Моделирование в эргономике

Моделирование структуры и функций систем «человек-машина» получило широкое распространение в эргономике. Существуют различные виды моделирования: предметное, предметно-математическое, знаковое и его важнейшая форма — математическое. Кроме того, широко применяется стохастическое моделирование, основанное на установлении вероятностных связей между событиями.

Предметное моделирование, в ходе которого исследование ведется на модели, воспроизводящей основные геометрические, физические, динамические и функциональные характеристики «оригинала», является характерной особенностью многих эргономических работ.

При этом используются статические и функциональные макеты. Первые представляют, как правило, трехмерные, выполненные в натуральную величину модели оборудования, его отдельных блоков, которые подвергают испытаниям.

Статический макет может использоваться:

• для выбора оптимального способа организации оборудования; для эргономической оценки оборудования и получения ответов на такие вопросы о его функционировании, которые не могут быть решены с помощью двухмерных чертежей;
• для решения задач организации рабочего места;
• для проверки размещения органов управления с точки зрения удобства пользования ими;
• для проверки точности и скорости считывания показаний приборов;
• для определения доступности точек проверки, испытаний в регулировки в процессе технического обслуживания оборудования.

Функциональный макет представляет модель оборудования в натуральную величину, которая в отличие от статического может воспроизводить реальное функционирование аппаратуры в режимах ручного и автоматического управления.

К этому виду макетов, можно отнести и тренажеры, предназначенные для профессиональной подготовки специалистов и используемые для изучения и решения задач проектирования соответствующего вида деятельности.

Функциональные макеты, используемые в эргономике, это созданные по определенным правилам экспериментальные модели системы «человек-машина» или ее подсистемы, свойства которых таким образом детерминируют деятельность человека, что ее основные характеристики соответствуют параметрам деятельности в реальной системе.

Возможности использования функциональных макетов в эргономике могут быть значительно расширены с применением в качестве программирующих и анализирующих устройств электронной и вычислительной техники.

Функциональный макет может быть использован для изучения трудовой деятельности человека (группы людей) в имитированных условиях работы с целью сравнения альтернативных вариантов конструкции (или проверки единственного выбранного проекта), а также для оценки отдельных характеристик оборудования.

Так, для проверки проектных предложений и эргономического обоснования художественно-конструкторских решений гидрокопировального станка с программным управлением были созданы макет прототипа станка в масштабе 1:1 и специальный стенд, позволяющий оперативно воспроизводить пространственные условия деятельности станочника.

С помощью скользящих металлических стержней и навесного оборудования, имитирующего основные рабочие элементы станка (зажимной патрон, заднюю бабку и т. п.)„ на стенде последовательно воспроизводился ряд объемных моделей станка и рабочей зоны.

Во время работы испытуемых с определенной моделью записывалась биоэлектрическая активность мышц. Полученные миограммы позволили выбрать из ряда исследуемых вариантов один, размеры и геометрическая форма которого обеспечивали минимальное напряжение мышц станочника по поддержанию рабочей позы.

В эргономике остро ощущается необходимость применения методов математического моделирования.

В последнее время модели человеческих факторов в технике появляются в большом количестве. Однако далеко не каждая из них действительно моделирует изучаемый процесс, и нередко моделирование превращается в игру математическими символами.

Тем не менее это не дает оснований сомневаться в том, что стремление дать математическое описание человеческих факторов в целом, безусловно, способствует развитию теории и практики эргономики.

Главные проблемы, которые возникают при этом, связаны с выявлением всего комплекса психофизиологических свойств и характеристик человека, существенных для его деятельности в системе. Именно они должны быть отражены в соответствующих математических моделях, призванных для количественного описания указанной деятельности.

Разработаны методики, в которых количественному моделированию подвергаются такие характеристики, как качество деятельности человека-оператора, квалификация и профессиональная деятельность операторов, их психологическая направленность («личностная», «коллективистская», «деловая»), психическая напряженность (стресс), моральное состояние и спаянность коллектива и др.

Проводятся работы по систематизации моделей, предназначенных для описания деятельности человека в конкретных режимах функционирования системы «человек—машина».

В эргономических и инженерно-психологических исследованиях систем «человек—машина» использование имитационных моделей связано главным образом со стремлением охватить единым описанием как человека, так и технические компоненты системы; необходимостью представить процессы функционирования системы «человек—машина» в обобщенной форме, позволяющей выделить и изучить подсистемы и связи между ними; желанием освободиться от .подробностей описания внутрисистемных процессов.

Одним из наиболее перспективных направлений развития моделирования для целей проектирования деятельности человека является использование теоретико-математического аппарата теории игр.

Эргономика нуждается в применении математических методов планирования и обработки экспериментальных данных. Планирование эксперимента, под которым понимают прежде всего систему представлений о рациональной стратегии проведения конкретного исследования, является существенным условием эффективного развития эргономики как сферы научной и практической деятельности.