема (СЧМ).

Гост производительности СЧМ обеспечивав': я как за счет пошае-гглр. производительности труда человека (оператора), так и за счет ирсюшзгап более шеотаптчжзводатэлышх орудчХ труда. Однако методика оптпгазащп экономических показа,- .'лей систем! по но ..рора-Оотана в должной коре.

Применяемая в настоящее время методика создшшя эргэноми 1еско-го обеспечения СЧМ не предназначена для определения экономической Э'Мч?ктж!юсти ергопсг.'ичзских разработок. Космэ того, проведение

г ргсноглэтоекой экспертиза требуот црхаяечошхя специалистов по эргс-ког-иже, что услохшде процесс создатглл косой тохнпхя п тохеояопи.

С другой сторона, отсутсгока однозначной ь:этодхсг акономичас-лсго звз.п:зз эргоггаг.згчеечих рез'енкл, их езйнмосеязл о цолвег-: наз-1:счс:пкм сястеш, приводят к тому, что не используются внутреннкз рзсорш системы, за ечэт которкх ияо значктодыю гаваиш. ео оф-фоктг.впззтъ.

ïïi'ii проблею t.Civ.s'z рзп;;ть, ослк разработать сдстоку е:соног,~;-*if сноп оцопкн sproncr-iwöcixro оСзспгчепкя (30) систе!.« и 1лзтод:п:у оптжкзацггс аргснс.х;1чоск»а рьзраЯото;; по гфитср.ао жокогетгзслой

Пета 'i зсдпчп росл»'оказия. Долю длссартзцпокпл о ьссяодзгз-н.:я пвлазтез рззрзбот.^а глетодшз; п злгорцт".. j3 о:п';:;.гзз:дз1 зргонпг.о чос:;оге с;;эск зчо::.;;; по крзтор;::^ о1:га:с;;:;:чоз:гзП:

Г. ccfir.(.TC;^£ с Diet цз.чьи и ^сз.чздо'з-сл.т'л с^оз^.у^рзт.з;.:: г.;l.jí'.j с:':,|у.у:.г" г прз.лучосглп г.г: -г::

зго.пзз 1.:;:':'Одо£ и ърсцз;::^} уa jc:;";;, с ¡1 узтпрз

L ..¡-.ci:::.. ; ir^-.r;: CT' п ivy:'; ri :."oppr...n:-

t,:.:у:с,г;,: :i.r;. лрзгк',\'рс: цзльз;

- upe 'зг.зз rjvс::стс;;- а:ус. : зчостьз СЧ?Л г: :: 'v.го е.:зг:,-сх:з;,\лг: ¡т. гз". :::-<тод'.;ки учота

: ■■.■■;;.-.:': ~ зр.'.тгз;. о:.." г;з: о:;;1:.:? iv-vc ;.. сз'сте-;."!;

- ■зтг'::-: .^тгу . 3; }" '".'2 -ст . v. ;; ps;,K3i прзня-•/Г. ; ; е.; рз р-.з-зз > к. . г.:з \~з з. :: " злдзшз.т C'i.T;

- ь ,з;.з'з,л &>;• •' м г■■Г'зз;.з. :\гон«<.лог;гаго сбостчв-■ Г „.о : : з;..,.. че.з. ÍI ..ззз з-осп';

- с Гот ,;;ро:.' : . : г; зз;:чззкая псстзноглз зздзчз сгзз-з. ,1'T-i зргзз /.. о: ... _.зз~ Лсззл слстомк по крззз ззз эзззззззто-

. , ' • ¡ппшв задел: опткдалиюго раокр'^-ло-

шя ресурссв и определения экопсазггесюи роззрг..~>п С-?/ за счет эргономического обеспечения;

- рввдлнн з рассмотрение антлетяето з**гсп?л:>ота уровп*" эргономического обеспечения слстеггл и эколг^л?:', достигаемой за счет учотп твлово'гоокого фактора, а так:.;-э :.п:;;;У е.эллппгой капитальных вложений в эргономически разработки п урознэм эргонсулчлости СЧМ по данной эргономической разработке;

- сформулирована задача параметрической оптишзацки зргоягомкческо-го обеспечения ОЧМ по критерию экономической э^уктиблости;

- разработан и реализован алгоритм спта.сгзац'пг структуры эргономических разработок, а также параметрической оптимизации! срголглллчес-кого обеспечения С1"' по критерии эконо:сгшс:«?Я гЛйяктпкгас'.л;

- создана модель оценки качества эргономического с'лслачс пля по критерию экономической эффективности конкретной СУМ - пвтоматпзлро-ззкной системы управления воздушным дзл.-:--;глом ( АСУ ЕД );

- прогоден анализ эргономического обеспеченна АСУ БД по разработанной методика, позволивший определить оптимачьнпй состав 30 АСУ ВД, объем затрат на реализация эргономических разработок л зконо:.:л-ческий эф&ект от достижения оптимального уроьня эргономического обеспечения системы.

Объект исследования. Объектен исследлзания является методика созда1шя оптимального эргономического обеспечения ; по ¡фиторпю экономической эффективности на основе кодвхп -доте:! жлоства эрг»>-номического обеспечения СИЛ.

Методы исследования. Для резеяпя тслпгуеляп. задач • ¿г?у-сался метод анализа иерархий, а тяхзе прюс9нл£с1 .•.;: •л :: -

парзт нелинейной оптимизации с использованием ,г:х У/к г. .'V : получения различных характеристик покг-.зате--1": пнл.мгь •гг-ж-."-ческис метода (регрвсеиплшй и £алт"тлг-'* г:»'-гл), :••. ; процедуры экспертной оценки.

Научная НОРИЗНП ДКССЭрТЕЦЕОННОГО исследования СОСТОИТ е СЛбДу-

ьх^зм;

- предложено ¿ордюльная матодика получения п использования эргоно-ютссюпс данных С ЦЭЯЬЯ П&ШЕЫШЯ СКОНОИИЧЭСКОЯ всМюктквпости

- разработаны пршщиш построения :: осноеы функционирования экспортно." спстом:;, автопашзгфупдой процесс принятия эргономических ¡¡знаний;

- составлена о'ца;: модель оценки качоства эргоног/лческого обеспечения СЧК ПО 1фЗТвриа экоиоч-лческой эффективности;

- разработала •методика и алгоритм оптимизации структуры эргономике стая разработок по крпториз экономической эффективности на основе корархий выгод к яздерзок (кэделз оценки качества СО СЧМ);

- устаиовлэш шолиигчокаю функциональные зависимости между уровнем 30 СТ.! 11 получаемой за счет него экономии, между величиной котраг по гргопокяческкэ разработки и уровнем эргономнчности систе-

- сйорму-кгровака задача оптимизации состава эргономических разрл-

Сото:: по критерий затрат на их разработку и реализацию и предложен ьлгоркты бэ рвпония;

- разработана частная модель оценки качества эргономического обес-печзшгя 4СУ ВД по критерию экономической эффективности.

Практическая ценность и апробация работы. Практическая значи- . г,'.ость определяется целевой направленностью исследования и состоит в создании методики и алгоритмов оптимизации эргономического обеспечения по критерию экономической эффективности, позволяющих:

- сократить затрати на принятие решения и повысить экономическую эффективность системы за счет формализация процедур" вигЬрэ остч-\',ги;ъноЛ структуры и состава Э0;

- у-'1 тппдкчних этапах жизненного цикла СЧГЯ болео точи-

твлять затрата на эргономическое обеспечение систекн;

- прогнозировать срок эксплуатации СЧМ по человеческому фактору;

- проводить технико-экономическое обоснование проекта по эргономическому обеспечение СЧМ;

- руководителю организации, создающей (эксплуатирующей) СЧМ, выявить пути совершенствования 30 СЧМ, применяя экспертную систему, принципы построения которой излокены в исследовании;

- повысить квалификация работников.

Апробация основных положений исследования осуществлялась в рамках научно-исследовательской работы по темь: "Разработка новых и совершенствование существующих методов оценки технико-экономической эффективности функционирования системы эргоногдического обеспечения создания и эксплуатации СЧМ специального назначения" в виде программных продуктов для ПЭВМ, реализованных на языка ТУРБО ПАСКАЛЬ 5.0.

Результаты исследования докладывались на научно-практических конференциях в МЭСИ в 1983 и 1989 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ общим объемом 3-4 печатных листа.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной теш, сформули-■хзвана цепь • определены задачи исследования, кратко излоко- ; основные "олокения диссертации, указаны ее новизна и практическая ценность.

В первой главе проводится анализ роли и места человеко - машинных систем 'в обществе, роли человеческого фактора в процесс»»

созданияг эксплуатации и уничтожения СЧМ„ а такхсе методов и систем оценки учета человеческого фактора.

Проведенная анализ показал, что с развитием человеческого общества роль ЧФ ео всех сферах деятельности возрастает. С другой стороны, сохраняется машшпо-ориентированный подход, когда в первую очередь проектируются технические средства деятельности операторов, а только потом учитываются эргономические характеристики последних. Все это усложняет процесс проектирования СЧГа, делает его многоступенчатым, итерационным. При этом не гарантируется оптимальность созд.',':11ого эргономического обеспечения СЧМ, а также отсутствие серьезных экономических потерь.

Анализ процесса деятельности человека в рамках общественного производства и отношений собственности показал, что он состоит из четырех этапов (рис. 1).

1-- г2— — г3- г-4—

Появление потребности I X I Контроль

в некоторой функции и г-** Обучение Исполнение за попол-

осознание этого факта нением

' --I

_____|

' Рис. 1 Схема процес . деятельности человека.

Появление потребности в некоторой функ'рш - объективный фактор, который подлежит реализации после осознания его конкретным индивидуумом (субъективный фактор). Наложение субъективного на объективное становится отправной точкой процесса деятельности, который включает обучение (блок 2), исполнение (блок 3) и контроль за исполнением (блок 4), трактуемые в самом широком смысле. Символом I

отмочено направление прямого процесса деятельности. Остальные стрелки отражают рекурсивный характер процесса деятельности и механизм обратной сеязи.

Кяк показали исследования, в наибольшей степолл этому процессу при создании эргономического обеспечения СЧМ соответствует методика кнженорно-психологичаского проектирования (1-ТПП), состоящая из нес-колыг.ис этапов. Сгруппировав поело дни" по функциональному признаку, получим трехступенчатую методикуг обозначенную 1ТПГО и включакцую: сбор сведений об объекте управления; распределение функций з СЧМ; анализ и оценку деятельности объекта управления.

Функциональные связи методики КПП заменяются на связи по данным в рамках модели, названной моделью Х-0 (характеристики-оценки) включавшей три группы данных: характеристики объекта управления; характеристики компонент СЧМ; оценки деятельности объекта управления (СЧМ).

Вторая группа (характеристики компонент СЧЧ) представляет собой иерархию характеристик, распределенных по уровням детализации: обобщенные данные по комсокентЕм СЧМ; по распределению функций мек-ду компонентами СЧМ; частные данньа по каздой составляющей компонента СЧЧ: отделпюму оператору, техническому средству, • элементу средь.

На рис.2 представлена структура модели Х-0 б гамнах методики

101ПЗ

.пализ состава и методов оценки эргономического обоспече!сия показал целесообразность применения для этой цели системы оценки качества очи. Ядаом системы оценки качества СЧМ являются три пюеня показателе* ко./лонент, взаимодействия компонент и роли СЧМ в обществе В качестве последних рассматриваются показатели экономической г.ф^ктганостк (ЯМ.

Изучение проблем, которые требовали регечгия в процессе созда-

Модель Х-0

Методика ШИЗ

Группы

характе- Состав группы ристик

Группа I. Характеристики объекта

Группа 2. характеристики компонентов СЧМ

Статистические и динамические данные по целям и задачам системы

Обобщенные данные по компонентам СЧМ; человек, „л-на, .--..да

данные п"> распределении функций между компонентами СЧМ ОГГКГАТОгН

-ТЕлгшКА

-г-^СРЕДА

Данные по каждому компоненту СЧМ

тяп-

ОГК

"опк

ТС1 ТС2

ТСЬ

СС1 СС2

ССМ

Группа 3

Оценки | Интегральный

деятельности

показатель э<м«ктивкости

15Т

I. Определе;дав целей и задач системы

2. Распределение функций в СЧМ

2.1. ... анализа возможностей' человека, техкн:-',:, среды и определения ограничивающих условий

2.2. ...

а) выбора структуры группы 0) определения числа составных частей компонентов

в) определение перечня; •

- задач на рабочем месте

(операторы);

- техсредотв (техника);

- состава среды (среда)

г) определения связей между компонентами

2.3.1. >ю операторам

а) определения структуры и алгоритма деятельности

б) требований к характеристикам человека;_

¿¡.3.2. по техник

а) опр.-'^'-ле-ли 1 типа

ИНч-1'1 ' :;лонных моделей;

б) к:;-.;,,47урации ОУ;

в) -"- общей компоновки ГМ

"2.3.3. по среде ■

а) определения физических факторов среды;

б) -"- химических ^акторов среды_

3. Анализ и оценка деятель

ности г.-.- (СЧМ)___ ,

... ог,з»-" д <ятель;-. СЧА! по пока:. .': .;;ям взаимодействия компонентов СЧМ, целевым и экониулческим

1 - оператор; ТС - техническое средство;

~СС

П

0

л

У

ч

9

Н

И

е

X

а

Р

а

к

т

е

Р

и

с

т

и

к

п

0

с

р

е

д

с

т

в

0

м

-

■цая

И,

:{ия оптимальной структуры эргономического обеспечения СЧМГ показало необходимость испо^гьзованкя методов системного анализа. По совокупности достоинств и нэдостеткоВл на основании, возможности-работы о лерархическм структурированными и разноразмерными данными, был выбран метод анализа иерархий.

Вторая глава посвящена разработке и реализации принципов и моделей оптимизации эргономического обеспечения СЧМ„ Дается математическая постановка ¿¿дачи оптимизации системы ЭО СЧМ по критерию экономической эффективности в общем виде, а также формулируются частные оптимизационные задалиг в том числе задача оптимального распределения ресурсов Вводятся в рассмотрение две целевые функции, представленные в аналитической экспоненциальной Форме. Первая из них отражает зависимость величины экономии за счет эргономического обеспечения от уровня 30 СЧМ. Зторая представляет собой зависимость между уровнем эргономического обеспечения СЧМ и затратами на их разработку и внедвение. Подробно анализируются области определения функцик, .поведение функций на множестве допустимых значении,

С^тезнр/втся мидель оценки качества 30 СЧМ по критерию экономической эффективности, В ее основе - иерархии выгод за счет 30 СЧМ 'Л издержек не ЭО ОЧМ Определен состав и отношения подчиненности Показателей модели на уровнях'иерархии.

С-рэрмчрован алгоритм формирования оптимальной структуры 30 СЧМ по' _критерию экономической эффективности. При выборе оптимальной структуры 30 СЧм вычисляются глобальные приоритеты эргономических разраоотог, в иерархиях выгод и издержек. Для каждой разработки на-ходитсг отношение эе глобального приоритета в иерархии еыгод к ее глобальному приоритету в иерархии издержек. Эргономические разработки ранжируются в'порядке убывания этих отношений.

Сформулирована задача параметрической оптимизации оргоноуи ч^.:-

кого обеспечения СЧМ по критерию экономической эффективности. Приводится алгоритм преобразования общей постановки задачи параметрической оптимизации с нелинейной целевой функцией с ограничениями к задаче параметрической оптимизации без ограничений и решения последней методом штрафных функций.

Разработаны принципы построения экспертной системы, в основу которой положена методика формирования модели оценки качества 30 СЧМ, алгоритмы структурной и параметрической оптимизации, банк эргономических данных.

Задача оптимизации системы эргономического обеспечения СЧЫ по критерию экономической эффективности в общем виде формулируется следующим образом:

Э(Ш) = £ Е(Ы) - К J -♦ mar , (1)

при ограничениях Е(ш) > Е ,

* ' im л '

К $ к < к

Wtl П МД *

где 3(и) - экономический эффект от достижения уровня w эргономического обеспечения СЧМ;

Е(ш) - экономия за счет эргономического обеспечения уровня и;

К - величина вложенных средств в 30 СЧМ; , .

to - уровень эргономично ста системы, достигнутый, в

основном, за счет вложенных в 30,СЧМ средств; • - минимальное значение экономии , которое должен, обеспечить комплекс- эргономических мероприятий. , - минимальные затраты на 30 СЧМ для обеспечения , целевого функционирования СЧМ;

к^ - максимально допустимая величина затрат на. комплекс эргономических мероприятий.

Было установлено, что зависимости Е(ш) и ш(К) носят экспонен-

циалышй характер и аналитически описываются функциями Ш(К) = 100- Г1- ехр( £ 1п(1- —. (2)

о

ш -и . -

ЕИ - Е ^.Ч1" - Г^ >] • (3)

где Ко - начальное затраты на эргономическое обеспечение;

- уровень эргономичности при затратах Ко. Значение Ем< может бить определено одним из следующих способов:

- на основании единственного значения, принимаемого функцией Е('.о) - Е, при 0) - ш4 ;

- на основании множества значений функции Е(и) с последующим использованием метода наименьших квадратов для определения коэффициентов регрессии;

- путем экспертных оценок; ■

- по источникам экономии в предположении, что Е(и) есть суммарная экономия по источникам экономии;

- на основании производственной функции в предположении, что труд человека в СЧМ после внедрения эргономических разработок минимален;

Для оценки качества эргономического обеспечения СЧМ синтезируются две многоуровневые модели: иерархии экономии и издержек, представленные на рис. 3 и 4, соответственно.

Иерархия экономии в общем случае Еключает семь уровней, иерар-гля издержек - пять.

Не первом уровне в иерархии экономии находится интегральный показатель качества эргономического обеспечения - общая (суммарная) экономия за счет эргономического обеспечения СЧМ.

¿ровны два "1 трч представляют собой детализацию суммарной эко -номии по видаы и источникам,, В качестве первых фигурирует предотвращенный ущерб, снижение себестоимости продукции и экономия за счет выпуска дополнительной продукции.

Уровень 1 . Общая экономия.

Уровень 2. Виды экономии.

Уровень 3.

Источники

экономии.

Уровень 4. Показатели достижения целей СЧМ.

Уровень г>„ Показатели качества ВЗа-ИМОД^СТБИЯ компонентов СЧМ.

Уровень 6. Показатели деятельности оператора.

Уровень 7. (альтернативы) Эргономические разработки.

1

!'Я

Ф ф Ф Ф [5] фффЕЩ^Сф П|Ш|3 ЕХ*] ЩЗ Р^З Р^З

£

ж

ЩЗ • Щ СШ ф Ф

€

Ж

ш

шишш J

Ф

ШИШШ]

Ш00И

т

г

иг

1 2 3 4 5 6

I 2 3 4 5'6 7 8 9 10 II

[Э-

1 2 3 4 5 6 7

и *} Ы |

I 2 11 11

I

Рис.. 3 Структурная схема общей модели оценки экономии за счет 30 СЧМ ,

Рис. 4 Структурная схема общей модели оценки издержек на 30 СЧМ

Показатели четвертого, пятого и шестого уровня определяют характер взаимодействия компонент СЧМ в процессе функционирования. Взаимодействие рассматривается с позиций влияния показателе® деятельности оператора (уровень шесть) на показатели качества взаимодействия компонент (уровень пять) и указатели достижения целей СЧМ.

К показателям шестого уровня относятся временные, точностные и частотные характеристики оператора в процессе выполнения перцептивной, когнитивной, двигательной и коммуникативной деятельности, а также физиологические показатели жизнедеятельности.

Показатели пятого уровня определяют быстродействие, безопасность, безошибочность, точность и своевременность функционирования СЧМ.--

Показатели достижения целей СЧМ (уровень четыре) определяются ее назначением.

Состав эргономических разработок в общем виде определяется моделью данных Х-0 и методикой ИГО (уровень семь). Включает шесть групп разработок, связанных с организацией СЧМ, организацией трудовой деятельности операторов СЧМ. рабочими местами и техническими средствами деятельности операторов, факторами обитаемости, безопасностью труда к технической эстетикой.

Иерархия издержек строится, исходя из концепции затрат на эргономическое обеспечение. В соответствии с ней, общие затраты (уровень один) складываются из единовременных и текущих затрат (уровень два), которые, в свою очередь, распределяются по видам (уровень три) и источникам (уровень четыре) затрат.

Пятый уровень иерархии издержек совпадает с седьмые уровнем иерархии экономии.

Посредством метода анализа иерархий определяются глобальные приоритет кажд- й эргономической разработки в соответствующей не-

рархии по следуищнму алгоритму:

G* - Р*

°Г " 1КК---' К <г=ЗП), (4)

г -1

где о1 - глобальный приоритет, определяемый первым и вщш уровнями иерархии; р* -. локальный приоритет, полученный на основании матрицы парных сравнений 1-го и 2-го уровней иерархии; (f - глобальный приоритет, определяемый i—1-ым и г-ым

уровнями иерархии; р" - локальный приоритет, полученный на основании матрицы

парных сравнения r-1-го и г-го уровней иерархии; 1 - количество уровней иерархии;

п - количество элементов на r-1-ом урорне иерархии.

Глобальные приоритеты, представленные в виде векторов

г 7 Г 5 1

7

и о' -

... И

7 5

в .

ип

где 0?э - глобальные приоритеты экономии; о® - глобальные приоритеты издержек; п* - число эргономических разработок, используются для ранжирования эргономических разработок в соответствии с отношением полезности.

Это отношение определяется посредством деления глобального приоритета данной разработки в иорархии экономии на соответствующий глобальный приоритет в иерархии издержек. Формально этот процесс можно представить как построение вектора

о = ..., ап»), (б)

где <1* > >1* > ... > д*», получаемо!^ из вектора

D = (d, d2, dn«), где

7 _

d = , 1=1 ,n*, (7)

L 5 ' ' .

p

по итерационной схеме:

d* = шах { В }

= max { B/d* j (8)

d*« = шах | B/(d*d* ... d\

Выбираются m* первых элементов вектора D*,, Соответствующие им эргономические разработки будут оказывать наибольшее влияние не эффективность системы и должны, собственно,, определить состав 30 СЧМ„ Вектор В* - это характеристика ЭР по их влиянию на эффективность системы.

Полученные на этапах структурной оптимизации отношения, предпочтительности (6) позволяют сузить область возможных решений.

Для определения оптимального по экономическим критериям состава 30 СЧМ выполняется этап параметрической оптимизации» В его основе лежит алгоритм нелинейной оптимизации без ограничений (SUMT) с использованием штрафных функций

Задача (1) с учетом функций [2) и (3) и соответству адих преобразований метода штрафных функций запишется следующие .эиразог-

-Э и- Р(К) - ]Р [ х { ( \ _ Ё + -+■

+ к-r-jr) + к - к (ш )

19)

где 1 - количество эргономических разработок. Алгоритм оптимизации, модель данных, методика организации интерфейса программно-аппаратных средств с экономистом (руководителями) оформляется в виде экспертной системы по трехуровневой схеме:

- на нулевом, уровне происходит накопление опыта эксперта, реализуемого в виде правил вывода заключений, фактов, оценок и т.п. " - на первом уровне находятся компьютерные -компоненты экспертной системы: банк эргономических данных, человеко-машинный интерфэйс, база знаний, машина логического вывода и процедурный блок, включающий алгоритм, структурной и параметрической оптимизации по Формулам (1 - 9). Процедурный блок является функциональным ядром системы;

- на втором находится исследователь (экономист, руководитель) в качестве лица, принимающего окончательное' решение.

В третьей главе приводятся результаты апробации методики применительно к конкретной СЧМ - автоматизированной системе управления воздушным движением.

Проанализирован состав, назначение и функции АСУ БД и ее эргономического обеспечения. На основе этого анализа и общей модели оценки качества 30 СЧМ построена модель оценки качества 30 АСУ ВД по критерию экономической эффективности.

Осуществлена структурная'оптимизация состава 30 АСУ ВД. В результате получено шесть групп эргономических разработок, сказывающих различное влияние на экономическую эффективность АСУ ВД.

С целью определения оптимального состава 30 АСУ ВД, объема затрат на 30 АСУ ВД и ожидаемого за счет внедренных эргономических разработок экономического эффекта проведена параметрическая оптимизация нелинейной функции цели методом штрафных функций.

Рассчитана технико-экономическая эффективность созданной методики на примере АСУ ВД.

Обслуживание "-оздушного движения (ОВД) есть пакетно-иаформмци-окное обслуживание, аварийное оповещение, консультативное обслуживание, диспетчерское обслуживание воздушного движения, а также диспетчерское обслуживание на маршруте, при подходе и на аэродро-

Технология обслуживания ВД, принятая в нашей стране, предполагает наличие' диспетчеров руления,, старта, круга, подхода (направления) и т.д. Строится на принципах координации и горизонтальных связей при отсутствии иерархии подчинения, личной ответственности диспетчера за нагодящиеся на управлении воздушные суда.

Автоматизация ОВД призЕана увеличить производительность систе- . мы ОВД бес, увеличения количества рабочих органов системы, уменьшить количество задержек в воздухе, увеличить резерв времени диспетчера на решение вопросов контроля движения, повысить безопасность, снизить нагрузки на диспетчерский персонал и т.п.

Внедрение средств автоматизации сопряжено с крупными затратами на программно-аппаратный комплекс.

Эффективности этих затрат определяется оптимальностью производственной деятельности диспетчера, которая, в свою очередь, зависит от соответствия характеристик челоЕека-оператора, использующего технические средства АСУ ВД, параметрам функциоштрования программно -аппаратного комплекса, включая фактор среды на рабочем месте.

Для оценки эргономического обеспечения АСУ ВД типа "Старт" и формирования оптимального применялась в рамках методики ИШЗ модель данных Х-0 и алгоритм структурной и параметрической оптимизации

Иерархии экономии и издержек (рис Э и 4) были модифицированы а соответствии со спецификой рассматриваемой системы. Для иерархии экономии удалось установить приоритеты между видами, экономии' наибольшая экономия достигается за счет повыпюния безопасности полетов и экономии топлива, опре делящих экономия за счет предотвращенного ущерба. Увеличение пропускной способности лСУ ВД л как следствие, рост доли прибыли в цоно услуг определяют другой вид экономик Ганге кокно добиться экономии за счет снижения себестоимости по д.'спитчг.рсчоку ч-бзлухявакил. Ряд источников экономии фигурирующих а 1 структурной схеме иерархии выгод за счет 30 СЧМ (рис.

3), таких как изменчив режима работы АСУ ВД, увеличение числа АСУ ВД за счет их условного освобождения и т.п. (всего восемь источников), не использовались в иерархии оценки экономии по причине невозможности получения экономии или заведомо малой ее величины.

Вместе с тем, иерархия была дополнена источниками экономии, связанными с повышением безопасности полетов,, уменьшением расхода топлива воздушных судов и получением дополнительной прибыли за счет повышения пропускной способности АСУ ВД. •

Уровень достижения целей для удобства построения матриц попарных сравнений представлен в виде двух подуровней: на верхнем располагаются интегральные показатели деятельности АСУ ВД, а на никнем -временные и количественные показатели функционировали 1 АСУ ВД.

Приводится подробный перечень эргономических разработок (уровень 7) с целью упростить процесс преобразования данных, полученных путем эргономической экспертизы системы, к ви,;у, пригодному для I -пользования в методе анализа иерархий. Зтот перечень также нужен для конкретизации заключений экспертной систь.-а по составу 30 АСУ ВД.

Иерархия издержек на 30 АСУ ЗД (уровень четыре на рис. 4), соответствует общей структуре иерархии издержек на систему эргономического обеспечения СЧМ.

Оценка и выбор оптимальной структуры 30 АСУ ВД производится в расчете на специалиста, использующего эту информацию для принятия радения о финансировании работ по созданию эргономического обеспечения системы. Поэтому в рассмотренном примере исследование ограничено самым низким уровнем детализации, включающим только шесть основных груш эргономических требований.

Зт-'л! структурной оптимизации выполнен с использованием техники-. .ггор'А'И'.^счи.х понижателей функционирования АСУ ВД "Старт". Получены г..о'а.п'г.'1'.'е приоритеты эргономических разработок в иерархиях

экономии и издержек и их отношения. Это позволило разбить эргономические разработки 'на два множества по их влиянию на экономическую эффективность АСУ ВД. В первое вошли эргономические разработки по организации СЧМ, . организации технологии деятельности операторов, рабочим местам и техническим средствам деятельности. Эргономические мероприятия этой группы дают наибольший экономический эффект при среарих затратах. Остальные эргономические разработки при средних и низких затратах на их осуществление приносят небольшой экономический эффект.

Также были сформулированы заключения об экономической эффективности взаимосвязанных групп эргономических разработок, об .условиях целесообразности проектирования и осуществления эргономических мероприятий по различным группам, о возможностях получения более детальных оценок эргономического обеспечения СЧМ на этапе структур-. ной оптимизации.

Ка этапе параметрической оптимизации методом Давидона-Флет-«ера-Пауэлла (ДФП) применительно к АСУ ВД решалась задача

»(К) - - Э ♦ Р(К, - ¿{гg-^-j ♦

+ К - Ко. - Е (ы )| min 0)

Глобальные приоритеты эргономических, .эазраооток в чеиерхийх издержек и экономии использовались для определения, соответственно, затрат на базовое эргономическое обеспечение н величину максимально возможной экономии по каждой группе эргономических разработок.,

С учетом этого задача (Ю) была представлена в з%це-'

F0P . - 3 + Р(к) = \ ir- L-Vt + ir-11-^ +

L, } IV47 К - otко j

+ К - Ко - Е (U )| -» min , (11)

где о^ - глобальный приоритет i - ей группы эргономических

разработок в иерархии издержек. ■ Величина в была определено по формуле: Е"

--0ЛзГ- . <12>

где о.13б - глобальный приоритет источника экономии "экономия за счет уменьшения расхода топлива воздушных су-• дов" в иерарэкономии;

Е ' - максимальное значение экономии топлива ( в руб).

тпкхх ^

В результате получены данные по структуре оптимальных затрат на эргономическое обесгпекие СЧМ и оуидаэусму экономическому эффекту, позволившие определить процент увеличения уровня эргономич-ности системы по каждой группе эргономических разработок ( от 3 до 30), чтобы добиться среднегодового зконсмлчесг.ы'о эффекта в разоре 188 тысяч руб (в ценах I9S3 года).

В заключении отражены ссгг'овнке :.-.учные и ¡фактические результаты проведенного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана формализованная процедура учета эргономических данных на этапах кизченного цикла СЧМ. В качестве методики учета предложив модификация системы инженерно-психологического проектирования КППЗ, а в качестве формы учета - модель данных 7-0.

2. Обоснована необходимость использования методик системного анализа для решения задач оценки и оптимизации эргономического обеспечения С'М. Доказана возможность и необходимость использовании метода анализ иерархий в качестве метода системного анализа на ос-

нова иерархической модели оценки качества СЧМ„ определяющей качество 30 счм.

3. Сформулирована в общем виде математическая постановка задачи оптимизации эргономического обеспечения СЧМ по критерии экономической эффективности.

Определен вид цэл»вых функций, аналитически отраяащях зависимость мегду ахоисмаэй и достигнутым уровнем вргономичности системы, а -гак;:' ) уровнем 30 СЧ?.! и затратами на его достижение для

оценки оргоно'.глчэсю'х резервов системы по критерия экономической

5. Ддл оценки эргономического обеспечения СЧМ по критерия экономи-чоскоЛ &И-'К,пш.чоста синтезирована модель, состоящая из двух иерархи;';: экономии и издержек, являющихся следствием осуществления эрго-по:.гдчосккх разработок. В иерархии экономии выделено песть уровней рьздллклх показатель Л функционирования СЧ},! и один уровень эргономических разработок. В иерархии издержек, помимо уровня эргономических разработок, четыре уровня показателей.

С. Скорчулировзл алгоритм использования модели оценки качества эргономического обеспечения СЧМ для определения структуры иргопоглачосккх разработок, Проведен анализ возможностей модификации иерархии в оазлспкостп от целей исследования и этапа жизненного ГГ.1СЛ9 С-йв. Спдорва методика отбора порспоктиших в экономическом клало эргономических разработок на основании их глобальных приоритетов л иерархиях. • • ' 7. Пзлололл щ шциш оптимизации зргсномячэского обеспечения <ж по параметрам: выбран параметр оптимизации, сформулирована з оощем ви-задача параметрической оптимизации, рассмотрена методика приве-;'.г:;.к общей издо'Ш оптимизации 30 СЧМ по критешю экономической эф-глглюстл к оптимизационной задаче с нелинейной целевой функцией о.оа.:ич Л1.1 к! (о функцией штрафа)с составлена функция штрафа,

яривзд'го ajiropiiii: оптимизации. Определено место проведения этих рлсчзтсз в процессе оптимизации эргономического обеспечения СЧМ. е. Определены принципы построения диалоговой системы принятия pene-ir:';" по составуг структуре и затратам на эргономическое обеспечение (s-Cft на основе алгоритмов структурной и параметрической оптимизации 50 С4L

0. Проанализирован состав, назначение и функции АСУ ВД и ее зргоно-глического обеспечения. Построена модель оценки качества 30 АСУ ВД, пключбщая три уровня показателей, отражающая взаимодействие различных кошонент в системе.

10. Осуществлена структурная оптимизация состава экономического обеспечения СЧМ с использованием иерархий выгод и иг^ерт»;., соот-ветствукцих модели оценки качества .эргономического ос *спв"»яия АСУ ВД "Старт".

11. Осуществлена оптимизация по пчр^-.этру за.рэт на эргонсмичес » обеспечения СЧМ по сести группам эргономических разработок, в ходе которой он]»делен спткмзльькй урог-эиь api ..■номкчности системы по каждой группе ЭР, затраты на эргономически« мероприятия к ошдеемал за гл'от SO с-тсномия.

1?.. Определена скономачосчзя эффективность внедрения (исткш эова-1'ИЯ) р«5р5б012КХД методики ПО срГ.ЕНЗНИЮ с традиционным подходом к psap-'cгк>) 30 (7ГГ. «о примере оргонпк::';вск.ого оСоск.»"«.»»» АСУ рд "Стч/.-т" оСосн'.-ь .на m 'Oxo.nfüwcTb ксполь2о:»акия иетодигш и алгоритмов в сигни с ее г.чсокс." сФ^кткрностьр и калим срсксм оиупаягасти.

Ро _т.rya^i/rfcwta опубликованы след>>v-Poz»i

1. íí'^to-H-ífC-H'"' уг{.^зг-;н::ч по создан;:?! и ип:ол:-:.-:пв.г.нн>"> экспертной си»,' .. . i " технических средств АСУ. - М.: "ЗГ"',,

.<•■ :■ -- зяс. (ь со'-ьторст^е).

2. Обучений с использованием ПЗ"М: эргономический подход. / Использование средств вычислительной техники ь обучении.: Сб. науч. трудов. - М.: ЮСЯ, 1993.

3. Применение экспертной системы и метода штрафных функций при формировании оптимальной СЭСРЗ СЧМ. /Методы и средства эффективного использования вычислительных. систем.: Сб. науч. трудов. - М„: МЗСЙ, 19Ь9. - с.13 - 1В.

4. Разработка новых и совершенствование существующие методов оцэнки технико-экономической эффективности функционирования системы эргономического обеспечения создания к эксплуатации СЧГЛ специального назначения. Отчет /по НИР II 93. УДК 331.101.1,, К гос. регистрации 01.87.0035517. - М.: МЗСИ, 19Э0. - 150 С. (лично - 24с)

5. Учет уровня оснащенности труда па этапе структурной оптимизации СЧМ. /Эффективность вычислительных систем.: Сб., кауч, трудов, -.!,!.: МЭСИ, 1990. - С.24 - 29.

6. Формирование оптимальной структуру бпгономического обзсизчензя человеко-машинных систем. /Уффектишость ч9J. -око-мащиках систем.: СО. науч. трудов. - М.: КЭШ, 1938, - с.37 - А2-

'С7.К.Г-.Т / ••зек Ь. С:,и-