Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.3 Автоматизированный электропривод как элемент эргатической системы
В качестве примера рассмотрим человеко-техническую систему управления (ЧТС) процессом прокатки на реверерсивном обжимном прокатном стане - блюминге, осуществляемого посредством совокупности систем автоматизированных электроприводов (САУ ЭП). Рассматриваемая ЧТС является сложным, полиструктурным объектом, имеющим многоуровневую организацию.
Разделение системного объекта на совокупность подсистем производится исходя из условий функциональной независимости и структурного единства выделяемых подсистем. Каждая из подструктур системы управления и совокупная структура человеко-технической системы «Прокатный стан» имеет свои целостные свойства, которые проявляются в функционировании общей системы. Системообразующим фактором, объединяющим подсистемы в единую систему, обеспечивающую решение поставленных производственных задач - получение готового проката, - является присутствие в каждой из подсистем человека-оператора.
По функциональным признакам можно выделить три относительно самостоятельных подсистемы, определяющие в совокупности трехуровневую иерархическую структуру ЧТС управления блюмингом.
I уровень: моноэргатическая система «Оператор - локальная САУ ЭП - управляемый механизм».
II уровень: моноэргатическая система «Оператор - комплекс САУ ЭП - совокупность управляемых механизмов».
III уровень: полиэргатическая система «Субъект труда - комплексная система управления технологическим агрегатом - технологический процесс».
На рисунке используются следующие обозначения:
Ч-О1 - оператор-вальцовщик прокатного стана;
Ч-О2 - оператор манипуляторов прокатного стана;
И - потоки информации;
ОУ - органы управления (сельсинные командоаппараты, джойстики);
САУ - локальные системы автоматического управления электроприводами;
ГП - главный электропривод (валков) блюминга;
НУ - нажимное устройство;
ПР - передние рабочие рольганги;
ЗР - задние рабочие рольганги; К - кантователь;
ПЛ - правая линейка манипуляторов;
ЛЛ - левая линейка манипуляторов;
УР - электроприводом удлинительных рольгангов.
Проведем краткий инженерно-психологический анализ каждой из указанных выше подсистем, особенностей деятельности операторов-технологов на рассматриваемом уровне, а также задачи для инженеров-электроприводчиков (проектировщиков, наладчиков и др.), вытекающие из особенностей деятельностей операторов.
I уровень представлен в виде моноэргатической системы «Оператор - локальная САУ ЭП - управляемый механизм». Средство деятельности оператора - локальная система автоматического управления электроприводом (САУ ЭП). Объект деятельности - управляемый механизм (механизм, приводимый в движение электроприводом). Продукт деятельности - изменение выходных координат рабочих органов механизма (например, скорости валков прокатного стана, направления вращения и т.д.). Цель деятельности - управление выходными координатами силового электропривода, обеспечивающее заданную точность (требуемую скорость вращения электродвигателя при приложенном моменте нагрузки) и своевременность, - для координации работы групп механизмов.
На рассматриваемом уровне САУ ЭП является средством деятельность оператора-технолога; именно она, - своей структурой, характеристиками, техническими возможностями, - предопределяет способы достижения целей оператора прокатного стана. Уже на уровне локальной САУ в специфической форме предстает проблема «скрытого диалога» оператора-технолога и инженеров-электриков (проектировщиков и наладчиков), детерминировавших его деятельность путем соответствующего «программирования» системы управления.
В процессе взаимодействия с САУ, оператор воспринимает «отклик» управляемого объекта на те или иные управляющие действия, формирует некоторый обобщенный психический образ управляемого объекта и особенностей управляющих устройств. В результате оператор «конструирует» в своей психике некоторую стратегию управления и реализует ее посредством управляющих действий.
Несоответствие технических характеристик САУ психофизиологическим особенностям оператора, недостаточные компенсаторные возможности автоматической части системы (по отношению к внешним и внутренним возмущениям) приводят к возрастанию психической нагрузки оператора. Изменение динамических и статических характеристик САУ в процессе деятельности (например, при переходе с основной схемы управления - на резервную, отличающуюся по своим настройкам) вызывает рассогласование воспринимаемого оператором образа управляемого объекта от сложившегося у него динамического стереотипа. Это приводит к субъективной дезадаптации специалиста (возникновению чувства внутреннего дискомфорта), а также ухудшению качества труда. Обостряется необходимость заблаговременно подготавливать ответные реакции на возникающие «неадекватные» (по оценке операторов) изменение координат управляемого механизма при осуществлении оператором управляющих действий.
Среди величин, характеризующих технологический процесс, выделяют два класса переменных, по разному используемых при выработке управляющих воздействий: 1) управляемые переменные, которые могут быть изменены оператором-технологом, и САУ; 2) наблюдаемые переменные, которые воздействуют на систему управления в качестве внешних возмущений и существенно влияют на результаты работы оператора, но воздействовать на них в или невозможно, или слишком сложно. Последние, как правило, имеют стохастический характер.
Одним из необходимых условий оптимизации деятельности операторов-технологов на данном уровне является обеспечение компенсаторных свойств системы «Оператор - локальная САУ - управляемый механизм» путем создания САУ ЭП, инвариантных по отношению к наблюдаемым возмущениям среды. А создание САУ с наперед заданными свойствами - это профессиональная задача инженеров-электриков.
II уровень. Моноэгратическая система «Оператор - комплекс САУ ЭП - совокупность управляемых механизмов» включает в свой состав в качестве подсистем совокупность (по числу управляемых оператором механизмов) систем «Оператор - локальная САУ ЭП - управляемый механизм». Средства труда - комплекс систем автоматического управления электроприводами (САУ ЭП) механизмов технологического агрегата. Объект труда - совокупность управляемых механизмов технологического агрегата.
Таким образом, объект, на который направлены целенаправленные действия оператора-технолога и средства, с помощью которых он получает желаемый результат, не претерпели существенных изменений по сравнению с рассматриваемой выше системой первого уровня иерархии. Однако продукт труда оператора-технолога на данном уровне приобретает качественно новые свойства. И связано это, прежде всего, с изменением цели деятельности оператора.
Цель деятельности оператора на данном системном уровне - скоординированное управление процессом изменения выходных координат силовых электроприводов в соответствии с заданным алгоритмом («программой обжатий») - для получения готового проката и обеспечения заданной производительности и качества.
На рассматриваемом системном «срезе» продуктом деятельности является динамический процесс упорядоченного и скоординированного изменения выходных координат каждого из управляемых механизмов, соответствующий заданному алгоритму.
Требования к человеку-оператору на данном системном уровне - к точности и координированности управляющих действий, а также к функции распределения внимания на большое число управляемых механизмов, требования к точности действий. Точность действий операторов должна соотноситься с позиционирующими возможностями САУ ЭП. Успешность деятельности оператора-технолога зависит не только от качества отдельных САУ (их быстродействия, статической точности и т.д.), но, прежде всего, от согласованности их характеристик, а также соответствия их психологическим возможностям оператора.
III уровень. Полиэгратическая система «Субъект труда - комплексная система управления технологическим агрегатом - технологический процесс». На данном уровне задействован совокупный (коллективный) субъект труда. В рассматриваемом примере управления процессом прокатки на блюминге, это два оператора - оператор-вальцовщик, управляющий комплексом автоматизированных электроприводов (АЭП) клети прокатного стана (главный привод, нажимное устройство, станинные ролики), и оператор манипуляторов, управляющий комплексом АЭП линеек манипулятора, кантователя, удлинительных рольгангов и др.
В процессе совместной деятельности операторы-технологи, включенные на данном уровне анализа в состав совокупного субъекта труда, осуществляют совместную деятельность для реализации общей для них цели - получение готового проката и обеспечение заданной производительности стана и качества прокатанного металла.
Достижение поставленной цели возможно лишь при скоординированной работе двух операторов. Действия каждого оператора опосредствуются комплексом САУ ЭП механизмов блюминга. Поскольку в ходе технологического процесса, являющегося весьма динамичным, агрегаты блюминга оказываются взаимосвязанными через предмет труда (прокатываемый металл) и образуют, таким образом, единое совокупное орудие труда (прокатный стан), то и САУ ЭП оказываются также взаимосвязанными. Эти взаимосвязи проявляются не только в пределах группы механизмов, управляемых каждым из операторов, но и в наличии взаимовлияния работы электроприводов, управляемых разными операторами.
Очевидно, что степень успешности достижения поставленной цели, а также психологическая «цена» деятельности операторов-вальцовщиков зависит от координированности действий отдельных САУ ЭП посредством систем автоматики (как правило, на базе микропроцессоров), реализующей выполнение соответствующих логических операций. И здесь мы вновь выходим на профессиональные задачи инженера-электрика.
В заключение анализа мы приходим к общим выводам, имеющим большое значение при анализе объектов инженерной деятельности.
Как подчеркивает Б.И. Кудрин , человек живет в искусственном мире, им же созданным, его окружает техническая реальность. Под ней понимается любой объект, возникший как результат материального воздействия на окружающую физическую (неорганическую) и биологическую действительность. При этом автор уточняет, что «результат воздействия (изменение объекта, появление нового) должен быть в принципе наблюдаем сейчас или проявиться вероятностно-статистически в будущем» [Кудрин, 1993, с. 22].
При создании технического устройства накопленные знания и профессиональный опыт конструктора находят свое воплощение в создаваемом им проекте. В этом смысле «каждое изделие есть материализованное знание (воплощенное, в общем случае, предварительно в документе)» [Там же, С.23]. После проектировщиков весомый вклад в «наделение» изделия заданными свойствами вносят специалисты-наладчики: осуществляют доводку, наладку, обкатку и т.д. Причем и проектировщикам, и наладчикам известен следующий феномен: «чем сложнее готовое изделие, тем более оно отличается от предусмотренного документом» [Там же, с. 23], то есть тем выше вклад наладчиков в его свойства, внесенный в процессе изготовления и настройки.
Б.И. Кудрин обращает внимание на еще одно важное для инженерно-психологического анализа явление, «наблюдаемое для изделий, начиная с определенной сложности - "характер" машин, индивидуальность в работе и др.». Речь идет феномене «появления и проявления индивидуальности технических устройств» [там же, с. 71], знакомом очень многим пользователям сложной техникой[1].
Таким образом, можно утверждать, что любая техническая система, являющаяся объектом контрольной и управленческой деятельности, обладает своей структурно-динамической целостностью. Эта целостность возникает в результате синтеза законов природы (физических законов) в техническом «организме» в соответствии с целями конструктора. В процессе взаимодействия с технической системой у оператора-технолога вырабатывается обобщенный образ этой целостности, порождающий определенные ожидания в адрес системы, а также формирующий совокупность личностных к ней отношений.
Исходя из вышесказанного, мы рассматриваем управляемый технический объект не только как физический (неорганический) объект с наложенными на него объективными технологическими ограничениями. Управляемый технический объект (как и техническую систему управления его состоянием) необходимо рассматривать как активную, социально-детерминированную организацию, материализующую волю и мысль ее создателя. А процесс управления и контроля в таком случае есть особая, опосредствованная форма «общения» оператора-технолога со специалистом (конструктором, наладчиком и др.) создавшим и запрограммировавшим данную систему. При таком подходе техническая индивидуальность системы и функциональная структура ее элементов составляют статический, достаточно устойчивый аспект взаимодействия человека и техники.
Приведенные выводы вписываются в рамки складывающегося в последние годы так называемого «равнозначного подхода» к автоматизации [Голиков, 2003]. В соответствии с этим подходом, «и разработчики, и операторы должны попеременно осуществлять ведущую роль в управлении, неся равную ответственность, и иметь равную значимость» [Голиков, Костин, 1996, с. 41].
[1]Как писал французский писатель А. Моруа (1885-1967г.), «Машины плохо обращаются с тем, кто их не любит».