Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных систем управления

(23) Приоритет 6 09 В 9/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ОПЕРАТОРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к инженер- но-психологическим исследованиям, в частности к системам человек-машина и может быть использовано для инженерно-психологической оценки пультов управления техническими объектами и технологическими процессами.Известно устройство, предназначенное для исследования реакций и содержащее генератор ультразвуковой частоты, соединенный с излучателем, приемник, подключенный к блоку преобразования, состоящему иэ последовательно соединенных усилителя, полосового фильтра, смесителя, преобразователя частота - напряжение и порогового элемента, и пульт руководителя, соединенный с пультом испытуемого, имеющим табло отображения 1 3.Однако это устройство не обеспечивает возможности получения данных, характеризующих напряженность в работе оператора при обращении к органам управления, что затрудняет формирование инженерно-психологической оценки рабочего места оператора.Наиболее близким к изобретению является устройство, служащее для оценки профессиональной пригодности операторов автоматизированных системуправления и содержащее последовательно включенные блок ввода ответных действий оператора (рабочееместо оператора), блок сравнения,элемент И, счетчик и блок индикации, коммутатор, выход которого соединен с вторыми входами блока сравнения и блока индикации, а вход - свыходом формирователя импульсов,подключенным к второму входу элемен.та И, а также последовательно включенные блок датчиков, усилитель,блок регистрации оптимальной эоны 15 напряженности оператора, соединенный с третьим входом блока индикации, и сдвигающий регистр, выходамисоединенный с входами формирователяимпульсов 2).Однако данное устройство учитывая напряженность в работе операто"ра, не позволяет связать ее с обращениями оператора к органам управления, расположенньж на пульте, что 25 затрудняет использование получаемыхданных при инженерно-психологическойоценке рабочего места оператора.Цель изобретения - повышениеточности устройства, что улучшает 30 качество инженерно-психологическойоценки рабочего места оператора засчет повышения точности измерениянапряженности в работе операторапри обращении его к органам управле"ния, расположенным на пульте.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, содержащее1 последовательно включенные пультпреподавателя, пульт оператора иблок регистрации оптимальной зонынапряженности, введены последовательно включенные регистратор скрытогопериода возбуждения и регистраторнапряженных действий оператора, второй вход и выход которого соединеныс выходом и входом пульта преподователя соответственно, а третий входс выходом блока регистрации оптимальной зоны напряженности, вход ивторой выход регистратора скрытогопериода возбуждения подключены квторым выходу и входу пульта оператора соответственно,Причем регистратор скрытого пери"ода возбуждения содержит последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр, смеситель, аналоговый преобразователь и пороговый элемент, выход которого является первым выходом регистратора, а такжегенератор сигналов ультразвуковойчастоты выход которого являетсявторым выходом регистратора и подключен к второму входу смесителя,вход усилителя является входом регистратора,Кроме того, регистратор напряженных действий оператора содержитпоследовательные включенные элементы И, счетчики и триггер, первый ивторой входы которого являются соответственно первым и вторым входамирегистратора, первый выход триггераподключен к первым входам элементов И, а второй выход триггера и выходы счетчиков являются выходом регИстратора, вторые входы элементовИ являются третьим входом регистратора. На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая работу устройства (выделение зоны оптимальной напряженности),Устройство содержит пульт 1 преподавателя, выход которого соединен с пультом 2 оператора, блок 3 регистрации оптимальной зоны напряженности, соединенный с выходом пульта 2, регистратор 4 скрытого периода возбуждения, вход и один выход которого подключены к пульту 2 оператора .а другой выход - к одному входу регистратора 5 напряженных действий оператора, другие входы которого соединены с выходом пульта 1 и с выходами блока 3 регистрации опти ды - с входами табло 7 и 8 пульта 1 соответственно,Устройство работает следующим образом.Оператору посредством транспаранта 14 Готовность.1 предъявляется сигнал о начале испытаний, по которому он прекращает всякое движение. Затем на исследуемом пульте 9 управления техническим объектом формируется рабочая ситуация с помощью . имеющейся на этом пульте индикации. Оператор в соответствии со сложив 50 55 60 шейся ситуацией отвечает (согласно инструкции) с помощью органов управления этого же пульта, При этом осу65 ществляется непрерывный контроль мальной зоны напряженности, а выходы - с пультом 1,Пульт 1 содержит кнопку б Готонность, табло 7 отображения напряженности, больше оптимальной, таб 5 ло 8 отображения напряженности,меньше оптимальной, На пульте размецены исследуемый пульт 9 управления,оператор 10, на котором установленыконтактирующие электроды - датчик10 11, выходы которого соединены с вхо 1 дом блока 3, излучатель 12 и приемник 13, вход одного и выход другогоподключены к блоку 4, и транспарант14 Готовность, соединенный спультом 1. Блок 3 регистрации оптимальной зоны напряженности содержитпоследовательно соединенные усилитель 15, элемент И 16, второй входкоторого соединен с выходом генератора 17, интегратор 18 и триггерышмитта 19 и 20, вторые объединенныевходы которых подключены к генератору 17, а выходы - к блоку 5,Регистратор 4 скрытого периодавозбуждения содержит последовательносоединенные генератор 21 сигналовультразвуковой частоты, подключенный к излучателю 12, смеситель 22,второй вход которого через полосовойфильтр 23 и усилитель 24 соединенс выходом приемника 13, аналоговойпреобразователь 25 и пороговой элемент 26, выход которого соединен сблоком 5.Регистратор 5 напряженных дейст"вий оператора содержит ВЯ-триггер27, нулевой вход которого соединенс выходом порогового элемента 26,единичный - с кнопкой б Готовность, инверсный выход - с вторы 40 ми входами табло 7 и 8 пульта 1, апрямой выход - с вторыми входамипервого и второго элементов И 28 и29, первые входь которых подключенык выходам триггеров 19 и 20 блока45 3 соответственно, а выходы - к управляющим входам счетчиков 30 и 31соответственно, входы установки висходное состояние которых соединеныс кнопкой б Готовность, а выхонапряженности действий операторапутем измерения электрического сопротивления кожи, причем учитываетсянапряженность только до момента начала выполнения ответных действий,т,е, до начала движения оператором.Это позволяет снизить погрешность визмерениях эа счет исключения влияния биологических потенциалов мышц,участвующих в движении, на электрическое сопротивление кожи.При подготовке устройства к работе излучатель 12 и приемник 13устанавливают так, чтобы ультразвуковые акустические колебания излучателя 12 были направлены на пульт9 с оператором 10. При отсутствии(движений в помещении пультом 9 определяют и устанавливают порог срабатывания по входупорогового элемента 26, что позволяет предотвратить ложные срабатывания от конвекционных потоков воздуха, колебанийтемпературы в помещении и т.п.Устанавливаются датчики 11 (контактирующие электроды) на теле (руке) оператора 10, и задаются порогипо входам оаэи ( срабатывания тригге.ров 19 и 20, которые по максимумуи минимуму определяют зону, соот"ветствующую напряженности выполняе"мых ответных действий оператора 10,участвующего в эксперименте, Триггеры 19 и 20 устанавливаются в исходное состояние при включении питания, одновременно запускаются генератор 17 и генератор 21,Пульт 1 размещается в соседнемпомещении.При нажатии кнопки б Готовностьф в момент временина пульте 1 сигнал с ее выхода (фйг.2) засвечивает на время нажатия кнопки бтранспарант 14 Готовность 1 (установленный перед оператором) и, поступая на единичный вход триггера 27,переводит его в состояние, при котором на его прямом выходе появляется логическая единица, С выходатриггера 17 единица 1 поступаетна элементы И 28 и 29 и, открыв их,устанавливает счетчики 30 и 31 в исходное состояние.Оператор, получив сигнал Готовность 1, прекращает всякие движения и готов к работе на пульте 9,После нажатия кнопки б Готовность руководитель сразу же дистанционно подает на пульт 9 технического объекта сформированную рабочую ситуацию, которая отображается смоментана пульте 9 посредствомимеющихся на нем индикаторов. Оператор в зависимости от сложившейсяситуации отвечает. в соответствии сзаранее изученной инструкцией с помощью органов управления этого пуль"та. С моментапоступления сигналаГотовность осуществляется непрерывный контроль напряженности действий оператора 10 посредством датчиков 11. Сигнал, снимаемый с датчикоз5 11 (контактирующих электродов), пропорциональный величине напряженностиответных действий оператора, поступает в блок 3 на вход усилителя 15и усиленный подается на первый вход1 О элемента И 16, на второй вход кото"рого поступают импульсы от генератора 17, задающего время интегрирования сигнала, С выхода элементаИ 16 сигнал поступает на вход инФег 15 ратора 18, Напряжение, снимаемое свыхода интегратора 18, подается навходы триггеров 19 и 20, пороги срабатывания которых предварительнозаданы по максимуму и минимуму входами Ы и р и определяют зону, соот 01ветствующую оптимальной напряженности(Фиг.2) выполняемых ответных действий оператором. При изменении зоныв сторону увеличения срабатывает25 триггер 19, в сторону уменьшениятриггер 20,Если сигнал на входах триггеров19 и 20 больше установленного уровня, то на выходе триггера 19 появ 30 ляется импульс, который через открытый элемент И 28 записывается всчетчик 30. Если сигнал на входахтриггеров 19 и 20 меньше установленного уровня, то на выходе триг"гера 20 появляется импульс, которыйчерез открытый элемент И 29 записывается в счетчик 31. В исходноесостояние триггеры 19 и 20 устанавливаются передними фронтами импульсов генератора 17.40 Непрерывный контроль напряженности действий оператора длится с момента с (прихода сигнала фГотовностьдо(начала движения оператора),13связанного с выполнением ответных45 действий, т.е. контролируется скрытый временной период возбуждения,когда оператор, не совершая движений, обдумывает ситуацию, сложившуюся на пульте 9.50 Скрытый период возбуждения выражается следующим образом.Генератор 21 с помощью излучателя 12 формирует акустические колебания той же частоты, направленные55 на пульт 9 с оператором 10. Отражен.ные колебания поступают в приемник13,.где преобразуются в электрические колебания, которые через усилитель 24, полосовой Фильтр 23 посту 60 пают на второй вход смесителя 22,на первый вход которого подаютсяколебания ультразвуковой частотынепосредственно с генератора 21.С моментапоступления сигнала1 Готовностьф с пульта 1 оператор10 сохраняет неподвижное положение, 982065и на выходе смесителя 22 сигнала нет.Как только оператор начинает движе"ние , принимаемые приемником 13;колебания изменяются по частоте(Допплеровский эффект), и на выходесмесителя 22 появляется разностная 5частотакоторую преобразователь 25преобразует в напряжение, При превышении этим напряжением порога срабатывания элемента 26 на выходепоследнего появляется сигнал, который, поступая на нулевой вход триггера 27, переводит его в исходноесостояние, На входах элементов И 28и 29, соединенных с прямым выходомтриггера 27, появляется логическийноль, который запрещает прохождение импульсов через эти элементыв счетчике 30 и 31, т.е, прекращает"ся учет напряженности выполняемыхдействий оператором, На инверсномвыходе триггера 27 появляется логическая единицами, которая засвечивает табло 7 и 8 на пульте 1 с отображением результатов эксперимента,подсчитанных счетчиками 30 и 31,На табло 7 отображается количествомоментов времени, при которых напряженность ри ответных действиях оператора больше оптимальной, на табло 8 - меньше оптимальной, за однурабочую ситуацию на пульте 9. 30При прекращении оператором ответных действий по данной рабочей ситуации руководитель учитывает показания табло 7 и 8 и, если действия опе"ратора были правильные, переходит к 35новой рабочей ситуации, а если неправильные - повторяет данную рабочую ситуацию. В любом случае руководитель нажимает кнопку Готовность6 на пульте 1,и все повторяется ана(1логично описанному,Использование изобретения позволяет повысить качество инженернопсихологической оценки рабочего места оператора любого типа. Оно способствует более качественной разра-.ботке рекомендаций, направленных напредупреждение или снижение преждевременного утомления оператора, предотвращение возникновение у негопсихофизиологического стресса, атакже появление ошибочных действий,Изобретение позволяет выработать меры по организации индивидуальнойадаптации при обращении оператора кОрганам управления, размещенным напульте.Изобретение повышает эффективностьдеятельности оператора в системахчеловек-машина,Формула изобретения1. Устройство для контроля психофизиологических характеристик операторов автоматизированных системуправления, содержащее последовательно включенные пульт преподавателя, пульт оператора и блок регистрации оптимальной зоны напряженности, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены последовательно включенные регистратор скрытого периода возбуждения и регистратор напряженных действий оператора, второй входи выход которого соединены с выходоми входом пульта преподавателя соответственно, а третий вход - с выходом блока регистрации оптимальнойэоны напряженности, вход и второйвыход регистратора скрытого периодавозбуждения подключены к вторым выходу и входу пульта оператора соответственно,2, Устройство по п. 1,т л ич а ю щ е е с я тем, чтонем регистратор скрытого периода возбуждения содержит последовательно соединенные усилитель, полосовой фильтр,смеситель, аналоговый преобразователь и пороговой элемент, выход которого является первым выходом регистратора, а также генератор сигналов ультразвуковой частоты, выходкоторого является вторым выходомрегистратора и подключен к второмувходу смесителя, вход усилителя является входом регистратора.3, Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в нем регистратор напряженных действий оператора содержит последовательно включенные элементы И, счетчики и триггер, первый и второй входы которогоявляются соответственно первым и вторым входами регистратора, первый выход триггера подключен к первым входам элементов И, а второй выход триггера и выходы счетчиков являются выходом регистратора, вторые входы элементов И являются третьим входом регистратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2768637/28-13,кл, С 09 В 9/00, 1979,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2949646/18-24,кл. С 09 В 9/00, 1980 (прототип).982 О 65 г 7 д Щ 9 й 7 лпл 7 РО ОУ ИмюЯылтгыю пщипаюьнаяЗРМ 2 Составитель А. Карловедактор Е. Лазуренко Техред И,ГайдуКорректор Н, Король,Заказ 9719/72 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 472 НИИПИ Государствен по делам изобрет 5, Москва, Ж, Рого к ний и ушска Подписноемитета СССРоткрытийнаб д, 4/5