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

Изобретение относится к инженерно- психологическим исследованиям, в частности к системам человек-машина, и может быть использовано для инженерно-психологической оценки пультов управления тех- ническими объектами и технологическими процессами.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства за счёт обеспечения оценки взаимодействия оператора и систем управления путем измерения показателей загрузки и монотонности деятельности оператора.

На чертеже 1 представлена функциональная схема устройства..

Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления содержит пульт 1 преподавателя, выход которого соединен с пультом 2 оператора, блок 3 регистрации оптимальной зоны напряжённости, 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 выхо- ды регистратора 5 с пульсом 1, выходы блока 6 регистрации движений соединены с пультом 1.

Пульт 1 содержит кнопку 9 Готов- ность, табло 7 отображения напряженности больше оптимальной, табло 8 отображения напряженности меньше оптимальной, и табло 10 отображения временных характеристик движений оператора.

На пульте 2 размещены исследуемый пульт 11 управления, оператор 12, на котором установлены контактирующие электроды - датчики 13, выходы которого соединены с входом блока 3, излучатель 14 и приемник 15, вход одного и выход другого подключены к блоку 4, и транспарант 16 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 блоком 5.

Регистратор 5 напряженных действий оператора содержит RS-триггер 29, нулевой 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 второго 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 состояние которых соединены с кнопкой 9 Готовность, а выходы - с входами табло 7 и 8 пульта 1 соответственно.

Блок 6 регистрации движений содержит последовательно соединенные формирователь 34 импульсов, элемент И 35, счетчик 36 времени подвижности оператора, выход которого соединен с табло 10 пульта 1, генератор 37 временных меток выходом соединен с вторым входом элемента И 35 и входом счетчика 38 времени тренажа, выход которого соединен со вторым входом табло 10 пульта 1, а вход формирователя 34 импульсов соединен с регистратором 4 скрытого периода возбуждения.

Существо изобретения заключается в том,-что эффективная деятельность оператора характеризуется оптимальными значениями его сенсомоторных показателей. Устройство оценивает временные характеристики движений оператора и позволяет определить коэффициенты загрузки монотонности деятельности оператора по формулам

К3

1

п тр i

Км

1П

--г- 2 t..

тр (

где Ттр - время тренажа;

ti - время, затрачиваемое на выполне- ние.отдельной операции в алгоритме;

п - число отдельных операций в алгоритме.

Устройство работает следующим обра- зом.

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 осуществляется непрерывный 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 показатели 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 у порогового элемента 28, что позволяет предотвратить ложные срабатывания от конвекционных потоков воздуха, колебаний температуры в помещении и т.п.

Устанавливаются датчики 13 (контактирующие электроды) ца теле (руке) оператора 12, и задаются пороги по входам а и / срабатывания триггеров 21 и 22, которые по максимуму и минимуму определяют зону, соответствующую напряженности выполняемых ответных действий оператора 12, участвующего в эксперименте. Триггеры 21 и 22 устанавливаются в исходное состояние при включении питания, одновременно запускаются генератор 19 и генератор 23.

Пульт 1 размещается в соседнем помещении.

При нажатии кнопки 9 Готовность в момент времени ti 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 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 элементы 30 и 31 и открывает их.

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

После нажатия кнопки 9 Готовность 5 руководитель сразу же дистанционно подает на пульт 11 технического объекта сформированную рабочую ситуацию, которая отображается с момента ta на пульте 11, посредством имеющихся на нем индикато0 ров. Оператор, в зависимости от сложившейся ситуации, отвечает в соответствии с заранее изученной инструкцией с помощью органов управления этого пульта.

С момента ti поступления сигнала То5 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 триггера 21 и 22, пороги срабатыва0 ния которых предварительно заданы по максимуму и минимуму входами и определяют зону, соответствующую оптимальной напряженности выполняемых ответных действий оператором. При

5 изменении зоны в сторону увеличения срабатывает триггер 21, в сторону уменьшения -триггер 22. .

Если сигнал на входах триггеров 21 и 22 . больше установленного уровня, то на выхо0 детриггера21 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 им5 пульс,.который через открытый элемент И 31 записывается в счетчик 33. В исходное состояниетриггеры 21 и 22 устанавливаются передними фронтами импульсов генератора 19. Непрерывный контроль

0 напряженности действий оператора длится с момента ti (прихода сигнала Готовность) до ta (начала движения оператора), связанного с выполнением ответных действий, т.е. контролируется скрытый временной период

5 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 11 с 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 ti поступления сигнала Готовность с пульта 1 оператор 12 сохраняет неподвижное положение, и на выходе смесителя 24 сигнала нет. Как только оператор начинает движение ta, принимаемые 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 действий оператором. На инверсном выходе триггера появляется логическая единица, которая засвечивает табло 7 и 8 на пульте 1 с отображением результатов эксперимента, 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.

Подвижность оператора измеряется за время нахождения его за рабочим местом следующим образом.

При движении оператора на выходе смесителя 24 появляется разностная частота, которая преобразуется на выходе аналогового 27 преобразователя в напряжение и через пороговый элемент 28 поступает на вход блока 6 регистрации движений в формирователь импульсов 34. На выходе формирователя появляются импульсы, у которых каждый передний фронт совпадает с началом движения, а каждый задний фронт - с окончанием движения оператора.

Время движений фиксируется в счетчике 36 с помощью импульсов, которые поступают на его счетный вход через открытый элемент И 35 с генератора 37 временных меток. Генератор 37 временных меток запускается одновременно с началом выполнения оператором заданного алгоритма действий. Импульсы с его выхода также поступают на счетный вход счетчика 38, где фиксируется общее время тренажера. Счетчики 36 и 38 устанавливаются в исходное

состояние при включении устройства в ра боту. Цепи установки на схеме не показаны. По окончании работы на табло 10 отобразится общее время тренажа и общее время нахождения оператора в движении.

Использование изобретения позволяет оценить алгоритм работы операторов по их сенсомоторной деятельности. Проводить сравнительную оценку получаемых результатов 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 не предупреждение или снижение преждевременного утомления

оператора, предотвращение возникновения у него психофизиологического стресса, а также появление ошибочных действий. Изобретение позволяет выработать меры по организации индивидуальной адаптации

при обращении оператора к органам управления, размещенным на пульте.

Изобретение повышает эффективность деятельности оператора в системах человек-машина.

Формула изобретения

Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления по авт. св. № 982065, о тличающееся тем, что,

с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введен блок регистрации движений оператора, содержащий формирователь импульсов, вход которого соединен с первым выходом

регистратора скрытого периода возбуждения, а выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и счетным входом первого счетчика, а выход соединен

со счетным входом второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков соединены с дополнительными входами пульта преподавателя.

Изобретение относится к и женернб- психологическим исследованиям, в частности к системам человек-машина, и может быть использовано для инженерно-психологической оЦенкй пультов управления техническими объектами и технологическими процессами. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устройства -за счет обеспечения оценки взаимодействия оператора и систем управления путем измерения показателей загрузки и монотонности деятельности оператора. Устройство содержит пульт.,1 преподавателя, пульт 2 оператора, 3 регистрации оптимальной зоны напряжённости, регистратор 4 скрытого Периода возбуждения, регистратор 5 напряженных действий оператора. Новым является введение блока 6 регистрации движений, содержащего формирователь 34 импульсов, элемент И 35, два счетчика 36 и 38 временных интервалов, генератор 37 временных меток. 1 ил.