Structural system analysis of information flows in ergonomic design of aircraft

Dimitriev Yurii Vladimirovich researcher, graduate student, Research and Testing Institute (of Military Medicine) of the Kirov Military Medical Academy 194044, Rossiya, g. Sankt-Peterburg, ul. Lebedeva, 6 gniiivm-d@yandex.ru Other publications by this author

Lagoiko Oleg Sergeevich head of the department, the military unit 15650 416507, Rossiya, Astrakhanskaya oblast', g. Akhtubinsk, -, v/ch 15650 bazalo@mail.ru Other publications by this author

Прогнозные исследования позволяют сделать вывод, что основой создания новых воздушных судов (ВС) станут научно-технические достижения, обеспечивающие разработку новых высокоэффективных информационных систем, беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов, а также расширение потенциальных возможностей с повышением энерговооруженности ^[1-6]. Эти обстоятельства выдвигают в качестве важнейшего приоритета роль «человеческого фактора», поскольку цена ошибки оператора, включенного в контур управления ВС «экипаж - ВС - среда» оказывается слишком большой ^[7-13].

Проектируемые ВС принципиально отличаются от современных, в том числе, с точки зрения взаимодействия экипажа с техническими средствами, что обусловлено:

1. Появлением многофункциональных широкоугольных индикаторов цветной графической прицельно-пилотажной и тактической информации, совмещенной с изображением внешней обстановки, поступающей в реальном масштабе времени от оптиколокационных (ОЛ), радиолокационных (РЛ), телевизионных (ТВ) и тепловизионных (ТПВ) обзорно-прицельных систем.

2. Появление многофункциональных пультов управления (МФПУ), построенных по иерархическому принципу выбора режимов функционирования комплекса, что существенно усложнило деятельность экипажа, особенно в экстремальных условиях.

3. Широкий спектр изображений, поступающих экипажу от ОЛ, РЛ, ТВ, ТПВ и др. для обнаружения и распознавания воздушных и наземных целей.

Все это позволяет утверждать, что эффективность и надежность ВС существенно определяется психофизиологическими возможностями экипажа по обработке внешних и внутренних информационных потоков для принятия решений в реальном масштабе времени направленных на эффективное и безопасное применение ВС по предназначению.

Методы эргономического проектирования ВС в общем случае включают ^{[1, 7, 12, 14, 16, 18]}:

- аналитические методы;

- методы математического моделирования;

- экспертные методы;

- методы полунатурного моделирования;

- экспериментальные методы.

Аналитические методы включают методы профессиографии и все расчетные методы, в которых применяют математические формулы, получаемые в результате логического анализа и экспериментально-теоретического обобщения зависимостей качества и напряженности деятельности человека-оператора ВС от эргономических факторов.

Методы математического моделирования базируются на воспроизведении формализованных, как правило, статистических закономерностей, описывающих влияние эргономических факторов на процесс операторской деятельности. На предварительных этапах исследования систем могут использоваться математические модели действий человека-оператора.

Экспертные методы используются для обоснования эргономических требований, задаваемых на качественном уровне, когда получение количественных значений задаваемых требований с использованием других методов существенно затруднено или не представляется возможным.

Методы полунатурного моделирования основаны на использовании натурных или математических имитационных моделей технических систем и, непременно, предполагают участие человека-оператора.

Экспериментальные методы являются базовыми. Они основаны на физическом моделировании (эксперименте) динамики деятельности с обязательным участием человека в качестве объекта исследования.

Вышеперечисленные методы применяются как по - отдельности, так и в комплексе. При этом оптимальное сочетание комплексного применения этих методов обеспечивает высокие значения показателей «эффективность - стоимость». Выше указанные методы применяются при решении эргономических задач построения новых, модернизации существующих, а также сопровождения находящихся в эксплуатации систем отображения информации и управления ВС.

Названные эргономические задачи объединяются одним понятием: эргономическое сопровождение систем в течение всех этапов их жизненного цикла.

Научно-технический прогресс в области информационно-телекоммуникационных технологий обусловливает усложнение информационно-управляющих систем воздушных судов, увеличение объема предъявляемой летчику информации, что усложняет и требует повышения качества эргономической экспертизы воздушных судов ^[7-10].

Проведение эргономической экспертизы сопряжено со сбором и обработкой комплекса показателей, характеризующих разные стороны процесса взаимодействия летчика с воздушным судном: качество пилотирования, структура управляющих движений, резервы внимания, показатели психофизиологического состояния и т.д. При этом возникают проблемы с синхронизацией процессов сбора информации, форматов передачи и обработки данных, увеличиваются объемы потоков данных, обрабатываемых при проведении эргономических исследований ^[10-12]. В этой связи актуальной является разработка единой системы описания процессов сбора и обработки информации при проведении эргономических исследований на полунатурных моделирующих комплексах.

Основными этапами проектирования автоматизированных систем являются: информационно-логическое, концептуальное, логическое и физическое проектирование. В результате структурного системного анализа предметной области, первым этапом которого является информационно-логическое проектирование, разрабатывается модель функционирования создаваемой системы ^[13-19]. Модель функционирования дает детальное описание процессов сбора, обработки, передачи и хранения информации, а также обеспечивает разработчикам и пользователям (ответственные исполнители, руководители экспериментов, научные сотрудники) единое понимание предметной области ^{[20 - 23]}.

Для разработки информационно-логической модели процесса сбора и обработки информации при проведении эргономических исследований на полунатурных моделирующих комплексах необходимо: выбрать методологию (нотацию) для представления информационных потоков, построить иерархическую структуру процессов сбора и обработки информации, построить диаграммы потоков данных при проведении эргономических исследований и составить спецификации процессов сбора и обработки данных.

В качестве основной методологии структурного системного анализа выбрана методология IDEF0, отображающая структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями. В IDEF0 система представляется как совокупность взаимодействующих работ или функций, при этом функции системы анализируются независимо от объектов, которыми они оперируют, что позволяет более четко моделировать логику и взаимодействие процессов в системе.

В качестве инструментального средства структурного системного анализа использована система автоматизированного проектирования «BPwin 7.0», обладающая самым широкими возможностями среди систем подобного класса.

Иерархическая структура процессов сбора и обработки информации при проведении эргономических исследований на полунатурных моделирующих комплексах представлена в виде диаграммы дерева узлов (рис. 1).

Рисунок 1. Диаграмма дерева узлов

В результате функциональной декомпозиции процесса проведения эргономических исследований на более тривиальные (простые) процессы и построены диаграммы декомпозиции, пример которых представлен на рис. 2.

Рисунок 2. Фрагмент диаграммы декомпозиции.

На диаграмме декомпозиции представляют результаты декомпозиции (разбиения) процесса проведения эргономических исследований, отображая основные работы, составляющие в проведение исследований, а также исполнители работ и основные потоки используемых при этом данных.

Для наглядного отображения как и какие потоки данных формируются при сборе, обработке и хранении информации составлены диаграммы потоков данных в нотации DFD (рис. 3). Такие диаграммы описывают функции обработки информации, документы, объекты (сотрудников или подразделения, участвующие в обработке информации), таблицы для хранения документов (хранилища или накопители данных).

При последующей декомпозиции диаграмм потоков данных до более простых можно сделать вывод о необходимости создания базы данных, оценить объемы хранимой информации и составить спецификации накопителей данных (в таких спецификациях указываются атрибуты будущих баз данных).

Рисунок 3. Диаграмма потоков данных.

Следующим этапом исследований было составление спецификаций процессов сбора и обработки данных по следующей общей схеме (представлена спецификация процесса «Выполнение полетного задания»):

ВХОД: Управляющие движения, Моделируемая информация, Команды управления

АЛОРИТМ:

1. достичь необходимые параметры режима полета
2. выдерживать параметры полета
3. ЕСЛИ режим выполнен, ТО доложить руководителю эксперимента и перейти к следующему режиму
4. ЕСЛИ все режимы выполнены, ТО доложить руководителю эксперимента и произвести посадку самолета
5. ЕСЛИ при выдерживании параметров полета имеется запас времени, ТО перераспределить внимание для выполнения процесса «Выполнение дополнительных задач, не связанных с пилотированием»
6. ЕСЛИ введен отказ, ТО определить вид отказа, перевести самолет в горизонтальный полет и доложить руководителю эксперимента
7. ЕСЛИ введено сложное положение, ТО перевести самолет в горизонтальный полет и доложить руководителю эксперимента.

ВЫХОД: Полетная информация

Таким образом, разработанная информационно-логическая модель описывает структуру процессов сбора и обработки информации при проведении эргономических исследований на полунатурных моделирующих комплексах, обеспечивает целостность взглядов на процессы передачи, обработки и хранения данных при проектировании полунатурных моделирующих комплексах, автоматизацию процессов подготовки и проведения экспериментов, позволяя сделать комплексирование программного обеспечения оптимальным по времени и трудозатратам.