Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления Советский патент 1993 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к технике инженерно-психологических исследований, в частности к системам человек-машина, и может быть использовано для инженерно-психологической оценки пультов управления техническими объектами и технологическими процессами. Оно является усовершенствованием известного тренажера, описанного в авт. рв. СССР №982065.

Целью дополнительного изобретения является расширение дидактических возможностей устройства за счет обеспечения оценки взаимодействия оператора и систем управления путем измерения показателя стереотипности алгоритма деятельности оператора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство контроля психологических характеристик операторов авто матизиро- ванных систем управления содержит пульт 1 преподавателя, выход которого соединен с пультом 2 оператора, выход пульта 2 оператора соединен с входом блока б регистра- ции движений оператора, блок 3 регистрации оптимальной зоны напряженности, соединенный с выходом пульта 2, регистратор 4 скрытого периода возбуждения, вход и один выход которого подключены к пульту 2 оператора, а другой выход - к одному входу регистратора 5 напряженных действий оператора, и входу блока б регистрации движений, другие входы регистратора 5 соединены с выходом пульта 1 и выходами блока 3 регистрации оптимальной зоны напряженности, а выходы регистратора 5 - с пультом 1, выходы блока б регистрации движений соединены с индикаторами операций 40 и индикатором групп 41.

Пульт 1 содержит кнопку 9 ГОТОВНОСТЬ, табло 7 отображения напряженности больше оптимальной, табло 8 отображения напряженности меньше оптимальной.

На пульте 2 размещены исследуемый пульт 11 управления, выход которого соединен с входом блока 6, оператор 12, на котором установлены контактирующие электроды - датчик 13, выходы которого соединены с входом блока 3, излучатель 14 и приемник 15, вход одного и выход другого подключены к блоку 4, и транспарант ГОТОВНОСТЬ, соединенный с пультом 1.

Блок 3 регистрации оптимальной зоны напряженности содержит последовательно соединенные усилитель 17, элемент И 18, второй вход которого соединен с выходом генератора 19,. интегратор 20 и триггеры Шмитта 21 и 22. вторые объединенные входы которых подключены к генератору 19. а выходы - к блоку 5.

Регистратор 4 скрытого периода возбуждения содержит последовательно соединенные генератор 23 сигналов ультразвуковой частоты, подключенный к. излучателю 14, смеситель 24, второй вход которого через полосовой фильтр 25 и усилитель 26 соединен с выходом приемника

15, аналоговый преобразователь 27 и пороговый элемент 28, выход которого соединен с блоками 5 и 6.

Регистратор 5 напряженных действий оператора содержит триггер 29, нулевой

5 вход которого соединен с выходом порогового элемента 28, единичный - с кнопкой 9 ГОТОВНОСТЬ, инверсный выход - с вторыми входами табло 7 и 8 пульта 1, а прямой выход - с вторыми входами первого и второ0 го элементов И 30 и 31, первые входы которых подключены к выходам триггеров 21 и 22 блока 3 соответственно, а выходы - к управляющим входам счетчиков 32 и 33 соответственно, входы установки в исходное

5 состояние которых соединены с кнопкой ГОТОВНОСТЬ, а выходы - с входами табло 7 и 8 пульта 1 соответственно.

Блок 6 регистрации движений оператора содержит последовательно соединенные

0 формирователь 34 импульсов, вход которого является первым входом блока, соединенным с выходом регистратора 4 скрытого периода возбуждения, элементы И 38-1, 38- 2 ... 38-п, вторые входы которых соединены

5 с соответствующими выходами дешифратора 37, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчиком 36 общего числа групп движений оператора, и счетчики 39-1 ... 39-п числа операций (движе0 ний) в группе, выходы которых являются первыми выходами блока, соединенными с индикаторами 40 операций - одноразрядными, а также формирователь 35 импульсов и счетчик 36, соединенные между собой, вы5 ходы счетчика 36 соединены с соответствующими входами дешифратора 37, кроме «того, являются вторым выходом блока, соединенным с соответствующими входами групп 41, а вход формирователя .35 им0 пульсов - вторым входом блока, соединенным с выходом пульта 11 управления пульта 2 оператора.

Существо изобретения заключается в том, что эффективная деятельность опера5 тора характеризуется оптимальными значениями его сенсомоторных показателей. В ходе тренировки управляющая информация поступает оператору с табло пульта 11 управления и рассматривается в виде логических условий, определяющих характер

движений оператора. При анализе деятельности оператора эти движения рассматриваются в виде элементарных операций и объединяются в группы после каждого логического условия (сигнала). Устройство оценивает временные характеристики движений оператора и позволяет определить коэффициент стереотипности алгоритма деятельности

.

где Ј0| число операций (движений) в 1-й группе;

Vj - число групп с i-операциями;

m - общее число групп;

п - общее количество групп с разным числом операций.

Устройство работает следующим образом.

Оператору посредством транспаранта 16 ГОТОВНОСТЬ предъявляется сигнал о начале испытаний, по которому он прекращает всякое движение. Затем на исследуемом пульте 11 управления техническим объектом формируется рабочая ситуация с помощью имеющейся на этом пульте индикации. Оператор в соответствии со сложившейся ситуацией отвечает (согласно инструкции) с помощью органов управления этого же пульта. При этом осуществляетсянепрерывный контроль напряженности действий оператора путем измерения электрического сопротивления кожи, которое учитывается до момента начала выполнения ответных действий.

Кроме того, осуществляется также непрерывный контроль подвижности оператора путем измерения временных интервалов, затрачиваемых на выполнение движений оператором. Это позволяет оценить показатель загрузки и монотонности деятельности оператора и сравнить их с оптимальными значениями, соответствующими максимальной эффективности деятельности,

При подготовке устройства к работе излучатель 14 и приемник 15 устанавливают так, чтобы ультразвуковые акустические колебания излучателя 14 были направлены на пульт 11с оператором 12. При отсутствии движений определяют и устанавливают порог срабатывания по входу порогового элемента 28, что позволяет предотвратить ложные срабатывания от конвекционных потоков воздуха, колебаний температуры в помещении и.т.п.

Устанавливаются датчики 13 (контактирующие электроды) на теле (руке) оператора 12 и задаются пороги срабатывания тригге-. ров 21 и 22, которые по максимуму и минимуму определяют зону, соответствующую напряженности выполняемых ответных действий оператора 12, участвующего в эксперименте. Триггеры 21 и 22 устанэвлива- ются в исходное состояние при включении питания, одновременно запускаются генераторы 19 и 23.

Пульт 1 размещается в соседнем помещении.

0При нажатии кнопки 9 ГОТОВНОСТЬ на пульте 1 сигнал с ее выхода засвечивает на время нажатия кнопки 9 транспарант 16 ГОТОВНОСТЬ (установленный перед оператором), устанавливает счетчики 32 и 33 в

5 исходное состояние и, поступая на единичный вход триггера 29, переводит его в состояние, при котором на его прямом выходе появляется логическая единица. С выхода триггера 29 единица поступает на элемен0 ты И 30 и 31 и открывает их.

Оператор, получив сигнал ГОТОВНОСТЬ, прекращает всякие движения и готов к работе на пульте 11.

После нажатия кнопки 9 ГОТОВ5 НОСТЬ руководитель сразу же дистанционно подает на пульт 11 технического объекта сформированную рабочую ситуацию, которая отображается с этого момента на пульте 11 посредством имеющихся на

0 нем индикатором. Оператор, в зависимости от сложившейся ситуации, отвечает в соответствии с заранее изученной инструкцией с помощью управления этого пульта.

С момента поступления сигнала ГО5 ТОВНОСТЬ осуществляется непрерывный контроль напряженности действий оператора 12 посредством датчиков 13. Сигнал, снимаемый с датчиков 13 (контактирующих электродов), пропорциональный величине

0 напряженности ответных действий оператора, поступает в блок 3 на вход усилителя 17 и, усиленный, подается на первый вход элемента И 18, на второй вход которого поступают импульсы от генератора 19, задаю5 щего время интегрирования сигнала. С выхода элемента И 18 сигнал поступает на вход интегратора 20. Напряжение, снимаемое с выхода интегратора 20, подается на входы триггеров 21 и 22, пороги срабатыва0 ния которых предварительно заданы по максимуму и минимуму и определяют зону, соответствующую оптимальной напряженности выполняемых оператором действий. При изменении зоны в сторону увеличения

5 срабатывает триггер 21, в сторону уменьше- л ния - триггер 22.

Если сигнал на входах триггеров 21 и 22 больше установленного уровня, то на выходе триггера 21 появляется импульс, который через открытый элемент И 30 записывается

в счетчик 32. Если сигнал на входах триггеров 21 и 22 меньше установленного уровня, то на выходе триггера 22 появляется импульс, который через открытый элемент И 31 записывается в счетчик 33. В исходное состояние триггеры 21 устанавливаются передними фронтами импульсов генератора 19. .

Непрерывный контроль напряженности действий операторов длится с момента прихода сигнала ГОТОВНОСТЬ до начала движения оператора, связанного с выполнением ответных действий, т.е. контролируется скрытый временной период возбуждения, когда оператор/не совершая движений, обдумывает ситуацию, сложившуюся на пульте 11.

Скрытый период возбуждения измеряется следующим образом.

Генератор 23 с помощью излучателя. 14 формирует акустические колебания той же частоты, направленные на пульт 11с оператором 12, Отраженные колебания поступают в приемник 15, где преобразуются в электрические колебания, которые через усилитель 26, полосовой фильтр 25 поступают на второй вход смесителя 24, на первый вход которого подаются колебания ультразвуковой частоты непосредственно с генератора 23.

С момента поступления сигнала ГОТОВНОСТЬ с пульта 1 оператора 12 сохраняет неподвижное положение, и на выходе смесителя 24 сигнала нет. Как только оператор начинает движение, принимаемое приемником 15 колебания изменяются по частоте (доплеровский эффект), и на выходе смесителя 24 появляется разностная частота, которую преобразователь 27 преобразует в напряжение. При превышении этим напряжением порога срабатывания элемента 28 на выходе последнего появляется сигнал, который, поступая на нулевой вход триггера 29, переводит его в исходное состояние. На входах элементов И 30 и 31, соединенных с прямым выходом триггера 29, появляется логический ноль, который запрещает прохождение импульсов через эти элементы в счетчики 32 и 33, т.е. прекращается учет напряженности выполняемых оператором действий, На инверсном выходе триггера 29 появляется логическая единица, которая засвечивает табло 7 и 8 на пульте 1 с отображением результатов экспериментов, подсчитанных счетчиками 32 и 33. На табло 7 отображается количество моментов времени, при которых напряженность при ответных действиях оператора больше оптимальной, на табло 8 - меньше

оптимальной за одну рабочую ситуацию на пульте 11.

Стереотипность алгоритма деятельности оператора измеряется в ходе решения

задачи пультом управления следующим образом.

При движениях оператора на выходе смесителя 24 появляется разностная частота, которая преобразуется на выходе анало0 гового 27 преобразователя и напряжение и через пороговый элемент 28 поступает на первый вход блока б регистрации движений в формирователь импульсов 34. На выходе формирователя появляются импульсы, у ко5 торых каждый передний фронт совпадает с началом движения, а каждый задний фронт - с окончанием движения оператора.

В то же время сигналы выполняемой задачи, поступающие оператору с табло

0 пульта 11 управления в виде логических условий, также поступают и на вход формирователя 35 импульсов, на выходе которого формируются импульсы в моменты появления нового сигнала (логического условия)

5 перед оператором на табло пульта 11 управления. Появление импульса на выходе формирователя 35 импульсов означает начало новой группы операций (движений) оператора за пультом 11 управления.

0 Импульсы с выхода формирователя 35 импульсов поступают на вход счетчика 36 общего числа групп. Код с выхода счетчика 36 общего числа групп поступает на вход индикатора групп 42, где отображается

5 число групп движений оператора. Кроме того, код с выхода счетчика 36 общего числа групп поступает на входы дешифратора 37, который осуществляет подключение счетчиков числа операций (движений) в группе 390 1, 39-2 ... 39-п через соответствуйте элементы И 38-1, 38-2 ... 38-п.

Одновременно импульсы с выхода формирователя 34 импульсов поступают на все схемы И 38-1, 38-2 ... 38-п, очередность от5 крытия которых определяет сигнал, приходящий на второй вход соответствующей схемы И 38-1, 38-2 ... 38-п с дешифратора 37 в зависимости от порядкового номера группы движений (операций) оператора. Через

0 одну из схем И 38-1, 38-2 .... 38-п, согласно очередности, определяемой дешифратором 37, импульсы поступают на счетный вход одного из счетчиков 39-1, 39-2 ... 39-п операций (движений) в группе, где подсчитывает5 ся количество операций (движений) в данной группе, и отображается на индикаторах операций 41-1, 41-2 ... 41гп, которые соединены своими входами с выходами счетчиков 39-1, 39-2 ... 39-п. Счетчики 36 и 39...п устанавливаются в исходное состояние при начале работы (цепи установки в исходное состояние на схеме не показаны).

По окончании работы на индикаторе групп и индикаторах операций отобразится общее количество групп и по каждой группе число операций (движений) в ней.

Использование изобретения позволяет оценить алгоритмы работы операторов по их сенсомоторной деятельности, проводить сравнительную оценку получаемых резуль- татов с оптимальными значениями, характеризующими максимальную эффективность деятельности; снизить временные затраты на измерение сенсомоторных показателей, работы оператора в 40-60 раз; повысить качество инженерно-психологической оценки рабочего места оператора любого типа. Оно способствует более качественной разработке рекомендаций, направленных на предупреждение или снижение преж- девременного утомления оператора,,, предотвращение возникновения психофизиологического стресса, а также появление ошибочных действий. Изобретение позволяет выработать меры по организации инди- видуальной адаптации при обращении оператора к органам управления, разме- щенным-на пульте.

Изобретение повышает эффективность деятельности оператора в системах чело-

век-машина на основе регистрации и отображения характеристик движений оператора.

Формула изобретения

Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления по авт. св. № 982065, отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введен блок регистрации движений операторов, содержащий первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены соответственное вторым выходом регистратора скрытого периода возбуждения и третьим выходом пульта оператора, группу счетчиков и счетчик, выходы которых соединены с дополнительными входами пульта преподавателя, группу элементов И и дешифратор, входы которого соединены с выходами счетчика, вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов соединен с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами дешифратора, а выходы соединены с входами соответствующих счетчиков группы..

Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления относится к технике инженерно-психологических исследований, в частности к системам человек-машина, и может быть использовано для инженерно-психологической оценки пультов управления техническими объектами и технологическими процессами. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устройства. Устройство содержит пульт 1 преподавателя, пульт 2 оператора, блок 3 регистрации оптимальной зоны напряженности, регистратор 4 скрытого периода возбуждения, регистратор 5 напряженных действий оператора. Введение блока 6 регистрации движений, содержащего два формирователя 34 и 35 импульсов, элементы 38 И, дешифратор 37, счетчик 36 позволяет оценить показатель стереотипность деятельности оператора. 35-36-37-38-39. 34-38.1 ил. Ё