Разработка методов и средств оперативного контроля функционального состояния операторов сложных человеко-машинных систем Мелешко, Александр Вячеславович

Введение к работе

Актуальность исследований. Информатизация и компьютеризация современного общества резко изменяет характер и условия трудовой деятельности. Человек прекратился в элемент сложных человеко-машинных систем (*1МС), оставаясь их наиболее «слабым», в системе поддержания эффективности, звеном [Ломов, 1986]. Средние значения потерь вызванных ошибками человека составляют до 30% от потенциальной эффективности ЧМС [Шлаен и др., 1992]. Возрастание масштабности труда резко увеличило цену таких ошибок., а рост его сложности и динамичности повысил их вероятность [Айдаркин, 1999]. Поддержание требуемой эффективности деятельности обеспечивается за счет активации психофизиологических ресурсов человека, что проявляется в высоком уровне его психоэмоциональной напряжешгости. Длительная активация приводит к истощению адаптационных резервов человеческого организма, возникновению экстремальных состояний, снижению уровня здоровья и, как следствие, к сокращению профессионального долголетия [Навакатикян и др., 1987, Шлаен и др. 1992,1999].

Центральной интегральной характеристикой человеческого звена в ЧМС является работоспособность, поддержание которой на необходимом уровне - цель эргономического обеспечения. Проблемы обитаемости и создания эргономического облика в основном касаются внешних факторов обеспечения работоспособности, являющимися константами конкретной ЧМС. Вігутренние факторы (подготовка профессионала и управление его функциональным состоянием) обеспечения работоспособности являются более лабильными и подвержены негативным влияниям иапряжеішости и сложности современной профессиональной деятельности. Критическим параметром эффективности деятельности ЧМС являє »хя функциональное состояние (ФС) оператора, для контроля которого применяются различные формы и методы.

При этом одной из основных задач в общей системе оценки, прогноза и коррекции ФС является оперативный контроль ФС, по результатам которого осуществляется допуск оператора к дежурству и периодическая оценка его ФС в течение рабочей смены.

Цель работы и задачи исследований. Анализ работ по теме диссертации показывает повышенное внимание к проблемам, связанным с разработкой новых методов и средств контроля ФС, а также существенный прогресс в решении различных ее аспектов [Блок, 1970; Наеико, 1976; Ильин, 1978; Леонова, Медведев, 1981; Леонова, 1984; Фролов, 1987; Навакатикян и др., 19878; Колганов, 1989; Забродин, 1991; Кирой, 1991; Данилова, 1985, 1992; Пахомов, 1999 и др. ]. Особенно актуальны задачи оперативного контроля ФС [Забродин, 1991; Шлаен и др, 1992, 1999; Айдаркин, 1999; Львов и др., 1999 и др.] Анализ

показал, что имеется ряд существенных недостатков в решении задачи оперативного контроля ФС, которые связаны с использованием частных, связанных с конкретными профессиями методов, отсутствием универсального подхода, теоретически обоснованных, закрепленных нормативными документами, эффективных методов оперативного контроля ФС. В связи с этим целью работы является разработка рациональных методов оперативного контроля ФС операторов сложных человеко-машинных систем в ходе их профессиональной деятельности и создание аппаратно-программной среды для их реализации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследований:

1. Анализ современного состояния проблемы обеспечения необходимой работоспособности операторов СЧМ.

2. Обоснование роли и места оперативного контроля ФС в целях поддержания необходимого уровня работоспособности, анализ и выбор методов и средств его реализации.

3. Разработка аппаратно-программной среды для реализации метода оперативного контроля ФС на базе оценки мнкродвижений конечностей оператора.

4. Экспериментальное исследование динамики параметров трсморограммы при изменении ФС, аппаратно-программной среды и разработанных методов оперативного контроля ФС на примере деятельности операторов ЧМС и оценка их эффективности.

5. Выработка предложений и рекомендаций по построению и применению автоматизированных систем оперативного контроля ФС операторов современных и перспективных ЧМС.

Методы исследования. При решении поставленных в диссертации научных задач использовались биофизические методы исследования параметров микродвижений конечностей, теория биотехнических систем, методы психо-физиологического тестирования, методы программно-имитационного моделирования среды операторской деятельности и численною анализа измеренных паплм<трен двигательной системы организма оператора.

Научная новизна. В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана концепция оперативного коїггроля ФС оператора в процессе профессиональной деятельности, отличающаяся от существующих подходов тем, что предметом оперативного контроля является уровень общей работоспособности, на основании которого принимается решения о допуске оператора к дежурству и периодическая оценка его ФС в течение рабочей смены.

2. На основе проведенных исследований обоснован и разработан новый метод оперативного контроля ФС оператора, основанный на изменении амплитудно-частотных показателей тремора верхшгх конечностей человека.

3. Создана аппаратно-программная среда, реализующая метод оперативного контроля ФС на базе оценки параметров микродвижений конечностей.

4. На основе результатов выполненных исследований разработаны рекомендации и предложения по внедрению разработанного метода оперативного контроля, сформулированы предложения по внесению изменений в нормативно-техническую документацию по созданию и использованию методов оперативного контроля ФС оператора в СЧМ

Основные положения, выносимые на защиту;

1. Метод оперативного контроля ФС, основанный на оценке спектральных характеристик микродвижений верхних конечностей оператора.

2. Алгоритмы оперативного контроля ФС оператора, на основе регистрацші и анализа характеристик микродвижений верхних конечностей человека.

3. Результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие особенности тремора конечностей человека в норме, при физический и умственной нагрузке, сдвигах ФС (утомление, опьянение).

4. Предложения і! требования по созданию средств оперативного контроля ФС
операторов ЧМС,

5. Рекомендации по уточнению ГОСТов, в части касающейся оперативного контроля
ФС в процессе профессиональной деятельности операторов СЧМ.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработан информационный

подход и универсальный метод оперативного контроля ФС на базе треморографии, который может быть использован для решения задач допуска операторов к дежурству и периодическому контролю ФС в процессе профессиональной деятельности, а также при мониторинге состояния здоровья и клинической диагностики ряда патопогий.

Апробация и публикация работы. Проведена на базе факультета «Бномедицинской техники» Научно-Учебного Комплекса «Радиоэлектроники, Лазерной и Медицинской Техники» МГТУ им.Н.Э. Баумана .

Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

Российской научно-технической конференции "Мелико-технические технологии на страже здоровья" (г.Гсленджик, 1999 г.);

Научном семинаре кафедры «Медико-технические информационные технологии» МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Работа выполнена в соответствии с техническим заданием проекта межвузовской

научно-технической программы «Конверсия и высокие технологии»

Минобразования РФ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Полученные результаты реализованы:

в Ростовском госуниверситете в научно-исследовательском и учебном процессе и при разработке методов контроля функционального состояния студентов и преподавателей;

в практике научно-учебного процесса факультета «Биомедицшская техника» МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 164 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 9 таблиц и 41 приложение. В библиографию включено 61 наименование отечественной и зарубежной литературы.