СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА Российский патент 2006 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медико-технической области, в частности к измерению психофизиологических характеристик, и касается способа определения работоспособности человека-оператора, прежде всего по степени умственного утомления. В практике функциональной деятельности работников различных специальностей значительную долю рабочего времени занимает операторская деятельность, подавляющую часть которой составляет напряженная умственная работа. Это касается также научных сотрудников, преподавателей, исследователей и др., деятельность которых в ряде случаев близка к операторской. Наступление умственной усталости происходит незаметно. Появляются ошибки, снижающие эффективность труда и работоспособность его исполнителей. Появление ошибок особенно опасно в операторском труде, связанном с управлением сложными системами, комплексами, механизмами и процессами, где следствием могут быть аварии, катастрофы и другие чрезвычайные происшествия, связанные с возможностью гибели людей. Поэтому своевременное выявление наступления снижения работоспособности умственной усталости, с целью принятия необходимых мер по недопущению ошибок, способствует повышению эффективности труда специалистов, а в ряде случаев позволяет предупредить наступление чрезвычайных ситуаций и уменьшить риск для жизни персонала.

Известен способ определения работоспособности (степени умственного (зрительного) утомления), предусматривающий предъявление испытуемому сигналов с плавно изменяемой частотой (см., например, Деревянко В.А и др. Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде. - М., 1976, с.76). В этом способе испытуемому в качестве сигнала предъявляется поток мелькающего света.

Этот способ имеет недостатки: низкую точность, из-за ограничения оценкой состояния только зрительного аппарата, в котором умственная составляющая является лишь частью, большой разброс данных и большое количество измерений для оценки работоспособности (степени зрительного (умственного) утомления). Кроме того, использование этого способа связано с затруднениями при сравнении данных, полученных различными исследованиями, с различной аппаратурой и для различных испытуемых. Перечисленные недостатки связаны в значительной степени с тем, что в процессе испытаний используется лишь зрительный аппарат человека в ограниченных условиях при наличии световых помех, а также ввиду небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от изменения состояния оператора и его работоспособности. Вместе с тем известно (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. - Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.89-90), что критическая частота слияния мельканий зависит от многих факторов, в частности, от частоты мельканий, яркости светового потока, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Кроме того, световая чувствительность сетчатки глаза в зависимости от удаленности от центра глаза существенно различна (см. там же, с.37-53), а ее рабочая зона, как правило, ограничена, особенно у испытуемых, характер профессиональной деятельности которых связал с операторским трудом, например, у операторов военно-технических комплексов, авиаторов и др. Поэтому достоверность оценки по абсолютным значениям в одноразовом испытании не является высокой.

Известен способ определения состояния оператора (его работоспособности), предусматривающий предъявление испытуемому (подачу в его поле зрения) сигналов в виде потока мелькающего света изменяемой частоты и одновременно потока ровного света, определение момента, когда световые потоки будут казаться испытуемому одинаково светящимися (см., например, авторское свидетельство СССР №339280). Этот способ в ряде случаев позволяет произвести измерения более точно, поскольку предоставляет возможность ориентироваться на эталонный (ровный) поток света и задействовать несколько большую часть зрительного аппарата. Однако помещение в поле зрения испытуемого одновременно двух источников с разными характеристиками, непрерывное их сравнение и слежение за ними рассеивают внимание испытуемого и не дают в полной мере возможности обеспечить и точность, и достоверность оценки. Яркость второго источника (с ровным потоком света) суммируется с яркостью первого и вызывает дополнительную погрешность (см. там же, с.85-87, 117-121). Кроме того, диагностика ограничивается, как и в предыдущем способе, оценкой состояния (утомления) в основном зрительного аппарата испытуемого.

Известен способ определения работоспособности (степени умственного утомления), заключающийся в предъявлении испытуемому сигналов переменной частоты в виде потока мелькающего света и измерении показателя реакции испытуемого на предъявленные сигналы путем измерения критической частоты слияния мельканий, воспринимаемой испытуемым (см., например, авторское свидетельство СССР №673266, кл. А 61 В 5/16, 1977). По этому способу дополнительно измеряют критическую частоту слияния мельканий, воспринимаемую другим глазом, и по разности получаемых величин определяют степень утомления (работоспособность). Этот способ в отличие от предыдущих предусматривает в большей степени определение состоящая (усталости) не только зрительного аппарата, но и всего человека, в частности, его умственного аппарата, поскольку в формировании зрительных образов участвует не только один глаз непосредственно, но и второй глаз и большая часть мозга (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. - Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.52-53). Однако этого приближения к реальности не достаточно, поскольку поле зрения одного глаза достаточно велико, например, в горизонтальной плоскости оно составляет около 150° (см. там же, с.53-55), и рабочая зона поля зрения, как правило, значительно меньше. Особенно это относится к тем профессиональным работникам, деятельность которых связана с оптическими приборами, и прежде всего с монокулярными приборами (микроскопами, телескопами, различного рода визирами, прицельными устройствами и др.). В этих случаях основную рабочую нагрузку воспринимает центральная часть сетчатки, угловой размер которой составляет единицы градусов. Учитывая угловые размеры подавляющего большинства типовых объектов, находящихся в пространстве предметов, с которыми контактирует зрительный аппарат глаза через оптический прибор, а также вероятности их отклонения от зрительной оси, можно определить угловой размер наиболее нагруженной части сетчатки глаза, который не превышает 3°. Поэтому применение в этих случаях способа по а.с. №673266 дает завышенный результат в определении состояния зрительного аппарата из-за участия в испытании как «уставших», так и «не уставших» частей сетчатки глаза. Кроме того, на достоверность оценки оказывает влияние в этом случае и оптическая составляющая зрительного аппарата, и та часть мозга, которая участвует в деятельности зрительного аппарата (см. там же, с.7-11, 66-71). Достоверность диагностики работоспособности (состояния) оператора в отношении умственной деятельности в момент испытания зрительного аппарата не является высокой, поскольку оценивается лишь часть умственной деятельности мозга.

Известен также принятый в настоящей заявке за прототип способ определения работоспособности (степени умственного утомления), заключающийся в предъявлении испытуемому сигнала переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измерении показателя реакции испытуемого на предъявленный сигнал и определении работоспособности (степени умственного (зрительного) утомления) по относительному отклонению значения измеренного показателя. В этом случае в качестве предъявляемого сигнала также используется поток мелькающего света с изменяемой частотой, а в качестве одного из показателей - критическая частота слияния мельканий. Однако окончательную оценку производят по относительному отклонению показателя, измеренного в исходном (отдохнувшем) состоянии и в состоянии утомления, что повышает достоверность оценки. Кроме того, с этой же целые зрительный аппарат испытуемого экранируют от посторонних источников света, а световой поток направляют на его центральную часть. Кроме того, процедура последования в этом способе позволяет также несколько уменьшить нагрузку на зрительную систему испытуемого.

Однако и в этом способе достоверность определения умственной усталости, а тем более работоспособности, в значительной степени зависит от характеристик зрительною аппарата, и опасность травмирования его не исключается полностью.

Целью изобретения является повышение достоверности определения работоспособности (умственной усталости) испытуемого путем увеличения умственной и уменьшения зрительной составляющих его нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения умственного утомления, заключающемся в предъявлении испытуемому сигналов переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измерении показателей реакции испытуемого на предъявленные сигналы и оценке степени утомления по относительному отклонению значений измеренных показателей, предъявляемые сигналы формируют в виде требующих решения тестов, условия и результаты решения которых выводят на экран видеоконтрольного устройства, количество тестов для отдохнувшего и утомленного состояний задают одинаковым и предъявляют их человеку-оператору в случайной последовательности с частотой, изменяемой пропорционально частоте их решения, измеряют суммарное полное время от начала до конца решения заданного количества тестов, измеряют суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства предъявленных человеку-оператору условий тестов и результатов их решений с учетом исправлений, определяют количество правильно решенных тестов и суммарное чистое время решения заданного количества тестов, а оценку работоспособности производят по относительному изменению среднего времени правильного решения теста в соответствии с выражением

где Тср.у=Тсум.у./Кпр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о,

Тсум.у=Тсум.п.у-(Тсум.зап.т+Тсум.зап.р+Тсум.зап.и),

Тсум.о=Тсум.п.о-(Тсум.зап.т+Тсум.зап.р.+Тсум.зап.и),

Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии,

Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии,

Тсум.у - суммарное чистое время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии.

Тсум.о - суммарное чистое время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии,

Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии,

Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии.

Тсум.п.у - суммарное полное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии,

Тсум.п.о - суммарное полное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии,

Тсум.зап.т - суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства условия тестов,

Тсум.зап.р - суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства результатов решений тестов,

Тсум.зап.и - суммарное время запаздывания выведана экран видеоконтрольного устройства исправления результатов решений тестов.

Применение предлагаемого способа определения работоспособности человека-оператора позволяет повысить достоверность способа за счет увеличения умственной и уменьшения зрительной нагрузок испытуемого, за счет измерения суммарного времени запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства необходимой информации и ее учета при определении чистого времени решения заданного количества тестов.

Для проведения исследования работоспособности степени умственного утоления предъявляют испытуемому сигналы переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях. Сигналы формируют в виде тестов, требующих решения, то есть представляющих именно умственную нагрузку. Целесообразно, чтобы эта умственная нагрузка была близкой к профессиональной деятельности испытуемого. Тесты могут составляться из типовых задач, характерных для профессиональной деятельности испытуемого, что обеспечивает стабильность результатов и статистическую надежность, так как процесс испытания практически не изменяет уровень мастерства испытуемого. При этом достигается также экономия времени, поскольку исключается необходимость предварительной подготовки испытуемого. Для обеспечения универсальности в тестах могут использоваться общепринятые, доступные широкой аудитории логические, математические, технические и др. выражения, не требующие глубоких специальных знаний. Например, каждый тест может содержать определенное математическое выражение, требующее выполнения заданных действий. В простейшем случае это могут быть две или несколько цифр, которые необходимо сложить. Тесты по сложности и структуре должны быть однотипными, подобными друг другу (для обеспечения однородности), а цифры задаваться случайным образом (чтобы обеспечить независимость и последующую сравнимость результатов испытаний и испытуемых). Тесты могут иметь и специальные условия, такие, например, как условия выполнения артиллерийских задач, определение поправок на отклонение условий стрельбы от нормальных и др. Частота предъявления тестов (сигналов) изменяется и зависит от скорости выполнения тестов. Каждый последующий тест предъявляется испытуемому только после решения им предыдущего теста, особенно в случае математических выражений. Математические тесты целесообразно предъявлять (руководителем) с помощью экрана видеоконтрольного устройства. Их решения, если их необходимо записывать, также размещаются (испытуемым) на экране, рядом с математическим выражением. При подаче тестов необходимо следить за тем, чтобы процесс их подачи не влиял на процесс их выполнения (решения), то есть чтобы решение не замедлялось из-за преждевременного появления или отсутствия математического выражения на экране, что в обоих случаях создает помехи работе испытуемого. В практике исключить помехи практически невозможно. В ряде случаев время запаздывания ввода теста или его решения соизмеримо с самим временем решения, что несовместимо с требованиями по достоверности оценки. Поэтому в соответствии с предлагаемым способом измеряются и время запаздывания на ввод условий (содержания) тестов Тзап.т, и время запаздывания на ввод решения тестов Тзап.р, и время запаздывания на ввод исправлений Тзап.и. С целью повышения достоверности оценки измеряют время запаздывания вывода на экран каждого теста, его решения и каждого исправления. Суммарное время запаздывания определяется суммированием его составляющих Тсум.зап.=Тсум.зап.т+Тсум.зап.р +Тсум.зап.и, где Суммарное полное время решения заданного количества тестов в утомленном и отдохнувшем состояниях Тсум.п.у и Тсум.п.о определяется от начала подачи команды на вывод первого теста на экран видеоконтрольного устройства до доклада испытуемого об окончании выполнения заданного количества тестов.

С целью сближения условий испытаний в отдохнувшем и утомленном состояниях, полное количество тестов и в первом Кпол.у, и во втором Кпол.о случаях принимают одинаковым и предъявляют в несколько серий. Исследования показывают, что целесообразно проводить 3-5 серии, по 10 тестов в каждой из них. С целью максимального выравнивания нагрузок для всех серий и состояний, упрощения проведения испытаний и обеспечения инвариантности по отношению к профессиональным особенностям испытуемых в каждом тесте математические выражения составляют из двухзначных цельных случайных чисел, в качестве действий используются суммирование и вычитание. При этом числа подбираются и расставляются таким образом, чтобы результат был также двухзначным числом. Затем определяется количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии Кпр.у и в отдохнувшем состоянии Кпр.о, а также суммарное чистое время решения заданного количества тестов в утомленном и отдохнувшем состояниях:

Тсум.у=Тсум.п.у-(Тсум.зап.т+Тсум.зап.р+Тсум.зап.и),

Тсум.о=Тсум.п.о-(Тсум.зап.т+Тсум.зап.р+Тсум.зап.и).

Затем определяют среднее время правильного решения в каждом из состояний. В утомленном: Тср.у.=Тсум.у/Кпр.у и в отдохнувшем: Tcp.o=Тсум.o/Кпр.o. Оценку работоспособности (степени умственного утомления) производят по относительному изменению среднего времени правильного решения в процентах в соответствии с выражением (Тср.у-Тср.o)100%/Тср. Предложенный способ по сравнению с известными более критичен к умственной нагрузке, поскольку из оценки практически исключена составляющая зрительного аппарата. Его реализация с технической точки зрения не вызывает затруднений. Достаточно иметь видеоконтрольное устройство с экраном, устройство ввода данных и датчик времени (в простейшем случае можно ограничиться секундомером). При наличии компьютера возможности способа значительно расширяются.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно (в зависимости от инерционности используемой аппаратуры - на 10-50%) и достоверно оценивать работоспособность (степень умственного утомления) испытуемых и прогнозировать изменение их профессиональных показателей, особенно, если основной деятельностью испытуемых является умственный труд. Кроме того, процедура исследования в этом способе обеспечивает более щадящий режим для зрительной системы. Раннее и более точное определение работоспособности (степени умственного утомления) в конечном итоге позволяет своевременно предупреждать нежелательные действия испытуемых, их ошибки, вызванные снижением уровня работоспособности, исключать травмирование зрительного аппарата, сохранять его характеристики и долголетие.

Предъявление человеку-оператору заданного количества тестов (вместо световых сигналов) позволяет существенно расширить возможности способа определения его работоспособности и уменьшить при этом зависимость результатов оценки от его профессиональной ориентации и уровня подготовки.

Изобретение относится к области медицины, а именно к гигиене труда. Испытуемому предъявляют сигналы переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измеряют показатели его реакции на предъявленные сигналы. При этом предъявляемые сигналы формируют в виде требующих решения тестов, условия и результаты решения которых выводят на экран видеоконтрольного устройства. Количество тестов для отдохнувшего и утомленного состояний задают одинаковым и предъявляют их в случайной последовательности с частотой, изменяемой пропорционально частоте их решения. Измеряют суммарное полное время от начала до конца решения заданного количества тестов, суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства предъявленных условий тестов и результатов их решения с учетом исправлений. Определяют количество правильно решенных тестов и суммарное чистое время решения заданного количества тестов. Оценку работоспособности производят по относительному изменению среднего времени правильного решения теста. Способ повышает достоверность оценки работоспособности, что достигается за счет уменьшения зависимости результатов от используемой аппаратуры.

Способ определения работоспособности человека-оператора, заключающийся в предъявлении ему сигналов переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измерении показателей его реакции на предъявленные сигналы и оценке работоспособности по относительному отклонению значений измеренных показателей, отличающийся тем, что сигналы формируют в виде требующих решения тестов, условия и результаты решения которых выводят на экран видеоконтрольного устройства, количество тестов для отдохнувшего и утомленного состояний задают одинаковым и предъявляют их человеку-оператору в случайной последовательности с частотой, изменяемой пропорционально частоте их решения, измеряют суммарное полное время от начала до конца решения заданного количества тестов, измеряют суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства предъявленных человеку-оператору условий тестов и результатов их решений с учетом исправлений, определяют количество правильно решенных тестов и суммарное чистое время решения заданного количества тестов, а оценку работоспособности производят по относительному изменению среднего времени правильного решения теста в соответствии с выражением

где Тср.у=Тсум.у./К.пр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о,

Тсум.у=Тсум.п.у-(Есум.зап.т+Тсум.зап.р+Тсум.зап.и),

Тсум.о=Тсум.п.о-(Тсум.зап.т+Тсум.зап.р.+Тсум.зап.и),

Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии,

Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии,

Тсум.у - суммарное чистое время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии.

Тсум.о - суммарное чистое время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии,

Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии,

Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии.

Тсум.п.у - суммарное полное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии,

Тсум.п.о - суммарное полное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии,

Тсум.зап.т - суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства условия тестов,

Тсум.зап.р - суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства результатов решений тестов,

Тсум.зап.и - суммарное время запаздывания вывода на экран видеоконтрольного устройства исправления результатов решений тестов.