ОЦЕНКА СЛОЖНОСТИ АЛГОРИТМА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Дмитриев М.С.

Доктор технических наук, Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, г. Челябинск

ОЦЕНКА СЛОЖНОСТИ АЛГОРИТМА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Аннотация

В статье рассмотрены принципы алгоритмического описания деятельности операторов по управлению технологическим процессом транспортно-технологических машин. Показаны примеры логической и блочной  записи алгоритма выполнения технологической настройки зерноуборочного комбайна, приведены нормированные показатели логической сложности и стереотипности, позволяющие оценить сложность работы операторов.  Результаты расчета указанных показателей позволяют сделать вывод о значительной информационной  перегрузке и сложности деятельности операторов по управлению технологическим процессом зерноуборочных комбайнов, что, в свою очередь, негативно сказывается на безопасности, производительности и качестве их работы.

Ключевые слова: безопасность транспортно-технологических процессов, зерноуборочный комбайн, алгоритм, логическая сложность, стереотипность.

Dmitriev M.S.

PhD in Engineering, Ural State Humanitarian Pedagogical University, Chelyabinsk

ASSESSMENT OF COMPLEXITY OF TRANSPORT AND TECHNOLOGICAL MACHINES OPERATORS’ ACTIVITY ALGORITHM

Abstract

In this paper the principles of the algorithmic description of operators’ activities for technological process of transport and technological machines management are considered. Examples of logical and block record of algorithm of a combine harvester technological regulation are shown, the rated indicators of logical complexity and stereotype allowing to estimate complexity of operators’ work are given. Results of calculation of these indicators allow to draw a conclusion on a considerable information overload and complexity of operators’ activities for combine harvesters technological process management that negatively affects safety, productivity and quality of their work.

Keywords: safety of transport and technological processes, combine harvester, algorithm, logical complexity, stereotype.

 

В последние годы в нашей стране происходит большое количество несчастных случаев при работе на транспортно-технологических машинах в различных отраслях народного хозяйства.  Причинами такой неблагоприятной ситуации является устаревшая техника, нехватка квалифицированных специалистов, а также несовершенство конструкции узлов и механизмов указанных машин. Все вышесказанное в полной мере можно отнести и к сельскохозяйственному производству.

Согласно статистическим данным [1] показатели травматизма среди операторов мобильных сель­скохозяйственных машин в 3 раза выше, чем в целом по отрасли. По имеющимся данным основными источниками травмирования с временной потерей трудоспособности или летальным исходом являются тракторы – около 50 % и транспортные средства – 18…23%. Зерноуборочные комбайны также относятся к таким источникам (около 13 %).

Как отмечалось выше, одной из причин несчастных случаев является конструктивное несовершенство техники, ее недостаточная приспособленность к психофизиологическим возможностям операторов. То есть, деятельность операторов по управлению, технологической настройке и техническому обслуживанию сельскохозяйственных транспортно-технологических машин зачастую оказывается сложна и небезопасна.

Деятельность оператора транспортно-технологической машины по управлению технологическим процессом может быть описана различными методами. Для более наглядного представления о деятельности оператора и последующей количественной оценки ее сложности наибольшее распространение получил операционно-структурный метод. Данный метод осуществляется на операционно-психологическом уровне и основан на алгоритмическом описании работы оператора [2].

В данном случае алгоритм является описанием выполнения в определенной последовательности элементарных операций, в сумме представляющих систему операций, при решении той или иной задачи по управлению технологическим процессом. В качестве критерия элементарности операций при анализе деятельности оператора принята способность выполнять их как единый целостный акт. Элементарные операции, воспринимаемые как единое целое, и логические условия (условия, определяющие, какой из возможных «операторов» будет иметь место при выполнении или невыполнении этого условия) составляют алгоритм. Логические условия выступают как информационные единицы в процессе формирования или выбора условия, а «операторы» – как те или иные действия человека.

Из существующих двух основных форм записи алгоритмов (логической и блочной) предпочтение отдается первой по причине ее компактности. Однако блочная схема записи является более наглядной.

Рассмотрим в качестве примера описание упрощенного алгоритма деятельности оператора зерноуборочного комбайна (ЗУК) в процессе регулирования положения шнека жатки по высоте (не учитываются подготовительные операции такие, как подход к объекту регулирования, выбор инструмента и т.п.) (рис.1).

Рис. 1 – Регулировка положения шнека жатки по высоте

Запись логической схемы алгоритма осуществляется в строчку в виде последовательности «операторов», которые обозначаются заглавными буквами латинского алфавита, и логических условий, обозначаемых строчными буквами. После каждого логического условия стоит начальная нумерованная стрелка; конечная стрелка с таким же номером стоит перед каким-либо другим членом алгоритма.

Структура алгоритма регулирования зазора между спиралью шнека и днищем жатки (для одной стороны жатки) выглядит следующим образом: А₁ – замер имеющегося зазора; А₂, А₃, А₄, А₅ – ослабление первой, второй, третьей и четвертой гайки плиты соответственно; А₆ – ослабление нижней гайки регулировочного винта; А₇ – вращение верхней гайки регулировочного винта по часовой стрелке; А₈ – вращение гайки против часовой стрелки; А₉  – замер зазора; А₁₀ – затягивание нижней гайки регулировочного винта; А₁₁, А₁₂, А₁₃, А₁₄ – затягивание первой, второй, третьей и четвертой гайки плиты соответственно; P₁ – проверка условия, был ли имеющийся зазор меньше требуемого для данных условий уборки; P₂ – проверка условия, был ли зазор отрегулирован правильно [3] .

Поскольку «операторы» А₇ и А₈ одновременно сработать не могут, для их разделения вводится ложное логическое условие, которое обозначается буквой ω. В соответствии с принятыми правилами и обозначениями логическая схема представленного алгоритма будет выглядеть следующим образом:

          (1)

Блочная схема записи данного алгоритма представлена на рис. 2.

Рис. 2 - Пример блочной записи алгоритма

Алгоритмическая запись процесса выполнения технологических регулировок позволяет определить количественные показатели, характеризующие его сложность. Наиболее характерными являются нормированные показатели стереотипности и логической сложности.

Предположим, что алгоритм состоит из N членов, включающих  элементарных «операторов» и  логических условий. Разбив алгоритм на комплексные группы, включающие по одной группе «операторов» и логических условий, получим  и  групп, каждая из которых содержит m элементов, в их числе  и  логических условий. Отношение  характеризует долю элементарных «операторов» в алгоритме; отношения  и  - распределение «операторов» по группам.

Нормированный коэффициент стереотипности определяется как сумма произведений этих отношений:

                             (2)

Аналогично можно определить нормированный коэффициент логической сложности:

                                          (3)

При вычислении нормированного коэффициента стереотипности алгоритм разбивается на комплексные группы, начиная с первой группы «операторов». При определении нормированного коэффициента логической сложности – с первой группы логических условий. В этом случае группа «операторов» до первого логического условия не учитывается, поэтому в формуле (3) количество членов алгоритма вместо обозначено через .

На основании имеющихся экспериментальных данных [2] установлено, что если  и , то при реализации данного алгоритма возможности человека учтены достаточно полно.

Нормальная работа оператора будет при выполнении условия:

                                        (4)

При  необходимо автоматизировать данный процесс; при  работа оператора сложна, имеет место информационная перегрузка и т.д.

Результаты оценки сложности алгоритмов деятельности операторов по управлению технологическим процессом ЗУК в зависимости от изменения различных факторов условий уборки, полученные в ходе экспериментальных исследований в хозяйствах Челябинской области, представлены в табл.1.

Таблица 1 – Результаты расчета нормированных показателей стереотипности и логической сложности алгоритма по управлению технологическим процессом ЗУК

Факторы условий уборки	Способ уборки*
Культура	ПК ПО	165 159	158 151	49 47	39 37	0,19 0,17	118 112	38 36	0,49 0,46
Урожайность	ПК ПО	188 178	179 171	54 63	46 41	0,14 0,20	154 115	45 40	0,52 0,45
Влажность	ПК ПО	210 189	201 181	61 55	54 48	0,11 0,11	149 134	53 47	0,55 0,55
Высота стеблестоя	ПК	129	122	52	38	0,21	77	37	0,43
Густота стеблестоя	ПК	98	91	39	27	0,24	59	26	0,38
Засоренность	ПК ПО	158 125	151 118	61 50	43 34	0,19 0,21	97 75	42 34	0,66 0,45
Полеглость	ПК	123	116	48	31	0,11	68	30	0,61

* ПК – прямое комбайнирование; ПО – подбор и обмолот валков

Как видно из табл. 1, условие (4) в деятельности оператора зерноуборочного комбайна по управлению технологическим процессом при изменении факторов условий уборки не выполняется, поскольку значения нормированного коэффициента стереотипности  меньше установленного, а значения нормированного коэффициента логической сложности  в несколько раз превышают норму. Это позволяет сделать вывод о том, что возможности оператора в данном случае учтены недостаточно. Результаты оценки сложности алгоритма деятельности по управлению технологическим процессом ЗУК подтверждают значительную информационную  перегрузку и сложность работы оператора (необходимость слежения за большим количеством выходных параметров и выполнения большого количества различных управляющих действий). Что, в свою очередь, негативно сказывается на функциональном состоянии оператора и повышает вероятность возникновения несчастных случаев [4].

Кроме того, наблюдения показали, что в реальных условиях уборки оператор невольно упрощает алгоритм деятельности. В результате, фактически выполняемый алгоритм управления технологическим процессом и его характеристика значительно отличаются от предписываемого, что отрицательно сказывается на количественных и качественных показателях работы зерноуборочных комбайнов.

Таким образом, дальнейшие исследования в области повышения безопасности, производительности и качества работы сельскохозяйственных транспортно-технологических машин (в т.ч. зерноуборочных комбайнов) должны быть направлены на упрощение деятельности операторов по управлению технологическим процессом.

Список литературы / References

1. Официальный Интернет-сайт Росстата [Электронный ресурс]. – URL: http://www.gks.ru (дата обращения: 06.12.16).
2. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. – М. : Машиностроение, 1982. - 368 с.
3. Дмитриев М. С. Улучшение условий и охраны труда операторов зерноуборочных комбайнов за счет совершенствования механизмов регулирования рабочих органов: Дис. … канд. техн. Наук / М. С. Дмитриев. – Челябинск, 2004. - 230 с.
4. Кутепов Б. П. Оценка риска травмирования механизаторов при выполнении регулировок зерноуборочных комбайнов / Б. П. Кутепов, М. С. Дмитриев и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –2005 – №3 – С. 20-21.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Official Internet site of Rosstat [Electronic resource]. – URL: http://www.gks.ru (accessed:12.16).
2. Spravochnik po inzhenernoi psikhologiy [The reference book on engineering psychology] / Ed. by B. F. Lomov. – Мoscow : Mashinostroienye, 1982. - 368 P. [in Russian]
3. Dmitriev M.S. Uluchshenye usloviy i okhrany truda operatorov zernouborochnykh kombainov za schyot sovershenstvovaniya mekhanizmov regulirovaniya rabochikh organov[Improvement of combine harvesters operators conditions and labor protection due to perfection of mechanisms of regulation of working parts] : PhD thesis. – Chelyabinsk, 2004. – 230 p. [in Russian]
4. Kutepov B. P. Otsenka riska travmirovaniya mekhanizatorov pri vypolneniy regulirovok zernouborochnykh kombainov [Assessment of machine operators’ risk of traumatizing when performing adjustments of combine harvesters] / B. P. Kutepov, M. S. Dmitriev and others // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaistva [Mechanization and electrification of agriculture]. – 2005 - № 3 – P. 20-21. [in Russian]