ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристика человека-оператора как технической системы из "Системы человек-машина Модели обработки информации, управления и принятия решений человеком-оператором " Чтобы проиллюстрировать точку зрения, которая, с одной стороны, согласуется с терминологией технических систем, а с другой — полезна при описании действий человека, рассмотрим навигационную поисковую систему гипотетического беспилотного космического корабля (рис. 1.1). Функционирование этой системы подобно наиболее интересным для нас аспектам деятельности человека. Полезно также определить, где сходство очень мало и где его вообще нет. [c.13] НИЯ положением датчика излучений и реактивным движителем — механические системы, а остальная аппаратура — электронные системы. Блоки вер снего ряда схемы связаны с обработкой аналоговых сигналов в реальном масштабе времени, и в основном должны быть оснащены аналоговыми вычислительными системами. Три блока второго ряда обрабатывают гибридные сигналы, т. е. разделяют непрерывные (сплошные линии) и дискретные (штриховые линии) сигналы и выдают программы и параметры управления системой в соответствии с текущим состоянием окружающего пространства. Нижний блок, состоящий исключительно из цифровых вычислительных устройств, предназначен для периодического изменения программ на разных стадиях выполнения задания (предположительно на основании показаний внутренних часов и обработки ранее собранных спектральных данных). Изменения, обозначенные пунктирными линиями, происходят во временном масштабе медленнее, чем изменения, изображенные штриховыми линиями. [c.14] Система симметрична по отношению к механизмам управления положением датчика и реактивной тяги, поскольку оба устройства имеют приводы и датчики, а их функционирование заранее определено и зависит от стадии выполнения задания, показаний датчиков и режима движения космического корабля. [c.14] Блок 1д (д — датчик, п — привод) представляет автоматический регулятор соответствующей цепи управления положением датчика. Его функцией является сравнение измеренных значений азимута и возвышения а 1) п Ь (О датчика излучений с задаваемыми значениями а () и Ь Ц) и выполнение соответствующих преобразований сигнала разности или ошибки. Это обеспечивает устойчивое управление датчиком излучений, при котором происходит отслеживание эталонных а и Ъ, несмотря на трение и инерционные нагрузки. Динамика регулятора настраивается по входу А. [c.15] Блок 2д — буферная память, содержимое которой периодически обновляется по входу Е. Время от времени по входу С выбирается одна из программ маневрирования из блока 2д, которая затем производит грубую настройку параметров А регулятора сканирования и начинает передавать непрерывную последовательность эталонных значений а и Ь азимута и возвышения. [c.15] Блок 3 содержит спектрометр излучений (настроенный фильтр) и пусковое устройство. Спектрометр обрабатывает данные выхода датчика излучений, реагирует на сигналы, соответствующие необходимости маневрирования тягой, и отыскивает образцы, отвечающие данным, получаемым датчиком на текущей стадии выполнения задания. Если выход фильтра отвечает определенным пороговым значениям, то пусковое устройство выдает сигналы С и Ь, выбираемые из небольшого хранящегося в памяти набора. Регулируемые параметры и пороговые уровни, обозначенные линией О, определяются до начала каждой фазы выполнения задания исполнительными программами блока 4. [c.15] Блок 2п — буферная память, содержащая небольшой набор программ ориентации и последовательностей эталонных ускорений с ), с1 ( ), е t), приводимых в действие входом О. Набор программ периодически заменяется извне по входу Р. [c.15] Блок 1п — это регулирующий элемент цепи управления тягой. Всякий раз, когда программа значений с, е реализуется во времени, возникает переменный входной сигна) в цепи управления тягой, и сигналы управления подачей топлива и направлением тяги определяются разностью между желаемой величиной и направлением тяги и их измеренными значениями. С помощью обратной связи величины с, с1, е отслеживают с, е. Настройка параметров производится по входу В (обычно это происходит как только блок 2п передает новый набор команд управления тягой). [c.15] Аналогия между космической системой и действиями человека. [c.16] Теперь мы как бы превратим систему космического корабля в качественную модель сенсорно-моторной системы человека, назвав датчик излучений глазом, а реактивный движитель и приводы управления датчика излучения — мышцами. Электронные блоки обычно объединяются под названием центральная нервная система, но мы в основном сохраним функциональное распределение, принятое в нашей схеме космического корабля, несмотря на то, что не можем привести анатомических аналогов этих вводимых переменных и функциональных преобразований. Тогда качественная модель человека будет такой, ка1 на рис. 1.2. Сохраним различие между обработкой сигналов в реальном масштабе времени (т. е. произвольным управлением органами чувств, восприятием сигналов, их осознанием, выбором действия и, в конечном итоге, действием), выполняемой верхними блоками, планированием и обучением в нижнем блоке, требующими большего времени. [c.16] Единственными непосредственно измеряемыми зависимыми переменными в модели являются положения мышц руки (или сила), в то время как все свойства стимула представляют собой независимые переменные. Остальные переменные должны быть выведены из экспериментов и из описания того, как люди видят, слышат либо принимают решения. [c.16] Каждый внешний орган (структура, преобразующая энергию стимула в нервные импульсы) управляется мышцами, воздействия на которые, в свою очередь, подаются из центрального процессора, использующего сигналы обратной связи по скорости и положению от органов чувств, имеющихся внутри мышцы. Глазные мышцы управляют глазом, шейные мышцы — ухом и органами вкуса и обоняния, а мышцы плеча, предплечья и кисти — чувствительными областями кожи. [c.17] Управляющий сигнал или входная задающая функция сенсорной цепи управления органами чувств для разных задач определяется по-ра му. Например, при чтении мы двигаем глазами не так, как прУнаблюдении за движущимися огнями или при поиске потерявшихся на земле ключей. Блок 2д представляется как набор полных программ управления или поисковых команд, которые считаны из блока 4. Последовательность управляющих программ тесно связана с тем, что было осознано в предшествующее мгновение. В одном случае эта связь рефлекторна — например, при многократно повторяемых действиях, в других она определенно включает функции планирования и принятия решений, представленные в блоке 4, т. е. высшие в иерархии центральной нервной системы функции. [c.17] Некоторая часть нервно-мышечных цепей управления была подробно исследована и было показано, что динамика этих цепей не может быть объяснена на основе только механики мышц, костей и тканей. Остаточная, предположительно компенсирующая составляющая нервной динамики, так же как адаптивные модификации этой динамики для различных ситуаций, моделируется блоками 1д и 1п. Предполагается, что определение параметров А сенсорного регулятора тесно связано в блоке 2д со стратегией сенсорного поиска для данной задачи. Обратная связь самих мышц также дает регулятору положения возможность настроиться на внешние нагрузки, и это свойство иногда вводится в сервосистемы. [c.17] Вход О блока 3 предназначен для настройки Шм описания образов, которые должны быть отслежены, т. е. соответствующего сенсорного кодирования для данной задачи. Вход О соответствует конкретной форме сенсорного поведения человека или животного (например, следить за дисплеем ЭВМ, высматривать яблоко, прислушиваться к голосу ребенка и т. д.). [c.18] У людей или животных восприятие образов либо дает возможность непосредственно выбрать ответ, либо указывает на необходимость дополнительного анализа на другом уровне. Современные космические корабли не обладают способностью человека справляться с разнообразными и сложными задачами посредством иерархической обработки, хотя работы в этом направлении ведутся. Некоторые программы для ЭВМ, например всеобщий решатель задач Ньюэлла, Шоу и Саймона [34 ], могут действовать подобным образом. [c.18] Эффекторы и цепи управления приводами. В блоке 2п качественная модель имеет вторую буферную память, схожую с памятью в блоке 2д. В этой памяти содержится заранее заданный набор функций управления положением для данной задачи, которые выбирают и вводят в действие, когда соответствующий образ поступает в блок 3. Этот набор действий сравнительно мал, и продолжительность каждого действия невелика. Сложное движение следует составлять из нескольких функций управления с введением сенсорной обратной связи 5 или Т для определения готовности к последующему движению. [c.18] Мы утверждаем, что новые сенсорные входы или Т не влияют на ход выполнения задания системой управления приводами (блок 1п) в результате получается открытая по отношению к внешним стимулам цепь, не считая сигналов от кинестетических (бук-вально, чувство движения ) и проприоцептивных (осознание положения тела, буквально знание самого себя ) сенсоров. Эти датчики имеются в суставах и сухожилиях, а также в самой мышце, обеспечивающей обратную связь. Кинестетическая и проприоцептивная обратная связь является также частью цепи управления движением сенсоров действительно, в некоторых случаях те же самые мышцы используют сенсор для выполнения какого-то действия, являющегося реакцией на состояние окружающей среды. [c.19] Окружающая среда всегда дает механическую нагрузку на привод. В то время как обсуждавшиеся до сих пор преобразования происходили по существу на уровне сигналов, в данном случае имеет место значительное перераспределение энергии. При любом изменении положения действуют реактивные силы инерции и трения, приложенные к мышце. Следовательно, нельзя изучать динамику привода в отрыве от динамических характеристик нагрузки. Конечно, в управлении давно существует тенденция перехода от использования человека как источника энергии к использованию его в качестве источника информации, регулирующего энергетическое взаимодействие между машиной и окружающей средой. Тем не менее, перераспределение энергии между приводом и окружающим пространством неизбежно, и это влияет на динамику системы. [c.19] Система управления приводом хорошо изучена, и известно, что управляющие параметры можно менять в широких пределах, чтобы получить устойчивое управление для данной задачи и данного типа нагрузки. Очевидно, что грубая регулировка может быть проведена в компенсирующей цепи контура управления в виде функции различных афферентно-эфферентных связей. На нашем рисунке адаптивная самонастройка может происходить в блоке 1п. Напротив, требуются афференты J для обратной связи с блоком 4, в котором определяется адаптация к нагрузке и регулировке по входу Р, а затем и по входу В. [c.19] Вернуться к основной статье