РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ПО ОЦЕНКЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Шабанов А.А.¹, Великанов В.С. ²

¹аспирант; ²кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ПО ОЦЕНКЕ ЭРГОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Аннотация

В данной работе представлены примеры моделей, разработанных на основе эргономической экспертизы, по оценке эргономических показателей карьерных экскаваторов с использованием теории нечетких множеств.

Ключевые слова: эргономическая экспертиза, нечеткая логика, эргономические показатели.

A.A. Shabanov¹, V.S. Velikanov²

¹Postgraduate stuent; ²Ph.D., assosiate professor, FSEI HVE Magnitogorsk State Technical University G.I. Nosov

MODELLING AND EVALUATION OF ALGORITHMS ERGONOMICS SHOVELS IN THE FUZZY LOGIC

Abstract

This paper presents examples of models developed on the basis of ergonomic expertise, according to the ergonomics shovels using the theory of fuzzy sets.

Keywords: ergonomic assessment, fuzzy logic, ergonomics.

Оценка состояния карьерной техники по сроку амортизации показала, что на горных предприятиях РФ и других стран СНГ в настоящее время эксплуатируется в среднем  60÷70 % карьерных экскаваторов со сверхнормативным сроком службы и без остаточной балансовой стоимости.

Выходом из создавшегося положения является разработка долгосрочной программы работ по увеличению срока безопасной эксплуатации горного оборудования, как нового, так и со сверхнормативным сроком службы.

Недостаточное использование результатов эргономических исследований приводит к тому, что значительные резервы повышения производительности остаются нереализованными, а эффективность управления остается ниже проектной.

С целью повышения эффективности управления проводятся эргономическая экспертиза, которая является определением степени соответствия основных эргономических показателей ЭКГ, в том числе  рабочего места и средств управления  эргономическим требованиям с целью внесения необходимых изменений в оцениваемый объект для оптимизации трудовой деятельности машиниста экскаватора.

Эргономическая экспертиза (ЭЭ) - обязательный этап при исследовании, проектировании и эксплуатации систем «человек – горная машина – среда». Целью экспертизы является определение соответствия достигнутых показателей качества общим и частным эргономическим требованиям и установления эргономического уровня качества системы.

Эргономическая экспертиза ЭКГ, как технического средства деятельности должна производиться исходя из принадлежности его к системе «человек–горная машина–среда» с учетом связей, сложившихся между горнотехническим средством (ЭКГ) и машинистом экскаватора.

В основу эргономической экспертизы ЭКГ  положены следующие принципы [1]:

1. ЭКГ рассматривается в системе, как один из основных элементов.
2. Эргономической экспертизе подлежат показатели (одиночные и групповые), характеризующие как отдельные свойства, так и комплексный эргономический показатель ЭКГ  в целом.

3. В основу экспертизы эргономических показателей положен предметно-функциональный принцип их систематизации с учетом соответствия параметров экскаватора антропометрическим, физиологическим и психологическим свойствам человека.

Эргономическая экспертиза ЭКГ основывается на результатах аналитической и оценочной стадий исследования, которые проводятся инструментальным, расчетным и экспертным методами.

В связи с нечеткостью информации, содержащейся в оценках экспертов, в качестве наиболее обоснованного и перспективного подхода в проведении ЭЭ определен нечетко-множественный подход, так как комплексное использование процедур анализа на базе этого подхода позволяет получить решение проблемы более высокого качества.

В общем случае под нечетким моделированием понимается информационно-логическая модель системы, построенная на основе теории нечетких множеств и нечеткой логики [2].

Этапами процесса нечеткого моделирования являются:

1. Анализ проблемной ситуации. Анализ современного состояния эргономического обеспечения карьерных экскаваторов. Известно, что выпускаемые отечественные ЭКГ уступают по эргономическим показателям зарубежным аналогам.
2. Структуризация предметной области и построение нечеткой модели:
   1. Иерархия эргономических показателей в виде дерева вывода, которому соответствует система соотношений:
3. К_эрг=f(К_упр, К_обит, К_обсл, К_осв, К_техн), К_упр=f(x₁, x₂,…, x_n), К_обит=f(y₁, y_2,..., y_n), К_обсл=f(z₁, z _2,..., z _n), К_осв=f(g₁, g _2,..., g _n), К_техн=f(s₁, s _2,..., s _n).
   1. Определение количества входных и выходных лингвистических переменных, характеризующих параметры состояния эргономических показателей. Определение для каждой лингвистической переменной количества ее значений – термов.
   2. Определение наименования лингвистических переменных и их термов, задание универсума (области определения) термов лингвистических переменных.
   3. Выбор видов функций принадлежности для термов лингвистических переменных на их универсумах.
   4. Определение структуры логических правил управления «если...то».
4. Выполнение вычислительных экспериментов с нечеткой моделью.
5. Применение результатов вычислительных экспериментов.
6. Коррекция и доработка нечеткой модели.

Корректировка параметров функций принадлежности термов лингвистических переменных.

Корректировка весов логических правил управления «если...то» [3].

Наиболее удобной для выполнения поставленной цели является среда для проведения ма­тематических операций MATLAB с использованием Fuzzy Logic Toolbox (пакет нечеткой логики).

Разработанные нами нечеткие модели  по оценке эргономических показателей карьерных экскаваторов на основе нечеткой логики представлены в табл. 1.

Таблица 1 Сводная таблица разработанных моделей по оценке эргономических показателей на основе нечеткой логики

№ п/п	Разработанные модели	Входные лингвистические переменных	Выходная лингвистическая переменная
1	Разработка нечеткой системы управления функциональным комфортом на рабочем месте оператора горной машины [4]	1. температура воздуха в кабине машиниста; 2. скорость изменения температуры воздуха в кабине машиниста; 3. влажность воздуха в кабине машиниста.	Коэффициент обитаемости в кабине машиниста
2	Разработка нечеткой системы для оценки профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов [5]	1. теоретические знания машиниста экскаватора; 2. практические навыки машиниста экскаватора	Коэффициент эффективности деятельности машиниста экскаватора
3	Разработка нечеткой системы по оценке уровня обитаемости	1. освещенность забоя; 2. вибрация кресла машиниста; 3. запыленность кабины; 4. уровень шума в кабине машиниста.	Обитаемость горной машины
4	Разработка нечеткой системы по влиянию структуры и режимов управления на показатели эксплуатационной надежности ЭКГ	1. скорость подъема ковша ЭКГ; 2. коэффициент управления.	Напряжение в рукояти ЭКГ
5	Разработка нечеткой системы для комплексной оценки эргономичности горной машины	1. управляемость; 2. обитаемость; 3. обслуживаемость; 4. осваиваемость; 5. технологичность.	Эргономичность горной машины

Разработанные нами, с помощью теории нечетких множеств, модели позволяют количественно оценивать и обрабатывать информацию, поступающую в виде качественных признаков.