Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства

СИРОТА В'ЯЧЕСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ

УДК 331.101.1+656.053

ЕРГОНОМІЧНА ОЦІНКА ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕСУ

НАВЧАННЯ ЛЮДИНИ ВОДІННЮ АВТОМОБІЛЯ

05.01.04 - Ергономіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській національній академії міського господарства Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Гаврилов Едуард Васильович, Харківська національна академія міського господарства, професор кафедри транспортних систем та логістики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ашеров Аківа Товієвич, Українська інженерно-педагогічна академія, завідувач кафедри інформатики і комп’юторних технологій, м.Харків;

доктор технічних наук, професор Лавров Євген Анатолійович, Сумський національний аграрний університет, завідувач кафедри кібернетики та інформатики, м.Суми.

Провідна установа Українська державна академія залізничного транспорту, Міністерства транспорту та зв'язку України, кафедра охорони праці та навколишнього середовища, м. Харків.

Захист відбудеться “_22_” вересня__2006 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.089.03 Харківської національної академії міського господарства за адресою: 61002 м. Харків, вул. Революції, 12

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківської національної академії міського господарства за адресою: 61002 м. Харків, вул. Революції, 12

Автореферат розісланий “_____” _________________2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

канд. техн. наук, доцент Линник І.Е.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Однією з основних причин аварійності на автомобільному транспорті є недостатня професійна майстерність водіїв. Аналіз дорожньо-транспортних пригод показує, що неправильні й неузгоджені дії водіїв у більшості випадків викликані помилками в оцінці дорожньо-транспортних ситуацій і прогнозі їхнього подальшого розвитку.

У діючих програмах з підготовки водіїв навчанню водінню автомобіля приділяється менше чверті навчального часу. Підвищення вартості пально-мастильних матеріалів ще більше скорочує цей час. Крім економічних проблем причинами недостатньо високого рівня підготовки водіїв є відсутність науково обґрунтованих методичних розробок і технічних засобів для формування у водіїв необхідних навичок керування автомобілем. Особливо гостро стоїть проблема системної оцінки характеристик і результатів процесу навчання.

Актуальність теми. Існуючі методи оцінки професійної підготовки водіїв автомобілів припускають, що в процесі навчання автомобіль і середовище залишаються незмінними і незв'язаними з кількісними характеристиками рівня навченості людини. Але у процесі навчання разом зі зміною організації дій людини змінюється організація функціонування автомобіля. Одночасно змінюється характер сприйняття людиною навколишнього середовища. Спочатку середовище сприймається поелементно, потім функціональними групами і, нарешті, симультанно, тобто в цілому. Усі ці зміни не знаходять відображення в існуючих методах оцінки рівня професійної підготовки людини. Це призводить до значних помилок при вирішенні завдань керування процесом навчання і прогнозування його результатів. Отже практична реалізація системного підходу до ергономічної оцінки процесу навчання з урахуванням взаємозв'язку і взаємозумовленості станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху” є вельми актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана в межах координаційного плану Міністерства освіти і науки України за проблемою „Моделювання складних соціально-економічних, екологічних і технічних систем на основі перспективних інформаційних технологій”, затвердженою наказом № 37 від 13.02.97 р.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є розробка методу ергономічної оцінки характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля.

Для досягнення цієї мети вирішувались такі завдання:

- розробити математичну модель навчання людини водінню автомобіля з урахуванням взаємозв'язку і взаємозумовленості станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху”;

- розробити технічні засоби для дослідження закономірностей навчання і реєстрації його результатів;

- розробити принципи, методики й практичні рекомендації з ергономічної оцінки характеристик навчання людини водінню автомобіля.

Об'єктом дослідження є система “людина – автомобіль – обстановка руху”.

Предметом дослідження є оцінка процесів взаємодії компонентів зазначеної системи.

Методи дослідження: системний підхід і системний аналіз при моделюванні взаємодії компонентів системи на організаційному рівні; ймовірнісно-статистичні методи, методи теорії інформації та психофізіології при обробці й аналізі результатів експериментальних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше запропоновано метод ергономічної оцінки характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля, який на відміну від існуючих враховує взаємозв'язок і взаємозумовленість станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху”.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновано тестові завдання, технічні засоби й методики для ергономічної оцінки характеристик і результатів процесу навчання людини водінню автомобіля.

Результати досліджень впроваджено у навчальний процес автошколи автомобільно-дорожнього інституту ДонНТУ, на кафедрі “Менеджмент організацій” в дисципліну “Основи транспортної психології”.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить: [6] – вирішення системи диференціальних рівнянь; [5, 7] – підхід і методика оцінки ергономічної ефективності проектних вирішень; [1, 15] – виконано експериментальні дослідження і розроблено конструкцію імітатора навантаження кермового колеса; [3, 11] – конструкція сидіння для автотренажера; [4, 9, 14, 16] – конструктивні рішення і програми для тестування психофізіологічних якостей водія; [13, 17] – методика навчання техніці швидкісного рулювання в критичних ситуаціях; [8] – використання принципів максимізації можливої інформації між зовнішніми впливами і реакціями водія.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на Міжнародній конференції “Безпека руху” (Таллін, 1990), на другій Всесоюзній конференції “Тренажери у формуванні професійних навичок при підготовці фахівців” (Ульяновськ, 1988), на IV Всесоюзній конференції “Теорія і практика імітаційного моделювання і створення тренажерів” (Пенза, 1991), на зональному семінарі “Тренажери й імітатори” (Пенза, 1990), Міжнародній науково-практичній конференції „Сталий розвиток міст. Міські і регіональні проблеми транспортних систем і логістики” (Харків, 2004).

Публікації. Результати досліджень дисертації опубліковані в 1 навчальному посібнику, 8 статтях у збірниках наукових праць, 4 тезах доповідей на конференціях, 3 авторських свідоцтвах про винаходи, 1 патенті на винахід.

Структура й обсяг роботи. Дисертація включає вступ, чотири розділи і додатки. Загальний обсяг роботи складається із 147 сторінок, 66 рисунків, 26 таблиць і списку використаних літературних джерел з 75 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження. Розглянуто зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Відображено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів. Наведено відомості про апробацію і публікацію результатів дослідження.

У першому розділі здійснено аналіз існуючих підходів до оцінки характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля. Розглянуто сучасний стан теорії навчання й оцінки його результатів. Показано, що для побудови математичних моделей навчання використовуються два підходи: макро- і мікропідхід. Найбільше поширення в практиці оцінки характеристик навчання одержали моделі, що базуються на макропідході (Хал К., Ебінгауз Х., Торндайк Е., Буш Р., Мостелер Ф., Аткінсон Р., Бауер Г., Кротес Е., Дєдков В., Сєвєрцев Н., Дринков А., Ломов Б., Гаврилов Е., Антомонов Ю. та ін.). Відповідно до цих моделей оцінка процесу навчання будується на аналізі залежностей вихідних характеристик системи навчання від сигналів на вході без дослідження процесів, що відбуваються всередині системи. Динамічні ряди навчання апроксимуються монотонними експонентними залежностями. Разом з тим дослідження Чапаніса А., Мілеряна Е., Гелерштейна С., Шварца Л, Платонова К., Венди В., Лінгарта Й. показали, що динаміка процесу навчання не завжди підпорядкована монотонним закономірностям. Експериментальні дані свідчать про виражений коливальний характер кривих навчання, наявності в їхній структурі проміжних плато. Дослідження Венди В., Долгоносова Н. показали, що на процес навчання й оцінку його результатів суттєвий вплив має машина (знаряддя праці), роботі з якою навчається людина.

Перша спроба вирішення протиріччя між немонотонним характером кривих навчання і апроксимацією їх монотонними залежностями була розпочата Вендою В.Ф. у рамках сформульованої ним “трансформаційної теорії навчання”. Ця теорія є значним внеском у мікропідхід до розуміння процесів навчання людини. Але практичні методи цієї теорії обмежені моделями графоаналітичного типу. Відсутність аналітичних рішень не дозволяє розкрити взаємозв'язок і взаємозумовленість станів і характеристик компонентів системи “людина – машина – середовище” у структурі показників і характеристик процесу навчання. Отже практична реалізація ергономічної оцінки процесу навчання до останнього часу не одержала остаточного вирішення.

У другому розділі розглянуто математичні моделі навчання людини водінню автомобіля. Процес навчання моделюється на організаційному рівні. Рівень навченості пропонується оцінювати імовірністю переходу людини в стан, адекватний умовам і завданням діяльності з керування автомобілем.

У ситуаціях з фіксованою обстановкою руху динаміка процесу навчання визначається системою диференціальних рівнянь

(1)

де , – збільшення імовірностей переходу людини, автомобіля й обстановки руху з фактичного в нормальний стан; – вагові коефіцієнти: – безрозмірний вимір часу; – константа, що є масштабом часу.

Частинне вирішення даної системи рівнянь має вигляд

(2)

де – імовірності переходу людини й автомобіля в нормальні стани і відповідно; , – корені характеристичного рівняння; – довільні постійні залежні від стану компонентів системи в початковий момент часу.

У ситуаціях з обстановкою руху, що змінюється, динаміка процесу навчання описується системою рівнянь

(3)

де – збільшення імовірності переходу навколишнього середовища з фактичного в заданий стан; – час; – вагові коефіцієнти для навколишнього середовища.

Частинне вирішення даної системи рівнянь має вигляд

(4)

де – довільні постійні, залежні від початкових станів компонентів системи; – дійсний корінь характеристичного рівняння; – дійсна частина комплексно-сполучених коренів; – кругова частота коливань.

У процесі навчання разом зі зміною імовірностей стану людини змінюються час її реакції, а також величина помилок, що допускаються. Час реакції пропонується оцінювати за формулою

, (5)

де – час реакції на першому кроці навчання; – час сталої реакції; – кроки навчання.

Аналогічно пропонується оцінювати помилки у виконанні заданої функції:

(6)

де – модуль абсолютної помилки на першому кроці навчання; – модуль сталої абсолютної помилки.

Час реакції і помилка керування дозволяють оцінити показник успішності керування, що може бути розрахований за формулами

, (7)

У третьому розділі дисертації наведено результати експериментальних досліджень, спрямовані на встановлення адекватності моделей навчання. Експериментальні дослідження проводили в лабораторних і польових умовах. При виборі методів, методик і технічних засобів дослідження враховували необхідність реалізації в експерименті професійної мотивації, виконання завдань, специфічних для професійної діяльності водія і безперервної реєстрації результатів заданої діяльності. Оскільки за змістом основна функція водія – орієнтація автомобіля у просторі й часі, остільки в процесі дослідження використовували тестові завдання, при виконанні яких формуються навички орієнтованої діяльності (розвиток статичного і динамічного окоміру, формування навички розрахунку швидкості, тренування реакції того, кого навчають, на зміну обстановки руху). У лабораторних умовах навчання здійснювали за допомогою спеціально створеного автотренажера й автомобіля М-24 “Волга”. Лабораторний експеримент використовували для вивчення закономірностей навчання людини в ситуаціях з фіксованою обстановкою руху. У польових умовах експериментальні дослідження здійснювали за допомогою ходової лабораторії, обладнаної на базі автомобіля УАЗ-452Д. Польовий експеримент використовували для вивчення закономірностей навчання в ситуаціях з обстановкою руху, що змінюється.

У ходовій лабораторії розміщували обладнання для безперервної реєстрації швидкості й траєкторії руху, а також показників функціонального стану організму того, кого навчають. У процесі експериментальних заїздів здійснювали безперервну реєстрацію електрокардіограми (ЕКГ) випробуваного. Для реєстрації ЕКГ використовували стандартний електрокардіограф ЕКГТ-03М “Салют“. Реєстрацію ЕКГ проводили за допомогою відведення DS (Dextra-Sinistra).

У польовому експерименті брали участь шість випробуваних, до складу яких увійшли 70 % водіїв із сильною нервовою системою, що відповідає реальному складу транспортних потоків, які рухаються дорогами України. Для участі в лабораторному експерименті залучали 19 курсантів автошколи, що забезпечувало достатню вірогідність одержуваних даних.

Адекватність теоретичних моделей перевіряли способом оцінки відповідності теоретичної оцінки показників навченості людини експериментальним даним.

Адекватність моделі навчання людини в ситуаціях з фіксованою обстановкою руху перевіряли в польовому й лабораторному експериментах. Польовий експеримент включав вивчення динаміки формування навички окомірної оцінки положення автомобіля в поперечному перерізі дороги, а також щодо стоп-лінії, нанесеної на проїзну частину дороги. Досліди ставили на прямій горизонтальній ділянці дороги 3 категорії Харків – Липці. Ширина проїзної частини 7,0 м, ширина узбіч 2,5 м, ширина укріпленої смуги узбіччя 0,5 м. Покриття проїзної частини асфальтобетонне, сухе, чисте. Коефіцієнт зчеплення автомобільного колеса з покриттям дорівнює 0,61.

На дорозі вибирали дослідну ділянку довжиною 1 км. На її середині влаштовували обліковий пункт. На цьому пункті в поперечному перерізі дороги на проїзну частину наносилу жирну крейдову риску шириною 0,1 м.

Кожному випробуваному давали завдання проїхати обліковий пункт на заданій відстані від крайки проїзної частини (0,5 м, 1,0 м, 1,5 м). При проїзді облікового пункту на покритті проїзної частини дороги залишався крейдовий відбиток сліду колеса. Результати виконання завдання оцінювали за допомогою вимірювання рулеткою фактичної відстані від крайки проїзної частини до краю сліду правого переднього колеса автомобіля. Завдання вважалось виконаним, якщо фактична відстань укладалася в межі помилки досліду.

Кожний випробуваний для кожної із заданих відстаней робив по 16 дослідних заїздів з постійною швидкістю руху на обліковому пункті, рівною 60 км/год. За результатами дослідів оцінювали імовірності правильного виконання завдання залежно від номера заїзду, що дозволило побудувати криві навчання. Приклад кривої навчання поданий на рис. 1.

Рис. 1. Крива навчання (задана відстань до крайки проїзної частини 0,5м):

I, II, III, IV – номери характерних ділянок у процесі навчання.

У процесі обробки експериментальних даних оцінювали інформаційні характеристики процесу навчання: максимальну ентропію і відносну організацію (рис. 2).

Рис. 2. Інформаційні характеристики процесу навчання

(задана відстань до крайки проїзної частини 0,5 м).

Аналіз результатів дослідів показав, що в динаміці формування навички є по два проміжних (помилкових) плато й одне кінцеве (щире). Після другого проміжного плато спостерігається падіння імовірностей правильного виконання тестового завдання. Починаючи з 9-го заїзду при всіх заданих відстанях спостерігається стійке зростання розглянутих імовірностей. Аналіз динаміки інформаційних характеристик свідчить, що в періоди стійкого зростання імовірностей правильного виконання завдання максимальна ентропія залишається постійною, що вказує на замкнутість (в організаційному відношенні) системи навчання. На помилкових плато й у періоди падіння імовірностей правильного виконання завдання максимальна ентропія значно змінюється. Останнє вказує на перебудову процесу навчання, руйнування старого детермінізму нейронного середовища, побудованого на наявному в людини досліді взаємодії із середовищем руху. Безперервна реєстрація показників функціонального стану організму людини в процесі виконання завдань показала наявність суттєвого зв'язку характеру кривих навчання з показниками напруженості діяльності.

У дослідах із зупинкою на стоп-лінії використовували ходову лабораторію на базі автомобіля М-24 “Волга“. Випробуваному давалось завдання зупинитися біля стоп-лінії таким чином, щоб передній бампер автомобіля попадав у межі крейдової смуги, нанесеної на проїзну частину дороги в поперечному перерізі. Початкова швидкість руху автомобіля складала 60 км/год. Після зупинки автомобіля рулеткою заміряли відстань від крейдової смуги до краю переднього бампера автомобіля. Цю відстань приймали за помилку, яку допускав той, кого навчають, при виконанні завдання. Знак помилки не враховували. Кожен випробуваний робив по 16 дослідних заїздів. Для кожного заїзду розраховували середню арифметичну помилку для шести випробуваних. Для оцінки успішності навчання використовували величину, зворотну абсолютній помилці (рис. 3).

Аналіз динаміки показника успішності навчання свідчить про якісний збіг кривих навчання, поданих на рис. 2, 3. Так само, як і в дослідах з орієнтацією щодо крайки проїзної частини, процес навчання зупинці біля стоп-лінії має два помилкових і одне дійсне плато. Є чітко виражена ділянка падіння показників успішності навчання, що свідчить на користь принципу необхідного руйнування старого детермінізму, сформульованого Антомоновим Ю.Г.

Адекватність моделі навчання у ситуаціях з фіксованою обстановкою руху перевіряли методом парних порівнянь, які розраховані за формулою (2) імовірностей правильного виконання завдання з їхніми експериментальними оцінками. Ступінь адекватності оцінювали за -критерієм Стьюдента. Для всіх ділянок кривих навчання виявилось, що розрахункові значення -критерію коливаються в межах від 0,6 до 1,56. Табличне значення -критерію для рівня значущості 0,05 і число ступенів свободи (16-1)=15 дорівнює 2,12. Оскільки розрахункові значення -критерію значно менше табличного, то формула (2) може розглядатись як теоретичне представлення досліду.

Рис. 3. Динаміка успішності навчання зупинці біля стоп-лінії.

У лабораторних умовах досліджували закономірності формування навички цілеспрямованого реагування на вплив детермінованих змін обстановки руху. Детерміновані зміни обстановки рухи моделювали послідовністю включення сигналів світлофора, зображеного на екрані монітора ЕОМ, що входить до складу автотренажера. У дослідах використовували сигнали трьох кольорів: червоного (Ч), жовтого (Ж) і зеленого (З). Той, кого навчають, повинен був реагувати на включення сигналів натисканням ногами на відповідну педаль системи керування автомобілем: (Ч) – на педаль ножного гальма; (Ж) – на педаль зчеплення; (З) – на педаль акселератора. Натискання необхідної педалі гасило сигнал, що загорявся, і одночасно включало наступний.

У процесі дослідів використовували дві детерміновані послідовності: перша – ЧЖЗЖ; друга – ЧЖЧЖЗ. Кожна з цих послідовностей пред'являлась випробуваному 40 разів. Розроблена програма операцій для ЕОМ дозволяла автоматизувати подачу випробуваному потрібної послідовності. Довжина послідовності не тактувалась. Після закінчення послідовності знову подавався її початок.

У результаті багаторазової подачі послідовності в того, кого навчають, формувалась суб'єктивна модель обстановки руху. Для описування закономірностей формування цього образу використовували алгоритм, розроблений Антомоновим Ю.Г. В основу процесу формування образу покладено імовірнісний аналіз станів пропонованої послідовності. Процес аналізу включає кілька рівнів. На кожному рівні підраховували частоту появи різних станів пропонованої послідовності, максимальну і поточну ентропії, а також абсолютну і відносну організацію образу на кожному рівні аналізу. Образ вважався сформованим, якщо його відносна організація ставала рівною одиниці.

Етапи формування суб'єктивної моделі обстановки руху позначались на організації реакцій того, кого навчають. Вихідною характеристикою кожного учня вважався середній час реакції на один сигнал у пропонованій послідовності. За результатами дослідів викреслювали криві навчання групи випробуваних.

Результати дослідів показали, що кожному рівню аналізу відповідає своя крива навчання. Переходи до наступних рівнів аналізу приводять до появи хвиль на сумарній кривій. Для кожного рівня аналізу час реакції на перше пред'явлення послідовності знаходиться в лінійному зв'язку з максимальною ентропією суб'єктивного образу:

, (8)

де – час реакції того, кого навчають, на перше пред'явлення детермінованої послідовності на –му рівні аналізу; – максимальна ентропія образу на –му рівні аналізу; 0,413 – час сталої реакції (робота в режимі авторитму), с.

Для вирівнювання кривих навчання на кожному рівні аналізу використовували рівняння (5) у формі

(9)

Якщо знехтувати величинами другого порядку малості, то рівняння (9) перетвориться до вигляду

(10)

Врахування формули (8) перетворить вираз (10) таким чином:

. (11)

Спільний аналіз кривих навчання і ентропійних характеристик суб'єктивного образу обстановки руху дозволив отримати рівняння зв'язку часу реакції з номером пред'явлення детермінованої послідовності на кожному рівні її аналізу.

Для послідовності ЧЖЗЖ…:

на першому рівні аналізу

(12)

на третьому рівні аналізу

(13)

Для послідовності ЧЖЧЖЗ…:

на першому рівні аналізу

(14)

на другому рівні аналізу

(15)

на четвертому рівні аналізу

(16)

На другому рівні аналізу послідовності ЧЖЗЖ... і на третьому рівні аналізу послідовності ЧЖЧЖЗ... закономірність навчання змінюється. У межах даних рівнів аналізу виділяють дві ділянки: на першій час реакції продовжує зменшуватись, що вказує на закріплення навичок реагування, що здобуваються, на пропоновані сигнали; на другій ділянці час реакції зростає, що вказує на руйнування зв'язків, що сформувались, відповідно до принципу необхідності руйнування старого детермінізму нейронного середовища Антомонова Ю.Г.

Для ділянок зменшення часу реакції закономірності навчання описуються формулою (10). З урахуванням максимальної ентропії суб'єктивного образу обстановки руху на даному рівні аналізу:

для послідовності ЧЖЗЖ…на другому рівні аналізу

(17)

для послідовності ЧЖЧЖЗ…на третьому рівні аналізу

(18)

Для ділянок зростання часу реакції закономірність навчання у загальному вигляді може бути описана рівнянням

(19)

де – час реакції того, кого навчають, на початку і в кінці розглянутої ділянки відповідно.

З урахуванням формули (8) рівняння (19) перетвориться до вигляду

(20)

де – максимальна ентропія суб'єктивного образу на наступному за розглянутим рівні аналізу.

Враховуючи сказане, для послідовності ЧЖЗЖ… на другому рівні аналізу зростання часу реакції описують рівнянням

(21)

У свою чергу для послідовності ЧЖЧЖЗ… на третьому рівні аналізу зростання часу реакції описують рівнянням

(22)

Адекватність формул (11) і (20) оцінювали методом парних порівнянь за -критерієм Стьюдента. Через те, що у всіх випадках розрахункові значення виявились менше табличного при рівні значущості 0,05, то формули (11) і (20) можуть розглядатись як теоретичне представлення досліду.

Досліди з вивчення формування навички розрахунку швидкості ставили в ситуаціях з випадковою зміною обстановки руху на дорозі 3 категорії Харків – Суми в межах від 9 до 89 км. У дослідах використовували ходову лабораторію на базі автомобіля УАЗ-452 і групу з шести водіїв-випробуваних. Кожному водію давали завдання проїхати дослідною ділянкою із заданою швидкістю (20,40, 60, 80 км/год). У процесі дослідних заїздів здійснювали безперервну реєстрацію фактичної швидкості руху, електрокардіограми водія й елементів поля сприйняття. Завдання вважалося виконаним, якщо відхилення фактичної швидкості від заданої не перевищувало 2,5 км/год. Результати оцінок динаміки частот виконання завдання представлені на рис. 4, 5. Характер динаміки зміни частоти утримання заданої швидкості свідчить, що в ситуаціях з обстановкою руху, яка змінюється, випадковим чином навчання водія здійснюється за принципами адаптації до цієї обстановки.

У ситуаціях, що сприяють розвитку стану монотонії (рух зі швидкістю 40 км/год), імовірність утримання заданої швидкості знижується з 0,8 до 0,4. У ситуаціях, що супроводжуються станом напруженості діяльності (рух зі швидкістю 80 км/год), дана імовірність зростає від 0,4 до 0,8. Для оцінки стану тих, кого навчають, використовували статистичний аналіз серцевого ритму. Адекватність моделі навчання водія в ситуаціях з обстановкою руху, що змінюється випадковим чином, перевіряли методом парних порівнянь. Для описування процесу навчання використовували математичну модель у формі (4). Порівняння розрахункових значень -критерію з табличним для рівня значущості 0,05 показало, що розрахункові значення у всіх випадках менше табличного. Тому формула (4) може розглядатись як теоретичне представлення досліду.

Рис. 4. Динаміка імовірності утримання заданої швидкості 40 км/год

Рис. 5. Динаміка імовірності утримання заданої швидкості 80 км/год

У четвертому розділі наведено рекомендації з практичного використання результатів дослідження. Пропонується методика оцінки часу реакції і помилок того, кого навчають; методика оцінки числа кроків навчання, необхідних для підготовки людини до заданого рівня; методика оцінки можливого рівня підготовки людини при заданому числі кроків навчання; принципи ергономічної оцінки характеристик процесу навчання і його результатів; тестові завдання для оцінки і технічне забезпечення (автомобільний тренажер) для оцінки рівня підготовленості людини до навчання водінню автомобіля в польових умовах.

ВИСНОВКИ

1. Існуючі методи оцінки професійної підготовки водіїв автомобілів припускають, що в процесі навчання автомобіль і середовище залишаються незмінними і незв'язаними з кількісними характеристиками рівня навченості людини. Але у процесі навчання разом зі зміною організації дій людини змінюється організація функціонування автомобіля і організація середовища. Це призводить до значних помилок при вирішенні завдань управління процесом навчання і прогнозування його результатів.

2. У результаті дослідження розроблено метод ергономічної оцінки характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля з урахуванням взаємозв'язку і взаємозумовленості станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху”.

3. Розроблено принципи ергономічної оцінки характеристик процесу навчання і його результатів: принцип об'єктивності; принцип взаємозв'язку і взаємозумовленості; принцип тестування; принцип загальності; принцип своєчасності.

4. Вперше одержано математичні моделі навчання людини водінню автомобіля з урахуванням взаємозв'язку і взаємозумовленості станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху”. Доведено адекватність моделей навчання в детермінованих та імовірнісних середовищах. Оцінка адекватності виконана методом парних порівнянь за допомогою -критерію Стьюдента.

5. Запропоновано модель оцінки часу реакцій і помилок того, кого навчають. Показано, що час реакції і помилки того, якого навчають, є функцією максимальної ентропії суб'єктивного образа обстановки руху.

6. Експериментальні дослідження показали, що процес навчання включає періоди замкнутого і розімкнутого (в організаційному відношенні) станів.

У замкнутому стані відбувається інтенсивне формування навички, показники успішності виконання функцій керування автомобілем стійко зростають. У розімкнутому стані відбувається структурна перебудова навички, руйнування вже сформованого детермінізму. Показники успішності виконання функцій керування автомобілем стабілізуються (виходять на проміжне плато) і зменшуються.

7. Навчання людини водінню автомобіля в ситуаціях з обстановкою руху, що змінюється (імовірнісне середовище), здійснюється за принципами адаптації до цієї обстановки. Закономірності формування навички суттєво залежать від функціонального стану організму того, кого навчають. У стані монотонії показники успішності виконання заданих функцій знижуються, у ситуації напруженості – зростають.

8. На кожному рівні імовірнісного аналізу обстановки руху описування процесу формування навички можливе монотонними асимптотичними кривими. Для описування процесу навчання в цілому монотонні криві не застосовні. Переходи від одного рівня аналізу до іншого формують коливальний характер процесу навчання в цілому.

9. Розроблено тестові завдання і технічне забезпечення (автомобільний тренажер) для оцінки рівня підготовленості людини до водіння автомобіля в польових умовах.

10. Запропоновано методику оцінки характеристик процесу навчання людини за часом реакції і помилками того, кого навчають.

11. Запропоновано методику оцінки можливого рівня підготовки людини при заданому числі кроків навчання в польових і лабораторних умовах.

12. Запропоновано методику оцінки числа кроків (циклів) навчання, необхідних для підготовки людини до заданого рівня.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сирота В.М., Кононыхин С.В. Экспериментальные исследования к определению усилия на рулевом колесе автомобилей // Проблемы архитектуры и градостроительства. – Донецк: ДГАСА, 1998. – Вып. 98-6 (14). – С. 184-189.

2. Макаров В.А., Сирота В.М., Дугельный В.Н. Исследование ситуаций, вызывающих нарушение курсовой устойчивости движения автомобиля и подготовка водителей к этим ситуациям на автотренажере // Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ, 2001. – Вып. 7. – С. 28-32.

3. Сирота В.М., Мастепан С.Н., Сирота И.В. Безопасное сиденье транспортного средства // Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ, 2001. – Вып. 8. – С. 32-35.

4. Сирота В.М., Дугельный В.Н., Мастепан С.Н. Экспресс-тестирование способности водителя действовать в критических ситуациях // Вестник ХНАДУ. – Харьков: ХНАДУ, 2002. – Вып. 17. – С.107-109.

5. Гаврилов Э.В., Сирота В.М., Волобуева Т.В. Разработка методики оценки экономической эффективности использования современных автомобильных тренажеров // Вестник ХНАДУ. – Харьков: Изд. ХНАДУ, 2002. – Вып. 18. – С. 61-64.

6. Гаврилов Э.В., Ярещенко Н.В., Сирота В.М. Модель учебного процесса по подготовке водителей // Вестник ХНАДУ. – Харьков: ХНАДУ, 2002. – Вып. 19. – С. 26-28.

7. Шутенко Л.Н., Гаврилов Э.В., Сирота В.М. Эффективность эргономического обеспечения организации дорожного движения // Коммунальное хозяйство городов. – К.: Техніка, 2004. – Вып. 58. – С. 150-154.

8. Гаврилов Э.В., Линник И.Э., Сирота В.М. Эргономическое обеспечение организации дорожного движения // Коммунальное хозяйство городов. – К.: Техніка, 2004. – Вып. 58. – С. 163-169.

9. А.с. 1390627 СССР, МКИ G 09 B 9/04 / В.М. Сирота, Э.С. Цыганков, С.Б. Маковский (СССР). - № 4101658; Заявл. 6.06.86; Опубл. 23.04.88, Бюл. № 15.- 3 с.

10. А.с. 1278258 СССР, МКИ В 60 N 1/02 / В.М. Сирота, А.Л. Курпниек (СССР). - № 3830021; Заявл. 25.12.84; Опубл. 23.12.86, Бюл. № 47.- 4 с.

11. А.с. 1789371 СССР, МКИ В 60 N 2/00 / В.М. Сирота, В.Л. Шолом, С.Б. Маковский, В.А. Сирота, В.В. Ставцев (СССР). - № 4913986; Заявл. 25.02.91; Опубл. 23.01.93, Бюл. № 3.- 6 с.

12. Пат. 68346 Україна, МКИ G 09 B 9/04. Тренажер для навчання і контролю оптимальної посадки водія. – Заявл. 05.10.99; Опубл. 16.08.04. Бюл. № 8.- 4 с.

13. Чебышев А.Е., Белов П.П., Сирота В.М. Моделирование критических ситуаций на автотренажере // Тренажеры и формирование профессиональных навыков при подготовке специалистов: Тез. докл. второй Всесоюзн. конф. – М.: Изд. СНИО СССР, 1988. – С. 377-380.

14. Венгеров И.А., Чебышев А.Е., Белов П.П., Сирота В.М. Перспективные тренажерные средства для повышения профессионального мастерства водителей // Безопасность движения: Труды Междунар. конф. – Таллин: Изд. ТТУ, 1990. – С. 86-89.

15. Чебышев А.Е., Сирота В.М., Ставцев В.В., Маковский С.Б. Имитатор нагрузки рулевого колеса тренажера по технике руления // Тренажеры и имитаторы: Тез. докл. к зональному семинару. – Пенза: ПДНТИ, 1990. – С. 82-83.

16. Чебышев А.Е., Сирота В.М., Фитисов В.И. Тренажер психофизиологических качеств водителя автомобиля // Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: Тез. докл. 1V Всесоюзн. Конф. – Пенза: ЦП ВНТО, 1991. – С. 48-49.

17. Бариеников Е.М., Цыганков Э.С., Сирота В.М., Боуш Р.Л. Обучение технике скоростного руления в автомобильном спорте: Учебное пособие. – М.: ГЦОЛИФК, 1989. – 67 с.

АНОТАЦІЯ

Сирота В.М. Ергономічна оцінка характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.04 – Ергономіка. – Харківська національна академія міського господарства, Харків, 2006.

Сформульоване і вирішене завдання ергономічної оцінки характеристик процесу навчання людини водінню автомобіля, який на відміну від наявних оцінок враховує взаємний зв’язок і взаємну обумовленість станів і характеристик компонентів системи “людина – автомобіль – обстановка руху”. Експериментальні дослідження довели достовірність розробленої математичної моделі навчання людини й показали ефективність запропонованої методики ергономічної оцінки професійної підготовки водіїв. Викладено методики, що дозволяють розрахувати необхідні характеристики процесу навчання. Сформульовано основні принципи ергономічної оцінки: принцип об’єктивності, принцип взаємного зв’язку і взаємної обумовленості, принцип тестування, принцип загальності, принцип своєчасності. Запропоновано тестові завдання і їх технічне забезпечення (автомобільний тренажер) для оцінки рівня підготовленості людини до водіння автомобіля в польових умовах.

Ключові слова: професійна підготовка, ергономічна оцінка, процес навчання людини, водіння автомобіля.

АННОТАЦИЯ

Сирота В.М. Эргономическая оценка характеристик процесса обучения человека вождению автомобиля. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.04 – Эргономика. – Харьковская национальная академия городского хозяйства, Харьков, 2006.

Существующие методы оценки профессиональной подготовки водителей автомобилей предполагают, что в процессе обучения автомобиль и среда остаются неизменными и не связанными с количественными характеристиками уровня обученности человека. Однако в процессе обучения вместе с изменением организации действий человека изменяется организация функционирования автомобиля и организация среды. Это приводит к значительным ошибкам при решении задач управления процессом обучения и прогнозирования его результатов.

В настоящей работе разработан метод эргономической оценки характеристик процесса обучения человека вождению автомобиля с учетом взаимосвязи и взаимообусловленности состояний и характеристик компонентов системы “человек – автомобиль – обстановка движения”. Рассмотрены механизмы обучения на организационном уровне. Показано, что в замкнутом (в организационном отношении) состоянии происходит интенсивное формирование навыка, показатели успешности выполнения функций управления автомобилем устойчиво возрастают. В разомкнутом состоянии происходит структурная перестройка навыка, разрушение уже сформировавшегося детерминизма. Показатели успешности выполнения функций управления автомобилем стабилизируются (выходят на промежуточное “плато”) и уменьшаются. Доказано, что для описания процесса обучения в целом монотонные кривые не применимы. На каждом уровне вероятностного анализа обстановки движения описание процесса формирования навыка возможно монотонными асимптотическими кривыми. Переходы от одного уровня анализа к другому формируют колебательный характер процесса обучения в целом. Предложены математические модели обучения человека вождению автомобиля в ситуациях с фиксированной обстановкой движения, а также в ситуациях с обстановкой движения, изменяющейся детерминированным и случайным образом. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность разработанных моделей.

Разработаны принципы эргономической оценки характеристик процесса обучения и его результатов: принцип объективности; принцип взаимосвязи и взаимообусловленности; принцип тестирования; принцип всеобщности; принцип своевременности.

Предложена модель оценки времени реакций и ошибок обучаемого. Показано, что время реакции и ошибки обучаемого являются функцией максимальной энтропии субъективного образа обстановки движения

Разработаны тестовые задания и техническое обеспечение (автомобильный тренажер) для оценки уровня подготовленности человека к вождению автомобиля в полевых условиях. Предложена методика оценки характеристик процесса обучения человека по времени реакции и ошибкам обучаемого. Предложена методика оценки возможного уровня подготовки человека при заданном числе шагов обучения в полевых и лабораторных условиях. Предложена методика оценки числа шагов (циклов) обучения, необходимых для подготовки человека до заданного уровня.

Ключевые слова: профессиональная подготовка, эргономическая оценка, процесс обучения человека, вождение автомобиля.

THE SUMMARY

Sirota V.M. An ergonomic estimation of the characteristics of process of training of the man to driving the automobile. - The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific grade of technical sciences candidate by speciality 05.01.04 - Ergonomics. - Kharkiv National Academy of Municipal Economy, Kharkiv, 2006.

The ergonomic estimation task for the process of the man to drive the automobile is formulated and solved. Unlike the existing methods of estimation this one takes into account interrelation and interdependence of conditions and characteristic of the component of the system "man - automobile – traffic conditions". Experimental researches have proved the reliability of the developed mathematical man training model and have shown the efficiency of the offered ergonomically estimation method of drivers professional training. The methods of permitting to calculate necessary characteristics of the training process and presented. The main principles of ergonomic estimation such as the principle of objectivity, the principle of interrelation and interdependence, the principle of testing, the principle of versatility, and the principle of timeliness are formulated. The suggested test and their technical provision (an automobile simulator) for the estimation of person’s level of preparation for driving the automobile in field conditions are developed.

Key words: professional training, ergonomic estimation, process of training of the man, driving the automobile.

Підп. до друку 04.07.2006 р.

Формат 60x90 1/16. Папір офсетний.

Друк RISO. Умовн.- друк.арк. 0,9.

Зам. № Тираж 110 прим.

АДІ ДонНТУ

84648,м. Горлівка, вул. Кірова,51