Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
ГРНТИ 12.09 Развитие науки
Представлены описание и результаты проведенных экспериментальных исследований рациональности применения различных компьютерных органов управления в практике разработки человеко - машинного интерфейса автоматизированных рабочих мест операторов систем управления корабельными комплексами технических средств.
человеко-машинный интерфейс, пульт, органы управления, эргономическая оценка, оператор, эксперимент
Введение
Развитие вычислительной техники, средств отображения информации (СОИ) и органов управления (ОУ) создали условия для формирований новых человеко-машинных интерфейсов (ЧМИ)[1] корабельных автоматизированных систем управления (АСУ), непосредственно реализуемых в разработках автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов.
До внедрения на корабли цифровых АСУ интерфейс систем управления корабельными боевыми и техническими средствами (Б и ТС) строился в основном с использованием в качестве СОИ большого количества показывающих приборов, размещаемых постоянно на
пульте, и мнемосхем объектов и корабельных систем, а в качестве ОУ - кнопок, тумблеров, переключателей, задатчиков режимов и других устройств. На мнемосхемах изображались технологические схемы объектов, оживляемые различной засветкой изображений отдельных агрегатов и систем (работает, не работает, не исправен), сигналами отклонений параметров (аварийное, предупредительное). Пример компоновки лицевых панелей пульта СОИ и ОУ одной из таких систем управления представлен на рисунке 1.
Современные аппаратные разработки предлагают для использования в ЧМИ припостроении пультов управления АСУ такие СОИ и ОУ как:
- видеомониторы (могут комплектоваться сенсорными экранами),
- малогабаритные панельные станции,
- унифицированные командные (сенсорные) панели,
- клавиатуры универсальные;
- клавиатуры функциональные;
- манипуляторы различного исполнения;
- кнопки, кнопки-табло, табло, переключатели, тумблеры;
Рис.1. Компоновка лицевых панелей пульта управления с «железной» мнемосхемой
- задатчики режимов;
- показывающие приборы и др.
Это позволяет осуществлять действия управления и контроля различными способами. Например, включение какого-либо агрегата, открытие клапана, подключение того или иного режима управления можно осуществить таким образом:
- выбрать команду управления, подведя курсор к нужному изображению объекта или режима, после чего нажать кнопку исполнения;
- набрать код необходимой команды и подтвердить команду кнопкой исполнения;
- нажать адресную кнопку с последующим подтверждением команды; Перемещение курсора может осуществляться с помощью различных ОУ:
- клавиатуры универсальной и функциональной;
- манипулятора шарового, джойстика типа МП1, VP2500 и др.; -сенсорных средств.
Аналитически обосновать выбор оптимального ОУ для надежной работы оператора не представляется возможным. Наиболее достоверным методом обоснования выбора является экспериментальный, который и был применен для разработки ЧМИ пульта управления.
Цель исследования. Обосновать выбори размещение на панели пульта управления тех-
2ГОСТ РВ 29.08.002. ССЭТО. Показатели качества деятельности операторов. Номенклатура и порядок выбора.
ническими средствами корабляодного из двух ОУ: джойстик типа МП1, либо манипулятор
типа VP2500.
Описание эксперимента
Для экспериментальной оценки использован тренажер реальной системы управления, на одном из пультовых модулей которого был установлен манипулятор VP2500, на другом на его на другом на его месте - джойстик МП1 (рис.2а,б). Общий вид панелей пульта управления типового автоматизированного рабочего места оператора в корабельных системах управления ТС представлен на (рис.3). В типовом модуле пультового прибора, поставляемого в настоящее время на корабль, основным техническим средством управления диалогом является VP2500.
Замена одного ОУ на другой требует технических и материальных затрат, в основе которых должны лежать соответствующие эргономические обоснования.
Проведение эксперимента потребовало установления и описания состава задач, алгоритмы решения которых выполнялись операторами с помощью каждого из двух ОУ. Была сформирована программа и методика эргономической оценки действий оператора (табл.1). Оценка деятельности специалиста при выполнении действий в алгоритмах управления базировалась на сведениях справочника [1] и в целом на ГОСТ РВ 29.08.002.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2 Органы управления человеко-машинного интерфейса 2 а – манипулятор типа VP2500; 2 б – манипулятор типа MP1
Рис.3 Общий вид панелей пульта управления с манипулятором типа VP2500
Таблица 1. Программа и методика эргономической оценки действий оператора
|
№ п/п |
Проверяемая эргономическая характеристика |
Оцениваемый показатель |
Методика оценки |
|
1 |
Проверка работоспособности VР2500 и МР1 |
Выполнение функций перемещения курсора как экранного средства |
С помощью VP2500 и МР1 осуществить произвольные перемещения с позиционированием курсора в любой точке экрана монитора. Перемещение курсора должно быть плавным во всех направлениях. Курсор не должен выходить за границы видеокадра. Оценка осуществляется визуально. |
|
2 |
Наличие возможности регулировки чувствительности движения курсора в зависимости от решаемой задачи и навыков пользователя с применением VР2500 и МР1 |
Предоставление возможности регулировки коэффициента усиления по обеспечению быстрых, больших перемещений с требуемой точностью |
Проверить возможность изменения коэффициента усиления в зависимости от решаемой задачи (быстрые перемещения на максимальное расстояние, попиксельное перемещение курсора при точной установке) при использовании VP2500 и МР1 (по документации устройств) |
|
Продолжение таблицы 1 |
|||
|
3 |
Соответствие перемещения курсора направлениям отклонений приводных элементов манипуляторов VP2500 и МР1 |
Топологическое соответствие перемещения курсора действиям оператора |
Проверить выполнение требования при использовании VP2500 и МР1: перемещение приводного элемента (кнопка «мышь» или рукоятки) в любом направлении должно вызывать пропорциональное перемещение курсора на экране дисплея в том же направлении. |
|
4 |
Форма и размеры рукоятки манипулятора МР1 в зависимости от способа захвата. |
Удобство работы оператора с использованием МР1 при захвате пальцами |
Проверить форму и размеры рукоятки манипулятора МР1 для захвата пальцами в соответствии с допустимыми нормативными требованиями:
|
|
5. |
Точность и быстродействие при выполнении типовой операции управления с помощью VP2500 и МР1 |
Зрительномоторная координация движения пальцев при воздействии на орган управления
|
Удобство работы с использованием манипулятора оценивается последовательно выполняя типовые действия: a) VP2500
Определяется затраченное время с помощью секундомера. Точность оценивается по пятибалльной шкале. б) МР 1
Затраченное время определяется с помощью секундомера. Точность оценивается по пятибалльной шкале. |
|
6 |
Прикладываемые усилия к манипуляторам VP2500 и МР1 |
Величина прикладываемых усилий при использовании VP2500 и МР1. |
Величина прикладываемых усилий VP2500 и МР1не должна превышать нормативных значений в Н или кгс (1Н= 0,102 кгс): - к приводному элементу VP2500 от 1 до 5 Н - к приводному элементу МР1 от 1 до 5 Н (при захвате пальцами); - кнопки ввода команд 2 - 8 Н Измерение прикладываемых усилий производится электронным динамометром «Vogel» (Германия) и специальных приспособлений, обеспечивающих приложение усилий по направлению их действия. |
|
7 |
Отклонение рукоятки манипулятора МР1 |
Удобство использования манипулятора МР1 |
Проверить угол отклонения рукоятки манипулятора МР1, который должен составлять не более 45°. Измерение выполняется с помощью угломера. |
|
8 |
Безопасность использования манипуляторов |
Наличие средств (мер) безопасности использования |
Проверить наличие средств (мер), обеспечивающих предотвращение самопроизвольного включения (отключения); исключения возможных ошибочных действий манипуляторами при эксплуатации и устранении неисправностей. |
|
Продолжение таблицы 1 |
|||
|
9 |
Выбор типа манипулятора в зависимости от назначения системы управления: |
Удобство работы операторов с использованием манипуляторов VР2500 и МР1 в зависимости от назначения системы управления |
Оценка применимости типа манипулятора выполняется с учетом: - решаемых оператором задач,
|
|
10 |
Проверка точности и быстродействия работы оператора с использованием VР2500 и МР1 при выполнении алгоритмов управления в режимах работы ТС по прямому назначению |
Время выполнения алгоритма и безошибочность работы оператора при выполнении режимов: а) пожаротушение, б) погружение и всплытие, в) вентиляция и кондиционирование г) охлаждение. . |
Прямое измерение |
Результаты эксперимента
Экспериментальная оценка работы оператора за пультом управления с использованием ОУ типа VP 2500 и МР1 показала следующие результаты:
- плавность перемещения курсора, его позиционирование в любой точке экрана достигается как для VP 2500, так и для МР1;
- имеется возможность регулировки чувствительности движения курсора при исполь-
зовании обеих ОУ;
- перемещение курсора соответствует направлениям отклонений приводных элементов манипуляторов;
- форма и размеры рукоятки манипулятора МР1 при захвате пальцами удобна для работы: диаметр рукоятки – 21,6 мм (при норме 10-30 мм) высота рукоятки – 43 мм (при норме 30-90 мм) - быстродействие при выполнении типовой операции: для VP 2500 – 4,1 с до 6,6 с (для различных операторов) для МР1
– от 4,9 с до 8,0 с (для различных операторов);
- прикладываемые усилия к манипуляторам: приводной элемент МР1 (рукоятка) – 2,0 Н (норма 1-5 Н) приводной элемент VP 2500 (кнопка «мышь») – 1,7 Н (норма 1-5 Н) кнопка подачи команд VP 2500 (левая) – 2,6 Н (норма 2-8 Н) кнопка подачи команд МР1 (наверху
рукоятки) – 3,1Н (норма 2-8 Н) - отклонение рукоятки манипулятора МР1 – 40º (норма не более 45º)
- быстродействие (при выполнении режимов п.10 табл.1) – лучше с манипулятором VP 2500.
Заключение
Эксперимент показал, что применяемый в настоящее время в составе человеко-машинного интерфейса пульта управления техническими средствами корабля манипулятор типа VP2500 практически полностью удовлетворяет эргономическим требованиям к техническим средствам управления диалогом оператора с вычислительной техникой АСУ ТС и обеспечивает выполнение оператором алгоритмов управления с необходимым качеством решения задач. Замена его в интерфейсе на манипулятор типа МР1 не привнесет эргономического эффекта и вызовет лишь дополнительные расходы на переоборудование пультов для данного корабля. Необходимо также учесть, что в перспективных АСУ ТС данные манипуляторы предполагается заменить на более эргономичные и удобные «шаровые» (70 мм), прошедшие соответствующие испытания (эргономическую экспертизу).
[1] Человеко-машинный интерфейс – комплекс программных и технических средств, посредством которых оператором в АСУ осуществляется диалоговый режим выполнения функций (ГОСТ РВ 29.05.007) Диалоговый режим выполнения функций операторов – режим АСУ, при котором человек управляет решением задачи, изменяя ее условия и (или) порядок функционирования АСУ на основе оценки информации, представляемой ему техническими средствами АСУ (ГОСТ 34.003-90).
1. Анохин А.Н. Компьютеризованные пульты управления АЭС: проблемы и перспективы [Текст] / А.Н. Анохин // Человеческий фактор: проблемы психологии и эргономики. - 2007. - №3(40). - С.18-23.
2. Зараковский Г.М. Проектирование функциональной структуры деятельности человека в дизайне и эргономике [Текст] / Г.М. Зараковский // Человеческий фактор: проблемы психологии и эргономики. - 2008. - №2(44). - С.15-21.
3. Нефедович А.В. Дизайн-проект служебного помещения как актуальная разработка в системе эргономического обеспечения проектирования перспективного корабля [Текст] / А.В. Нефедович, Ю.Л. Ходьков // Судостроение. - 2014. - №6(817). - С.17-20
4. Нефедович А.В. Формирование компетенций по военной эргономике у выпускников военно-морской академии [Текст] / А.В. Нефедович // Военная мысль. - 2016. - №7. - С.67-72.
5. Чунтул А.В. Эргономическое обеспечение разработки современных и перспективных систем «экипаж-вертолет-среда» [Текст] / А.В. Чунтул // Эргодизайн. - №4 (06). - С. 147-155. - doihttps://doi.org/10.30987/2619-1512-2019-2019-4-147-155.
6. Chuntul A.V. Spatial orientation of pilot using a cock-pit exterior surveillance system [Текст] / A.V. Chuntul, V.V. Lapa, V.V. Davidov // Human psychology. - 2015. - vol 41. - №7. - P. 728-731
