Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства

Буров Олександр Юрійович

УДК 81.95.53;;81.93.03; 331.101

ЕРГОНОМІЧНІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ СИСТЕМ ПРОГНОЗУВАННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЛЮДИНИ-ОПЕРАТОРА НА ОСНОВІ

ПСИХОФІЗІОЛОГІЧНИХ МОДЕЛЕЙ ДІЯЛЬНОСТІ

05.01.04 - Ергономіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-дослідному інституті проблем військової медицини Збройних Сил України

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Герасимов Борис Михайлович,

Військовий інститут Київського національного університету ім.Тараса Шевченка, професор кафедри військового управління, м.Київ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Скуріхін Володимир Ілліч, Міжнародний науково-учбовий центр інформаційних технологій і систем НАНУ і МОНУ, завідувач відділу автоматизованих систем обробки даних, м.Київ;

доктор технічних наук, професор

Самсонкін Валерій Миколайович,

Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України Міністерства транспорту та зв’язку України, директор, м.Київ;

доктор технічних наук, професор

Рева Олексій Миколайович,

Навчально-льотний центр Закритого акціонерного товариства “Міжнародна акціонерна авіаційна компанія “УРГА“, директор, м.Кіровоград.

Провідна установа: Національний авіаційний університет Міністерства

освіти та науки України, кафедра безпеки життєдіяльності, м.Київ.

Захист відбудеться 26.01. 2007 р. о _12_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.089.03 у Харківській національній академії міського господарства за адресою: 61002, м. Харків, вул. Революції, 12

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

Автореферат розісланий 26.12. 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради,

кандидат технічних наук, доцент Линник І.Е.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із шляхів вирішення триєдиного завдання ергономіки - забезпечення високої ефективності праці людини, її безпеки та комфорту - є створення психофізіологічного забезпечення працездатності людини, насамперед оператора ергатичної системи, який дедалі частіше й вагоміше впливає на всі аспекти життя людства. Макроергономічний підхід передбачає системне вирішення питань аналізу певного виду діяльності, проектування її оптимальних умов, відбір та пристосування людини до цієї діяльності, вирішення технічних та організаційних питань забезпечення ефективної та безпечної праці. У той же час, узагальнюючи відомі офіційні дані, можна прийти до висновку: економічні й соціальні втрати авіаційних, транспортних, енергетичних, хімічних та нафтохімічних компаній зумовлені тим, що від 50 до 80% всіх аварій та порушень технологічного режиму трапляються з вини оперативного персоналу. Високоточні оцінка й прогноз працездатності оператора є необхідною складовою управління ефективністю та надійністю всієї ергатичної системи. Тому значні зусилля (наукові, фінансові, ресурсні) витрачаються на підвищення працездатності людини-оператора на корпоративному (окремі компанії, їх регіональні об’єднання), державному й міждержавному (МАГАТЕ, програми Європейського Союзу, НАТО тощо) рівнях.

Однак слід визнати, що незважаючи на істотне удосконалення методів і засобів професійної підготовки операторів, впровадження різних типів тренажерів і посилення контролю спеціальних знань та стану здоров’я експлуатаційного персоналу підвищення надійності операторської діяльності залишається невирішеною проблемою. Аналіз аварій на блочних ТЕС України показав, що однією з головних причин їх виникнення (35%) є невідповідність психофізіологічних можливостей операторів професійним вимогам. У зв’язку з цим особливого значення набуває розробка ефективних психофізіологічних методів прогнозування успішності освоєння та реалізації професійної діяльності операторів.

Роботи з психофізіологічного (ПФ) і медичного забезпечення професійної працездатності операторів ведуться в декількох напрямах, на кожному з яких відбір і збереження інформації про людину має свої особливості й вади: професійний добір, професійна підготовка, періодичний та поточний контроль. При цьому, точність прогнозу працездатності оператора залишається або недостатньою з огляду на потреби практики, або взагалі не оцінюється, що не дозволяє забезпечити допуск до роботи тільки операторів з високою ефективністю та надійністю праці.

Таким чином, існує протиріччя – практика вимагає точного й надійного прогнозу працездатності оператора з метою управління ефективністю ергатичної системи, а існуючі підходи до вибору показників і методів прогнозування не забезпечують необхідну точність через відсутність концепції та обґрунтованого підходу до вибору й оцінки найбільш інформативних психофізіологічних показників працездатності оператора. Реалізація такої концепції є одним з можливих шляхів підвищення надійності людської ланки ергатичних систем, інструментом підтримки оптимального рівня нервового напруження людини та запобігання, як наслідок, несприятливим змінам здоров’я.

Зв'язок з науковими програмами, планами й темами. Робота виконана в науково-дослідному відділі психофізіології військової праці НДІ проблем військової медицини ЗСУ (у межах НДР “Рекрут” та „Синдром-3”), а також в рамках досліджень у відділі ергономіки Національного інституту дизайну (НДР №1144 "Разработка автоматизированной системы психофизиологического контроля (первичный профотбор) оперативного персонала ГЕС" та №1146 „Разработка автоматизированной системы психофизиололгического контроля (предсменный контроль) оперативного персонала ГЕС”, №3 „Разработка системы оценки темпов старения персонала Змиевской ГРЭС”, №27 „Психофизиологическое оценивание состояния оператора”, Харківського інституту льотчиків, університету м.Гронінген (Нідерланди) “Зміни психофізіологічного стану під час виконання експериментальних задач”, при підтримці гранту НАСА NN-28 „Комп'ютерна оцінка настрою та виконання діяльності”.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності функціонування ергатичних систем на основі застосування систем прогнозування професійної працездатності оператора, які забезпечують високу точність та надійність прогнозу.

Мета досягалася вирішенням таких завдань:

1. Провести аналіз існуючих систем прогнозу працездатності операторів, визначити можливості й обмеження підходів, що при цьому застосовуються.

2. Розробити методичний апарат аналізу психофізіологічної відповідності оператора ергатичної системи вимогам праці на етапах професійного відбору, періодичного та оперативного контролю.

3. Розробити методологічну основу надійної психофізіологічної оцінки та прогнозування працездатності операторів у лабораторних і виробничих умовах.

4. Визначити найбільш інформативні психофізіологічні показники когнітивної діяльності на всіх етапах професійної діяльності оператора.

5. Розробити методику побудови оптимальних моделей працездатності оператора і провести аналіз їх стійкості та надійності.

6. Розробити принципи синтезу систем високоточного прогнозу працездатності операторів на різних стадіях їх професійної біографії.

7. Провести аналіз ефективності розроблених систем.

Об’єкт дослідження: працездатність оператора.

Предмет дослідження: методи, моделі та системи оцінки і прогнозування працездатності оператора-спостерігача.

Методи дослідження. Системний аналіз, моделювання операторської праці шляхом виконання когнітивних тестів різної складності; психофізіологічні дослідження працездатності операторів у лабораторних та промислових умовах з реєстрацією показників якості виконання тестових завдань та показників фізіологічної “ціни” діяльності; біоритмологія; експертні оцінки професіональної придатності; для аналізу отриманих даних використовували періодограмний, спектральний, факторний, дискримінантний, кореляційно-регресійні методи математичної статистики, а також методи теорії біфуркацій; статистичне моделювання на основі застосування покрокового регресійного аналізу. Комп’ютерну обробку експериментальних даних виконували з використанням пакетів STATISTICA 5.0 та STATGRAPHICS 7.0.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

1) набула подальшого розвитку теорія функціональних систем (діяльності) шляхом: а) розширення уявлення про психофізіологічний механізм формування професійної діяльності в циклі „акцептор дії – програма дії - реалізована миттєва працездатність – аферентний синтез” за рахунок розмежування енергоінформаційного забезпечення функціонування організму людини на окремі енергетичний та інформаційний контури, а також замикання інформаційного контуру назовні організму завдяки об’єкту діяльності, чим забезпечується безперервність циркуляції інформації в контурі та існування концептуальної моделі діяльності оператора, б) використання часової структури діяльності оператора як критерію сталості функціональної системи діяльності та адаптованості оператора до конкретної діяльності;

2) набула подальшого розвитку методологія побудови систем оцінки і прогнозування функціонального стану і працездатності людини-оператора шляхом використання динаміки психофізіологічних показників;

3) вперше розроблені принципи проектування систем оцінки та прогнозування розумової працездатності для етапів профвідбору, періодичного та щоденного контролю;

4) вперше розроблені критерії та методи побудови й використання адаптивних психодинамічних моделей працездатності людини-оператора;

5) набули подальшого розвитку уявлення про критерії вибору і показана висока інформативність показників часової структури швидкості перероблення інформації людиною по відношенню до ряду параметрів фізіологічного забезпечення розумової праці та параметрів зовнішнього середовища;

6) вперше досліджені надійність та стійкість математичних моделей зв’язку показників надійності перероблення інформації з фізіологічними параметрами і параметрами діяльності;

7) вперше розроблено методологію синтезу систем психофізіологічного прогнозування працездатності оператора, які забезпечують високий рівень надійності та точності прогнозу на рівні, в середньому, 95% на всіх етапах контролю функціонального стану і працездатності оператора на основі урахування психофізіологічних особливостей динаміки переробки інформації людиною.

Практичне значення одержаних результатів:

1) розроблені критерії та алгоритм визначення інформативних психодинамічних показників фізіологічного стану людини-оператора (ЛО);

2) обґрунтовані види й параметри тестових психологічних завдань, характеристики їх виконання, що включаються до психофізіологічних моделей діяльності ЛО;

3) визначені параметри оптимальних моделей прогнозу працездатності;

4) розроблено методичне забезпечення створення комп’ютерних систем оцінки та прогнозування професійної працездатності оператора;

5) розроблено інформаційну технологію оцінки і прогнозування працездатності оператора;

6) розроблені практично діючі системи контролю працездатності ЛО, визначені умови та межі їх надійності в реальних виробничих випробуваннях;

7) експериментально доведена точність прогнозування на основі систем - 90% для щоденного контролю і 95% для професійного відбору.

Основні положення дисертації впроваджені: на 6 підприємствах Міненерго Росії (Саяно-Шушенсьа ГЕС, Майська ГЕС, Красноярська ГЕС, ПЕО "Красноярськенерго", Курейська ГЕС, Каскад Таймирських ГЕС) та 1 підприємстві України (Зміївська ТЕС); у Харківському інституту льотчиків; в навчальному процесі студентів-старшокурсників та аспірантів і в наукових дослідженнях в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, 3 стандартах ДСТУ; методичних рекомендаціях МОЗ України; серії лекцій НАТО HFM Panel Lecture Series 234 on Operator Functional State Assessment; лекцій Courses for students and post-graduate students with general title “Human Factors/ Ergonomics, Occupational Safety and Information Environment in Modern Society” у Варшавському технологічному університеті (Польща).

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, що виносяться на захист, отримані особисто автором. В експериментальних дослідженнях автором виконані: розробка структури експериментів; розробка програмного забезпечення пред’явлення тестів (окремі модулі написані Ю.В. Четвернею), експрес-обробки даних, СУБД, аналізу отриманих експериментальних даних; реєстрація фізіологічних показників діяльності - в лабораторних дослідженнях спільно з О.В. Найденко, Г.В. Коробейниковим, О.А. Поляковим, Г.В. Мігаль, Т.Є. Краснопольською, І.А. Лук’янчуком, В.І. Опанасенко, С.В. Нестеровською, С.Б. Поліщук, у промислових дослідженнях спільно з О.В. Герасимовим, Г.В. Коробейниковим і О.А. Поляковим.

У статтях, які написані в співавторстві, доробок автора складають: [1] – розділ „Людський чинник”, [6-7] – організаційні та технічні аспекти побудови комп’ютерних систем, а також аналіз даних; [8] – принципи побудови систем та їх програмна реалізація; [10-14, 24] – методологічні та методичні аспекти побудови і використання систем прогнозування працездатності оператора; [26] – методологія використання динамічних складових психофізіологічного забезпечення когнітивної діяльності; [28] – методичні аспекти побудови комп’ютерних систем профвідбору; [32] – визначення структури експерименту, аналіз отриманих даних; [33] – структура та алгоритм функціонування системи; [35] – аналіз та моделі динаміки працездатності оператора, методичний підхід.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на таких наукових конференціях та з’їздах:

міжнародних – Ergonomics in Russia, the other independent States, and around the World: Past, Present and Future (1993, С.-Петербург, Росія), III міжнародний симпозиум "Системно-антисистемна регуляція в живій та неживій природі (1993, Київ), 3-річних конгресах Міжнародної ергономічної асоціації в 1994 (Торонто, Канада), 1997 (Тампере, Фінляндія), 2000 (Сан-Дієго, США), 2003 (Сеул, Корея), 2006 (Маастріхт, Нідерланди); “Эргономика на автомобильном транспорте” (1997, Харків), 1-й міжнародній конференції „Psychophysiology in Ergonomics” (1996, Вупперталь, Німеччина), Advances in Occupational Ergonomics and Safety I (1996, Цюріх, Швейцарія), International Conference on Occupational Health (1996, Стокгольм, Швеція), 26th International Congress of Psychology (1996, Монреаль, Канада), Environmental, Occupational Health and Safety in Agriculture on the Boundary of Two Millennia (1998, Київ), The Sixth International Symposium on Human Factors in Organizational Design and Management ODAM-VI (1998, Гаага, Нідерланди), International Conference on TQM and Human Factors (1999, Стокгольм, Швеція), International Conference Human-Computer Interaction: Ergonomics and User Interface (1999, Мюнхен, Німеччина), VIIth European Congress of Psychology (2001, Лондон, Великобританія), 8th European Congress of Psychology (2003, Вена, Австрія), Seventh International Symposium on Human Factors in Organizational Design and Management (2003, Аахен, Німеччина), 50 Kongress der Gesellschaft fьr Arbeitswissenschaft (2004, Цюріх, Швейцарія), 2nd International Ergonomics Conference "Men-Science-Environment" (2004, Карпач, Польща), International conference on computer-aided ergonomics and safety (2005, Кошице, Словакія), International Conference “Ergonomics for Disabled in Changing Environment and Rehabilitation” (2005, Лодзь, Польща); Міжнародных конференціях “Психология и эргономика: единство теории и практики” (2003, 2005, Тверь, Росія);

конференціях СРСР і України - Методология измерений (1991, Ленінград); Интеграция АСУТП и тренажерных устройств (1991, 1993, Українка), Индивидуальные психофизиологические особенности человека и профессиональная деятельность (1991, Черкаси), Актуальные вопросы гигиены и экологии транспорта (1992, Іллічивськ), IX Украинская конференция по бионике (1992, Івано-Франківськ), МЕТАГИГИЕНА-93 (1993, Київ), Компьютерная техника и программное обеспечение в медицине (1993, Дніпропетровськ), Актуальные проблемы медицины транспорта (1993, Одеса), Медицинские информационные системы (1993, Таганрог), Проблемы автоматизированного моделирования в электронике (1994, Київ), Проблемы обучения и тренажа персонала в энергетике (1996, Київ), ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція з охорони праці (1997, Київ), Научно-практические семинары „Транспорт+логистика’98” (1998, Київ), Безпека життя та діяльності людини – освіта, наука, практика (2003, 2004, 2005, Київ).

Публікації за темою дисертації. Основні результати дослідження опубліковані в 39 наукових роботах, з них 14 статей у виданнях, що входять до переліку ВАК України, 1 монографія, 11 статей у міжнародних наукових журналах і збірниках та енциклопедії, 3 статті у відомчих журналах, 13 статей у матеріалах Міжнародних наукових конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел та 2 додатків. Основна частина роботи викладена на 247 сторінках, включає 48 рисунків, 19 таблиць. Список використаних джерел містить 428 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дається загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми, визначені об’єкт і предмет дослідження, сформульовані мета і завдання дослідження, визначені новизна й практична значущість одержаних результатів, особистий внесок автора, а також наведені дані щодо апробації результатів.

У першому розділі поставлене й вирішене завдання проведення аналізу існуючих систем прогнозу працездатності операторів, визначені можливості та обмеження підходів, що застосовуються, встановлені й обґрунтовані актуальні ергономічні аспекти працездатності операторів технологічних процесів, значення прогнозування для ефективного управління працездатністю оператора. Проаналізовано фактори успішності взаємодії людини з технікою та формування здатностей до операторської праці (ОП), розглянуто конфлікт як фактор діяльності оператора, який має щонайменше три аспекти – зовнішній, інформаційний та фізіологічний, співвідношення між якими суттєво впливають на структуру помилкових дій людини. На підставі аналізу опублікованих даних встановлено, що в структурі причин помилок людини-оператора найбільше значення має психофізіологічна невідповідність особи вимогам професії, яка заважає оператору реалізувати найкращим чином свої професійні знання та уміння.

Показано, що основною категорією операторської праці є діяльність, теорія якої базується на роботах Л.С.Виготського і А.Н.Леонтьєва. Проте відзначена обмеженість діяльнісного підходу через неврахування механізмів забезпечення діяльності, оскільки діяльність зводиться до вольової поведінки людини і використовуються тільки мотиваційно-діяльнісні результати, а помилки людини розглядаються з позицій мотиву, кваліфікації, освіти, тренованості, відхилення від соціальних норм тощо. У той же час аналіз та дослідження операторської праці доцільно проводити в ергономічному аспекті як найбільш повному, системному, з урахуванням типових ознак систем керування, в яких діє конкретний оператор. Суттєве значення для формування професійного рівня оператора мають спеціальні здібності людини, механізми формування яких розвинуті в роботах Б.Ф. Ломова, Н.П. Бехтерєвої, В.Н. Мясищева, Ю.П. Пономаренко та ін.

Відмічено, що найбільш продуктивним підходом до аналізу механізмів діяльності є теорія функціональних систем П.К. Анохіна, розвинута в подальшому К.В. Судаковим, Н.П. Бехтєрєвою і О.О.Навакатікяном, який запропонував концепцію функціональної системи діяльності (ФСД), що дозволяє зв’язати в одній моделі стан фізіологічних систем, безпосередньо виконуючих трудову діяльність, умови виробничого середовища і мету діяльності. Функціональні структури або системи діяльності мають динамічний характер, основою і причиною якого є утворення і активність компонент у функціональних структурах, які мають різнонаправлену дію, тобто формують протиріччя (конфлікт). З урахуванням сучасного розвитку функціонально-структурних уявлень визначені такі протиріччя: між образом ситуації та прийнятим рішенням, між образом дії та програмою дій, між програмою дій та її реалізацією, а найбільш критичними протиріччями стають конфлікти між результатом діяльності та фізіологічною „вартістю” його отримання, між використаними психофізіологічними ресурсами та їх оптимальними потребами для здійснення діяльності, що в результаті впливає на „резерв здоров’я” людини та її працездатність. Вирішення протиріччя відбувається згідно з принципом необхідного руйнування старого детермінізму, запропонованого Ю.Г.Антомоновим.

З проаналізованих даних зроблено висновок, що діяльність людини супроводжується формуванням функціональних систем, що являють собою активовані домінантні структури мозку, які відповідають активності тих чи інших систем організму і є достатньо сталими для конкретного відомого людині виду діяльності. У цьому контексті проаналізовано категорії "працездатність" оператора (ПО) і „функціональний стан” (ФС), класифікації останнього. Визначається, що найбільш наближеним до практичного застосування є запропоновані G.R.J.Hockey три рівня ФС – фоновий, базовий та операційний. Останній підхід відбиває виникнення того чи іншого ФС під час виконання конкретної специфічної діяльності, але не враховує в явному вигляді індивідуальні особливості формування ФС оператора як результату взаємодії здібностей та професіональної адаптації людини.

Проведено аналіз методів оцінки функціонального стану й працездатності оператора. Відмічено, що визнані та застосовувані методи, що базуються на суб’єктивних тестах і реєстрації фізіологічних параметрів діяльності, можуть бути достатньо точними для опису поточного стану, але мають низьку інформативність з точки зору прогнозу поточної працездатності людини, а E.Hollnagel вважає за недоцільне прогнозування надійності в принципі через низьку ймовірність успішності прогнозів.

Прогнозування загальної працездатності (принципової здатності індивідуума до освоєння професії та ефективної праці) за різними методиками дає широкий спектр можливостей використання, але як теоретично максимальний рівень вважається точність прогнозу 70-80%. Інакше кажучи, за мінімальний рівень помилки прогнозу пропонується прийняти 20-30%. Проведено аналіз математичних моделей і методів обробки даних у процесі оцінки та прогнозування працездатності оператора. Визначено, що традиційно використовуваним апаратом побудови моделей прогнозу є регресійні моделі, що включають психофізіологічні показники в якості незалежних змінних.

У системах управління надійністю ергатичних систем за рахунок підвищення надійності людської ланки можна виділити чотири головних функції, що характеризують "управління": оцінка змін, що відбуваються в середовищі і в системі, яка управляється; прийняття рішення; формування і передача сигналів ефекторам, які управляють; прийом даних про успішність виконаних дій, співставлення результатів з попередньою метою і завданнями. Реалізація функцій управління залежить від характеристик елементів систем управління. Об'єктом управління є надійність оператора, що визначається перш за все його функціональним станом. У такому контексті під синтезом системи розуміється направлений розрахунок, який має за кінцеву мету знаходження: 1) раціональної структури системи, 2) встановлення оптимальних величин параметрів окремих ланок. Синтез систем прогнозування стану людини-оператора полягає у: визначенні характеристик системи з урахуванням специфіки контролю; формалізації опису характеристик людини на основі виявлення інформативних показників функціонального стану; вибору раціональної структури системи; дослідження моделей прогнозування ПО.

За результатами аналізу можливостей та обмежень існуючих підходів до прогнозування працездатності оператора сформульовано постановку завдання дослідження:

Існує множина психофізіологічних параметрів людини-оператора P, які зв’язані з формуванням та реалізацією його працездатності. Параметрами професійної діяльності оператора D є множина його професійно важливих якостей, параметри професійного старіння і поточної працездатності. Задача синтезу системи психофізіологічного прогнозування працездатності оператора є задачею оптимального відображення P на D, що забезпечує максимальну якість функціонування СЛТС Q за умови вартості системи C, яка не перевищує припустимий рівень Cпр: [ pP] m [D* D], де m – операція оптимального відображення елементів P на елементи множини D; D* - оптимальний набір параметрів професійної діяльності;

D0 = arg max Q(D) при C ? Cпр.

D0D

Практичне вирішення сформульованої задачі зводиться до поетапного вирішення взаємозв’язаних задач вибору оптимальних параметрів оператора на етапах професійного відбору, періодичного контролю та поточного (оперативного) контролю працездатності оператора з побудовою оптимальних моделей оцінки й прогнозу ПО за критеріями сталості, надійності та точності моделей.

У другому розділі вирішено завдання розробки методичного апарату аналізу психофізіологічної відповідності оператора ергатичної системи вимогам праці на етапах професійного відбору, періодичного й оперативного контролю. Наводиться опис методики, яка застосована в дослідженні й визначається завданнями, поставленими для досягнення мети дисертаційної роботи, і включає: теоретичні дослідження систем формування працездатності оператора як систем управління; психофізіологічні лабораторні дослідження; виробничі дослідження; математичні методи обробки експериментальних даних та статистичного моделювання.

Теоретичним базисом роботи є теорія функціональних систем П.К. Анохіна і функціональних систем діяльності О.О. Навакатікяна, на основі яких будується система психофізіологічного управління формуванням та забезпеченням працездатності оператора з використанням методичного апарату теорії управління (зокрема, в біологічних системах) та її частини – теорії ергатичних систем. Уявлення про біологічну систему у вигляді двох взаємодіючих компонент – енергетичної та керуючої – є основою системного підходу до аналізу структури біосистеми. Зважаючи на швидкість процесів та енергомісткість цих систем керування, генетичну систему ототожнюють з структурою біосистеми, а фізіологічні та поведінкові реакції – з функцією. Формування та функціонування синтезованої системи прогнозу ПО досліджується методами системного аналізу та опису гіперкомплексних динамічних систем (ГДС), зокрема за допомогою графоаналітичних методів та гіперкомплексних матриць.

Формування працездатності в методологічному психофізіологічному та ергономічному аспектах, а також синтезу системи контролю ПО досліджується також з використанням понятійного і методичного апарату загальної теорії систем на основі представлення діяльності оператора як констеляції ритмічних процесів (внутрішніх і зовнішніх), що виконується як сталий процес у стійкому граничному циклі. Існування та руйнування стійких процесів розумової діяльності аналізуються з використанням теорії стійкої нерівноваги Е. Бауера та гомеокінезу, а також теорії катастроф та теорії біфуркацій, що дозволяє пояснити динаміку перетворень ФСД.

Наведені об’єкт, обсяг і структура експериментальних досліджень. Виходячи з поставлених завдань дослідження, розроблена серія експериментів з метою перевірки результатів на різних групах добровольців та професійних спеціалістах операторських професій. Оскільки працездатність операторів досліджувалась на трьох рівнях її формування – загальний (базовий), етапний (періодичний) та поточний (щоденний), - методи дослідження відповідно підрозділялись на три групи: А) методи досліджень з метою професійного відбору; Б) методи досліджень з метою періодичного контролю працездатності на основі моніторингу професійного старіння; В) методи досліджень функціонального стану та поточної працездатності. Кожна група методів включала лабораторні (добровольці) й виробничі дослідження (професійні оператори), які, в свою чергу, при необхідності включали різні групи піддослідних з метою зменшення або з’ясування впливу умов (географічних, соціально-економічних тощо) життєдіяльності людей на психофізіологічні механізми формування здатності до операторської праці.

Дослідження групи А. Результати були отримані за матеріалами обстеження 736 професійних операторів та спеціалістів розумової праці: 285 операторів ГЕС та 17 диспетчерів енергомережі Західного Сибіру, 180 операторів ТЕС України, 156 студентів та слухачів Державної податкової адміністрації, 98 експертів Укрпатенту. 200 операторів ГЕС проходили обстеження за допомогою бланкових тестів, розроблених на підставі розробок О.В.Герасимова, 85 – з використанням розробленої комп’ютерної системи профвідбору. Обстеження проводили у спеціальних приміщеннях адміністративних корпусів енергопідприємств. Інші дослідження виконували із використанням розробленої системи, встановленої на комп’ютерних ресурсах підприємств.

Дослідження базувалися на методиках, розроблених В.О. Бодровим і О.В. Герасимовим, які використовують поняття групи професійної придатності як зовнішній критерій визначення відповідності людини вимогам операторської професії на енергопідприємствах і які включали такі психологічні й психофізіологічні тести: визначення структури особистості за стандартизованим методом дослідження особистості (СМДО), визначення структури інтелекту за R. Amthauer - оцінка здібностей у сферах гуманітарних і точних наук (ТСІ), дослідження якостей уваги і розумової працездатності (ІКВУР), тест перекодування інформації (модифікація 6-го субтесту тесту дослідження інтелекту за Векслером); кольороасоціативний тест Люшера (парних виборів). У подальшому були розроблені й використані в обстеженні операторів тести оцінки сили та функціональної рухливості нервових процесів - модифікована методика Хільченко-Макаренка і тест визначення типології Майєрс-Бріггс.

Дослідження групи Б. У лабораторних дослідженнях брали участь 56 добровольців, в тому числі 28 – представники розумової праці і 28 спортсменів. У виробничих дослідженнях брали участь 125 операторів Зміївської ТЕС. Обстеження проводили за допомогою системи психофізіологічних досліджень в умовах лабораторії та на виробництві у спеціально виділеному приміщенні ТЕС та з використанням даних медико-санітарної частини ТЕС, отриманих в ході щорічного медичного обстеження персоналу. Дослідження проводили з участю О.А.Полякова та Г.В.Коробейникова.

У ході дослідження випробувачам пропонувалося при роботі за відеомонітором комп’ютера в режимі моделювання операторської діяльності виконати тести - на суб'єктивне відчуття часу Т3 на початку і в кінці модельованої діяльності, на ранжирування цифр у зростаючому Т6 та убуваючому порядку Т9, на пропущену цифру Т1, тест САН (самооцінка-активність-настрій) Т4. Одночасно реєстрували фізіологічні параметри: тривалість RR-інтервалів ЕКГ (вводилася безперервно в комп’ютер), артеріальний тиск АДс систоли, АДд діастоли і пульсове АДп, життєва місткість легенів ЖЕЛ, затримка дихання на вдиху ЗДвд і видиху ЗДвид, статичне балансування СБ, частота пульсу в початковому стані ЧПі і після операторської діяльності ЧПод, аудіомоторна реакція в початковому стані АМРі і після операторської діяльності АМРод, м'язова сила лівої МВл і правої кисті МВп, м'язова витривалість, суб'єктивна оцінка здоров'я СОЗ. За отриманими даними розраховували елементарні статистики (середнє, стандартне відхилення, коефіцієнти асиметрії і ексцесу, помилка середньої, розмах варіювання; надійність, продуктивність і час вирішення тестових задач ЧРТЗ), а також значення біологічного віку В.В. Войтенко. Працездатність операторської діяльності розраховували за формулою:

W = N / Tсер * 100 (1)

де: W - працезданість (мс-1), Тсер - середній час виконання тесту (мс), N – частка правильно виконаних завдань (%).

Дослідження групи В. Лабораторні обстеження включали роботу операторського типу за комп’ютером п’яти груп добровольців:

1) 4 програмісти, які виконували перцептивний тест з різним рівнем темпового навантаження і з одночасною дією шуму 68 дБА протягом 50 хвилин. Дослідження включали чотири однотипних експерименти (1 – тренувальний, 3 – залікових) на виконання тестів Т1, Т6, Т8, Т4 з паралельною реєстрацією RR-інтервалів і проводили за участю О.В. Найденко;

2) 14 осіб переважно розумової праці (непрофесійні користувачі комп’ютера), які виконували перцептивний (з трьома різними розмірами шрифту) та когнітивний тести протягом 40 хвилин - виконання тестів Т2, Т4, Т3, Т1, Т6, Т9. Паралельно реєстрували тривалість RR-інтервалів ЕКГ (вводилася безперервно в комп’ютер), артеріальний тиск АДс систоли, АДд діастоли і пульсовий АДп. Дослідження включали два однотипних експерименти (1 – тренувальний, 1 – заліковий) і проводили за участю Г.В. Коробейникова і О.А. Полякова;

3) 14 студентів-психологів, які одноразово виконували перцептивний та когнітивний тести з різним рівнем темпового навантаження загальною тривалістю 50 хвилин. Дослідження проводились з участю Ben Mulder в Гронінгенському університеті (Нідерланди), обстеження включали виконання тестів Т2, Т4, Т3, Т1, Т5, паралельно реєстрували тривалість RR-інтервалів ЕКГ (безперервний ввод в комп’ютер), артеріальний тиск АДс систоли та АДд діастоли (вводилася безперервно в комп’ютер з часовим кроком 1 хвилина);

4) 15 студентів-магістрів і аспірантів, які виконували перцептивний та когнітивний тести з різним рівнем темпового навантаження тривалістю 180 хвилин. Дослідження включали шість експериментів (1 – тренувальний, 1 – із змінними рівнями темпового навантаження, 3 – з постійним середнім темпом експозиції тестових задач, 1 – вільний темп експозиції тестових задач); проводили за участю Г.В. Мігаль. Обстеження включали виконання тестів Т2, Т4, Т3, Т1, Т5, Т6. Паралельно реєстрували тривалість RR-інтервалів ЕКГ (безперервно), артеріальний тиск АДс систоли, АДд діастоли і пульсовий АДп (з часовим кроком 20 хвилин);

5) 28 військових науковців, які виконували перцептивний та когнітивний тести з різним рівнем темпового навантаження загальною тривалістю 180 хвилин. Дослідження включали шість експериментів (1 – тренувальний, 1 – із змінними рівнями темпового навантаження, 3 – з вільним темпом експозиції тестових задач, 1 – постійним середнім темпом експозиції тестових задач). Обстеження проводили за участю Т.Є. Краснопольської, В.І. Опанасенко, С.В. Нестеровської, С.Б. Поліщук, І.Р. Левіта за схемою попереднього дослідження.

Виробничі дослідження включали:

Дослідження групи А. Проводили за участю О.В. Герасимова. Включали проведення обстеження за трьома групами методик: 1) операторів Зміївської ТЕС; 2) операторів Красноярської, Саяно-Шушенської, Усть-Ілімської, Братської, Курейської та Таймирських ГЕС; диспетчерів ОДУ Красноярськенерго; 3) студентів і слухачів курсів перепідготовки Державної податкової академії України; фахівців експертних відділень Укрпатенту. В першій групі використані тести СМІЛ, ТСІ, ІКВУР, ТПІ. У другій групі використані тести СМІЛ, ТСІ, ТПІ, ТФРНП. У третій групі використані тести СМІЛ, ТСІ, МБТІ, Люшер (метод парних порівнянь).

За матеріалами обстеження операторів енергоблоків ТЕС України і ГЕС Сибірського регіону, а також літературними даними, виділені чотири групи професійної придатності на основі ранжирування показників за методом перцентілей з виділенням рангів "r": дуже низький ( r<3 ), низький ( 3<r<10 ), середньо-низький ( 10<r<25 ), середній ( 25<r< 75), середньо-високий (75<r<90), високий ( 90<r<97) і дуже високий ( r>97 ).

Дослідження групи Б. Проводили за участю О.А. Полякова і Г.В. Коробейникова. Використані ті самі психофізіологічні методики, що і в лабораторних дослідженнях.

Дослідження групи В. Використовували комп’ютерні системи СПОРО для моніторингу працездатності 98 професійних операторів (Зміївська ТЕС, Красноярська, Саяно-Шушенська, Курейська ГЕС; ОДУ Красноярськенерго) та СПФІ для обстеження програмістів. У системі СПОРО застосовуваний варіант тесту Т6. Обстеження програмістів включали виконання тестів Т2, Т4, Т3, Т5, Т6 з паралельною реєстрацією тривалості RR-інтервалів ЕКГ (безперервно) та артеріального тиску систоли АДс і діастоли АДд перед початком і після виконання тестів (вимірювач артеріального тиску OMRON R5-I) кожного робочого дня протягом 2 місяців.

У всіх зазначених обстеженнях паралельно з тестовою діяльністю реєстрували показники фізіологічного забезпечення з використанням апаратури виробництва компанії „Сольвейг” (Київ), а в лабораторних експериментах В (третя група) – апаратури, розробленої в університеті м.Гронінген. Математичну обробку експериментальних даних і статистичне моделювання (факторні, регресійні рівняння) проводили із застосуванням пакетів програм STATISTICA 5.0 та STATGRAPHICS 7.0.

У третьому розділі поставлене і розв’язане завдання розробки методологічної основи надійної психофізіологічної оцінки і прогнозування працездатності операторів у лабораторних і виробничих умовах.

Конструктивним поясненням формування працездатності оператора може бути системна організація фізіологічних функцій організму в поєднанні з психологічними механізмами поведінки людини, яка формується на базі психофізіологічних особливостей індивідууму і змінюється впродовж професійного життя (професійної біографії) людини-оператора, зазнаючи впливу соціальних, зовнішніх і внутрішніх природних коливань. Це може приводити до того, що навіть людина, яка відповідає вимогам професії, має відповідні знання та мотивацію, припускається помилок, які не пов’язані з її халатністю, низькою мотивацією тощо.

Якщо позначити рівень ПВПЯ оператора на кожному етапі оцінювання придатності до праці - визначення відповідності професії, періодичний контроль та поточний контроль - інтегральною величиною, то протягом його професійного життя динаміка працездатності може змінюватися як в межах припустимих обмежень, так і створюючи критичні (потенційно аварійні) ситуації (рис.1).

Якщо виходити із загальної оцінки професійної придатності людини до операторської професії, таких же оцінок на етапах профілактичного контролю (наприклад, щорічного медичного контролю або під час професійної атестації), вони можуть повністю відповідати вимогам професії, але під дією швидкоплинних природних і соціальних коливань, внаслідок зміни функціонального стану результуючий стан та працездатність можуть виходити за припустимі межі, створюючи критичну ситуацію, яка провокує помилкові дії людини.

Функціональний стан оператора можна визначити як багатовимірний образ психофізіологічного стану людини, що опосередковує діяльність відносно фізіологічних і психологічних витрат. ФС оператора в широкому сенсі має багаторівневу природу. У відношенні до психофізіологічного статусу оператора потрібно оцінювати, як мінімум, три рівні його утворення:

Загальний – генетично визначений, який зумовлює принципову придатність людини до операторської професії.

Віковий – визначає зміни динаміки професійно важливих психофізіологічних якостей, які є результатом професійного старіння індивідуума, сезонними коливаннями, хворобами.

Поточний (оперативний) – визначає щоденні зміни, які забезпечують готовність до конкретної діяльності, щоденні й більш швидкоплинні флуктуації стану оператора.

Відповідно психофізіологічний профіль індивідуума описується концептуальною моделлю

PPS = f (Const, Trend, Fl, Casual), (3)

де Const - множина психологічних і фізіологічних параметрів, які є відносно сталими і визначаються природними особливостями фізіологічної регуляції (метаболізм, сила й рухливість нервових процесів) та психологічними рисами дорослої людини;

Trend – множина, що описує психофізіологічні параметри, які можуть повільно змінюватися протягом життя людини в результаті освіти, тренування, старіння, хвороб, відпустки тощо;

Fl – множина, яка описує коливання психофізіологічних показників на коротких інтервалах часу (щоденні, впродовж робочого дня), які є передбачуваними (прогнозованими), хоча можуть бути істотними під впливом як екзогенних, так і ендогенних чинників. Ця компонента визначає рівень ризику небажаних змін ФС і ПО під час виконання конкретної роботи, а також зміни перед початком робочого дня (зміни) або перед виконанням екстремальних задач (наприклад, для операторів енергопідприємств пуско-зупинні режими);

Casual – стохастичні параметри, які швидко замінюються на коротких інтервалах (хвилини, секунди) часу і вимагають безперервного контролю в реальному часі, щоб оцінити й передбачити зміни працездатності оператора. Прогноз може бути зроблений на короткий інтервал часу і використовуватися в системах адаптивної автоматизації операторської праці.

Функціональний стан і працездатність – це дві сторони прояву психофізіологічного забезпечення роботи оператора. У цілому їх формування та прояв відповідають уявленням про загальні й специфічні механізми психофізіологічного забезпечення професійної діяльності. ФС відповідає структурі задіяних активних функціональних систем фізіологічного забезпечення та психологічних особливостей діяльності людини, які включають механізми:

- генетично визначені й сформовані у процесі розвитку та загальної освіти (загальний рівень), що забезпечують відносно сталі або практично незмінні процеси в організмі чи поведінці людини;

- повільноплинні зміни ПВПЯ (віковий рівень), що визначають динаміку вікової адаптації оператора до професійної діяльності та супроводжуються змінами в поведінці, характері вирішення професійних задач; відбиваються в рівнях психофізіологічних показників;

- швидкоплинні зміни (флуктуації) ПВПЯ (поточний рівень), що асоціюються зі змінами ФС і відбиваються в темпах психофізіологічних показників і показників діяльності.

Відповідно до цих рівнів працездатність оператора визначається як:

- принципова (загальна) ПО,

- ПО (вікова), що відповідає рівню професійного старіння,

- поточна працездатність.

Існують три можливості й цілі використання інформації, пов'язаної з ФС і ПО:*

ретроспективний аналіз причин події (для вивчення причин виникнення помилки оператора),*

поточна оцінка (коли можна використовувати зовнішню контрольну систему),*

прогноз (поведінки людини та/або її праці).

Відповідно методи вимірювання і аналізу можуть дуже відрізнятися, особливо по відношенню до лабораторних і виробничих умов. Принципова відмінність визначення ФС і ПО полягає в тому, що для практичних завдань інформація щодо ФС може використовуватися з метою ретроспективного аналізу причин події та поточної оцінки, а прогноз ФС є нечіткою величиною і, відповідно, може оцінюватися лише з позицій імовірності зміни чи виникнення того чи іншого функціонального стану, тоді як інформація щодо працездатності, яка є проявом реалізації оператором свого психофізіологічного профілю у зовнішньому світі, може бути корисною і практично досяжною для поточної оцінки та прогнозу ефективності функціонування СЛТС.

При застосуванні моделей біосистем використовують два типи величин: рівні - кількість речовини або енергії, наявної в різних частинах біосистеми або оточуючого середовища; темпи - характеристики зміни рівнів, динаміки процесів. Структура ергатичної системи з точки зору людської ланки та її працездатності схематично являє собою людину-оператора, яка описується статичними характеристиками RL (рівнями психофізіологічних параметрів регулюючих систем) і динамічними характеристиками RT (темпами параметрів) функціонального стану, що взаємодіють між собою і спільно формують множину fiF вихідних параметрів працездатності, що дозволяють з тим чи іншим рівнем успішності реалізувати працездатність оператора U шляхом керуючих дій стосовно комплексу технічних засобів СЛТС T і, в свою чергу, змінюються під впливом діяльності (рис.2).

Якість Q процесу керування U оператором СЛТС описується у загальному випадку таким чином:

F = RL RT P T O I , (4)

U = Ш(F) > Q.

Якщо оцінка працездатності наближається до реальної Ы > U, то якість функціонування СЛТС завдяки використанню максимальної працездатності оператора може досягати максимального значення Q > max Q.

Принциповим в цій схемі є те, що загальна працездатність оператора формується одночасно і рівнями складових параметрів, і їх темпами, тобто є вихідним сигналом управління технологічним процесом з боку людини, що має як низькочастотну складову RL , так і високочастотну RT . При

традиційному підході до психофізіологічного оцінювання та прогнозування працездатності, коли використовуються рівневі характеристики психофізіологічних параметрів (середні, коефіцієнти варіації), втрачається найбільш інформативна складова RT,