Взаимодействие человека и машины в эргатических системах направлено на решение одной из двух принципиально различных задач: это или управление, или принятие решений. Под управлением понимается несколько более широкая область действий, чем в теории управления. Она включает, наряду с управлением в узком смысле (управление с обратной связью или без нее, дискретное или непрерывное управление и т. п.), и одномоментные операции логического характера, например переключение режимов работы, подачу пробных воздействий и т. д. Управление реализуется путем внешних действий, непосредственно влияющих на динамику управляемого технологического процесса.
Решение задач (принятие решений) представляет собой исключительно внутренний процесс в организме человека, в основном протекающий на высших кибернетических уровнях (сознательная деятельность).
Теоретические методы анализа систем организма, участвующих в работе эргатических БТС, включают неколичественные методы анализа форм представления информации оператору в задачах принятия решений и в задачах управления, а также количественные методы описания и оценки динамических свойств оператора в задачах управления. На рис. 2.2 приведен пример такого описания в обычных терминах теории управления. Здесь К – константа, описывающая рецепцию сигнала рассогласования е; τ – запаздывание в ЦНС, связанное со зрительными процессами, проведением импульса по нервным волокнам и т.д.; Yр – передаточная функция органа (рука, нога), который управляет рассматриваемым механизмом; Yf и Yт – передаточные функции, моделирующие динамические свойства мышечных волокон и высших уровней обработки сигнала – проприоцептивную обратную связь. Наконец, Yс – передаточная функция механического исполнительного устройства, с – входной, а т – выходной сигналы в одномерной задаче слежения, и – сигнал управления.
Рис. 2.2 – Пример описания организма как элемента эргатической системы
В этом примере, как и вообще в задачах такого рода, формализованное описание относится только к динамическим характеристикам системы. Считается, что логические операции вне зависимости от состояния человека–оператора выполняются без ошибок, а кибернетические или информационные задачи более сложного уровня не возникают. В противном случае требуется куда более сложное описание цепочки «рецептор – ЦНС – эффектор».
В инженерно-физиологических системах математическое описание биологического компонента также оказывается существенно более сложным. Это связано с тем, что биологический компонент играет в таких системах роль активного объекта управления, т. е. объекта, обладающего собственными внутренними целями, а также собственными (физиологическими) механизмами достижения этих целей. Задача усложняется, если собственные механизмы физиологического управления повреждены или работают неэффективно, как это бывает в задачах управления искусственными внутренними органами.
Схема взаимодействия систем организма (его физиологических и биохимических компонентов) с техническими устройствами БТС показана на рис. 2.3.
а) б)
Рис. 2.3 – Организм как элемент инженерно-физиологической системы
По такой схеме включаются, в частности, протезы рецепторных и эффекторных систем организма, работающих с обратной связью или без нее (рис. 2.3, а). По схеме с обратной связью осуществляется и обучение с биологической обратной связью. Без обратной связи включаются очковая оптика, приборы тепловидения, разнообразные дисплеи и т. д. Эта же схема охватывает все протезы двигательных органов, включая, манипуляторы и экзоскелетоны. Качество БТС такого рода определяется степенью восстановления протезируемых (в широком смысле) физиологических функций организма. Схема соединения физиологического и технического компонентов (рис. 2.3, б) в инженерно-физиологической системе, поддерживающей метаболические процессы в организме, также может использоваться в двух вариантах, с обратной связью или без нее. По такой схеме работают все искусственные внутренние органы (искусственные сердце, кровообращение, дыхание, почки, системы очистки крови – сорбционные и фильтрационные аппараты, искусственная поджелудочная железа). По этой же схеме осуществляются процессы искусственного жизнеобеспечения с помощью средств индивидуальной защиты (например, тепловой). Здесь технические средства используются для создания искусственных потоков веществ или энергии, поступающих в организм или отводимых от него, а также для управления такими же естественными потоками.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.