Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги
Для дослідження надійності роботи оператора в умовах підвищеної ситуаційної напруги пропонується модель
 ланцюга зі слабкою ланкою, зокрема програмний комплекс для дослідження надійності роботи водіїв військового
 транспорту та льотчиків при роботі в умовах підвищеної ситуаційної нап...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наука та інновації |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116877 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги / Н.І. Аралова // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 2. — С. 15—25. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860016701995745280 |
|---|---|
| author | Аралова, Н.І. |
| author_facet | Аралова, Н.І. |
| citation_txt | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги / Н.І. Аралова // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 2. — С. 15—25. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Для дослідження надійності роботи оператора в умовах підвищеної ситуаційної напруги пропонується модель
ланцюга зі слабкою ланкою, зокрема програмний комплекс для дослідження надійності роботи водіїв військового
транспорту та льотчиків при роботі в умовах підвищеної ситуаційної напруги.
Для исследования надежности работы оператора в условиях повышенного ситуационного напряжения предлагается модель цепи со слабым звеном, в частности программный комплекс для исследования надежности работы водителей военного транспорта и летчиков при работе
в условиях повышенного ситуационного напряжения.
To research the reliability of operator work in the conditions
of an increased situational stress the model of chain
with a weak link is offered. Program complex is offered to
study the work reliability of military transport drivers and
pilots in the conditions of increased situational stress.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:45:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
15
© Н.І. АРАЛОВА, 2016
Для дослідження надійності роботи оператора в умовах підвищеної ситуаційної напруги пропонується модель
ланцюга зі слабкою ланкою, зокрема програмний комплекс для дослідження надійності роботи водіїв військового
транспорту та льотчиків при роботі в умовах підвищеної ситуаційної напруги.
К л ю ч о в і с л о в а: надійність функціонування організму, математична модель функціональної системи дихання,
підвищена ситуаційна напруга, модель ланцюга зі слабкою ланкою.
Н.І. Аралова
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ
КОМПЛЕКС ІНФОРМАЦІЙНОЇ ПІДТРИМКИ
ДОСЛІДЖЕННЯ НАДІЙНОСТІ РОБОТИ
ОПЕРАТОРА СИСТЕМ НЕПЕРЕРВНОЇ ВЗАЄМОДІЇ
В УМОВАХ ПІДВИЩЕНОЇ СИТУАЦІЙНОЇ НАПРУГИ
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2): 15—25 doi: http://dx.doi.org/10.15407/scin12.02.015
При оцінці надійності роботи оператора, який
функціонує в умовах дефіциту часу, в аварійних
ситуаціях, в екстремальних умовах зовнішнього
середовища, в першу чергу беруться до уваги
природні властивості людини з особливостями
її нервової системи, проте недостатньо надаєть-
ся значення здатності організму оператора при-
стосуватися до різноманітних збурень (різкі тем-
пературні коливання, робота в умо вах гіпо- або
гіпербарії). Людина-опера тор — це дуже склад-
на система, що функціонує в іншій складній сис-
темі людина—машина—сере до вище, котра, в свою
чергу, складається із різних підсистем зі своїми
взаємовідносинами та зв’яз ками. Природні особ-
ливості нервової системи, здібності, риси харак-
теру, рівень розвитку когнітивної, емоційно-ко-
мунікативної та регулятивної сфер, готовність
до діяльності — все це властивості різного по-
рядку і їх необхідно враховувати при вирішенні
питань, по в’я заних з надійністю роботи водіїв
військового транспорту та льотчиків в умовах
підвищеної ситуаційної напруги, тому що їх по-
милка може коштувати життя не тільки їм са-
мим [1]. Очевидно, що подібні види робіт вима-
гають зібраності та витривалості, можливості
швидкого відновлення. Наразі при дослідженні
опе ра торської праці основна увага приділяєть-
ся психофізіологічним аспектам. Деякі автори
за уважують, що об’єктивізація оцінки та конт-
ролю функціонального стану оператора безпо-
середньо пов’язана з даними, які характе ризу-
ють ступінь напруженості основних фі зіо ло гіч-
них сис тем організму, в т. ч. кардіореспіраторної
системи. У більшості досліджень реєструються
ЕЕГ, ЕКГ, КРР та дихання. Ряд авторів вважа-
ють, що підвищення емоційної на пруженості
оператора призводить до збільшення амплітуди
високочастотних ритмів, час тоти серцевих ско-
рочень та частоти дихання. Зокрема в роботі [2]
відмічаються суттєві зсуви таких показників, як
пульс, частота дихання, величина шкірної тем-
ператури, локального потовиділення тощо при
виконання контрольних тестів на прийняття
рішення. У роботі [3] зауважувалось, що най-
16 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Н.І. Аралова
більш інформативними показниками тренова-
ності льот чиків є частота сердечних скорочень,
величина резерв ної уваги, об’єм легеневої вен-
тиляції та зажим ручок управління. У роботі
[4] з метою ефективного оцінювання ступеня
працездатності опе ратора було запропоновано
комп лексні методи, що включають оцінювання:
якості здоров’я, включаючи інтегральну оцін ку;
спеціальних операторських можливостей на
певний момент;
працездатності в екстремальних умовах се-
редовища;
відновлення після стомлення;
прихованих функціональних резервів;
здатності адаптуватися до нових умов і під-
вищених навантажень.
ДОСЛІДЖЕННЯ ДІЯЛЬНОСТІ
РОБОТИ ОПЕРАТОРА В УМОВАХ ПІДВИЩЕНОЇ
СИТУАЦІЙНОЇ НАПРУГИ
Застосовуючи системний підхід, інженерна
психологія використовує широкий арсенал ме-
тодів та конкретних мето дик, розроблених як
у психології праці, так і в су міжних галузях
знань (фізіології, кібернетиці, ма тематиці то-
що). У роботі [1] пропонується кла си фікація
методів досліджень за характером отри мання
даних про діяльність оператора (рис. 1):
фізіологічні методи використовуються при
вив ченні функціонального стану людини, ха-
рактеру реагування різних систем організму
на різні зовнішні та внутрішні збурення, які
виникають у процесі діяльності людини-опе-
ратора (аналіз даних фізіологічного дослід-
ження дає змогу визначити, як і якою ціною
здійснюється поточна та екстремальна діяль-
ність організму оператора);
математичні методи використовуються для
статистичної обробки результатів, пошуку за-
кономірностей, побудови моделей діяльності
оператора.
Особливістю методів моделювання є те, що
в них розглядаються не реальні процеси, а
штучно побудовані об’єкти, які певним чином
співвідносяться з реальними явищами.
При фізичному моделюванні вивчається ді-
яльність оператора в лабораторних умовах за
допомогою спеціального обладнання — трена-
жерів, стендів, макетів, експериментальних об’єк-
тів тощо. Це інженерно-психологічний експе-
римент із відтворення психологічної структури
та особливостей реальної діяльності оператора
в лабораторних умовах. Математичне моделю-
вання досліджує діяльність оператора за допо-
могою математичних моделей, які відобража-
ють реальний процес. При цьому є певні обме-
ження щодо застосування отриманих результа-
тів. Імітаційне моделювання здійснюється на
математичних моделях, які відтворюють діяль-
ність людини в динаміці її діяльності при різно-
манітних зовнішніх та внутрішніх збуреннях.
Інженерна психологія окремо виділяє системи
безперервної взаємодії, до яких належать систе-
ми типу водій—автомобіль [1]. Робота операто-
рів, що керують рухами об’єктів, має характерні
особливості, які зумовлені значною швидкістю
пересування об’єктів, раптовим виникненням
кри тичних ситуацій, значною ймовірністю змі-
ни параметрів навколишнього середовища то-
що. Для операторів, які знаходяться на самому
об’єкті, важливе значення має стан емоційної
напруженості під час їх діяльності. До того ж
вони залежать від таких факторів, як прискорен-
ня, зміна тиску, температури, вібрація, коливан-
ня, шум і т.п. Крім того, оператори в окремих ви-
падках повинні працювати у спеціальному спо-
рядженні і перебувати у малогабаритних примі-
щеннях. Зокрема, це стосується льотчиків та во-
діїв танків та бронемашин. Цілком очевидно, що
сама система висуває підвищені вимоги до стану
здоров’я та фізичної підготовки операторів.
ПОБУДОВА МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ
НАДІЙНОСТІ РОБОТИ ОПЕРАТОРА
СИСТЕМИ НЕПЕРЕРВНОЇ ВЗАЄМОДІЇ
Аналізуючи задачі теорії надійності склад-
них технічних систем [5] та методи їх розв’язку
[6] стосовно об’єктів живої природи, зокрема
до організму людини, можна стверджувати,
що вони адекватно описують процеси, які від-
17ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії
буваються у популяції, у суспільстві, для оцін-
ки надійності колективних дій. Що стосується
застосування цих методів до оцінки параме-
трів надійності конкретного індивідуума, осо-
бистості, то тут існує ряд застережень. Зокре-
ма, на відміну від об’єктів технічної природи,
життєвий цикл яких точно визначений, мно-
жина функцій, які має виконати організм лю-
дини, розмита та повністю не визначена, тому
що еволюція людства та розвиток цивілізації
ставлять перед організмом нові, раніше не ві-
домі задачі [7]. При цьому ряд функцій — жив-
лення, дихання, розмноження, захист організ-
му — лишаються незмінними. Сучасний рівень
техніки демонструє багато прикладів систем,
що самоорганізуються, які демонструють ви-
сокий рівень надійності функціонування при
визначених проектантом умовах, проте, в не-
передбачених ситуаціях, апарат буде не в змозі
функціонувати. Жива система має функціону-
вати (і досить надійно) в умовах зовнішнього
та внутрішнього середовища, що постійно змі-
нюються, при цьому приймати найбільш опти-
мальні рішення по забезпеченню високонадій-
ної життєдіяльності. Наприклад, в організмі
людини основна функція системи дихання —
своєчасне і адекватне забезпечення киснем
тканин, що метаболюють, та вивід вуглецю,
що утворюється, керується системою, яка
складає мережу центральних, локальних та гу-
моральних механізмів, що тісно взаємодіють
один з одним. Жива система — це система ці-
леспрямована, вона сама формує цілі життєді-
яльності, критерії оптимальності та може по-
жертвувати або безпекою життя заради досяг-
нення мети, або відмовитися від роботи заради
нормальних умов життєдіяльності.
Очевидно, що можна привести ще багато
прин ципових особливостей живих систем, які
необхідно враховувати при моделюванні та ви-
значенні надійності їх функціонування з вико-
ристанням методів теорії надійності. З іншого
боку, жива система — це складна динамічна сис-
тема, отже до неї можуть бути застосовані за-
гальні закономірності поведінки та надійності
функціонування складних систем. Справді, в жи-
вих системах також можна чітко визначити три
стадії змінення функції загрози відмови R(t):
випадкові (невипадкові) відмови, пов’язані
з вимушеними пороками організму, вродже-
ними патологіями;
ефективність праці. На цій стадії всі фізіоло-
гічні системи організму функціонують нор-
мально, без патологій. Рівень надійності ціліс-
ного організму залежить від особливостей пси-
хофізіологічної системи організму та постав-
лених цілей. Середнє значення безвідмовної
роботи може суттєво залежати від вартісного
значення мети. Може трапитись, що досяг-
нення мети з урахуванням внутрішніх резер-
вів організму неможливе, оскільки це приз-
веде до їх повного виснаження. Тоді системи
Рис. 1. Класифікація методів дослідження операторської діяльності [1]
18 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Н.І. Аралова
організму, відповідальні за прийняття рішень
про зупинення роботи, приймуть саме таке рі-
шення. Середній час безвідмовної роботи та-
кож залежить від умов, в яких здійснюється
життєдіяльність людини. Саме тому важли-
вою є оцінка надійності функціонування жи-
вої системи при різноманітних збуреннях;
ризик невиконання (відмови) роботи при ста-
рінні організму або розвитку патологій.
Таким чином, можна стверджувати, що мо-
делі теорії надійності можуть бути застосовані
для оцінки надійності роботи оператора в умо-
вах підвищеної ситуаційної напруги.
Задача моделей надійності — встановити зв’я-
зок між елементами системи та їх впливом на
роботу цієї системи. Функціональна структу-
ра системи визначає закон взаємодії характе-
ристик елементів, відповідно до якого вони
функціонують визначеним чином та у визна-
ченій послідовності.
Якщо систему побудовано таким чином, що
для її успішного функціонування необхідна
робота всіх елементів, то вона називається по-
слідовною системою. Якщо ж у системі при
відмові будь-якого елемента знайдеться ін-
ший, здатний виконати його функції, то така
система називається паралельною. Живі сис-
теми як складні системи слід відносити до
послідовно-паралельних систем [8]. Справді,
в живих системах деякі функції, якщо не ціл-
ком, то хоча б частково можуть бути заміщені
за рахунок більш напруженої роботи інших
систем (депонування крові, еритропоез, ло-
кальні та центральні механізми регуляції сис-
теми дихання тощо).
У роботі [7] запропоновано модель відмов для
живої системи. У цій моделі S-подія, яка полягає
в тому, що система працює безвідмовно (підтри-
мує живучість та виконує прописані (задані)
функції), а S
j — подія що полягає у безвідмов-
ному виконанні своїх функцій підсистемами.
Припустимо для цієї системи, що S має місце за-
вжди, якщо має місце Sj, j = 1, n, тобто
S = S1 ∩ S2 ∩ S3 ∩ .... ∩ Sn, (1)
звідки
P (S) = P(S1 ∩ S2 ∩ S3 ∩ ... ∩ Sn),
P (S) = [Пn
j=1 P(S1 ∩ S2 ∩ S3 ∩ ... ∩Sn)] P (Sn). (2)
Якщо припустити, що Sjнезалежні у сукуп-
ності, то
P (S) = П
n
j=1 P (Sj) (3)
і функція надійності визначається співвідно-
шенням
R = П
n
j=1 Rj. (4)
Для залежних послідовних систем також ви-
користовується модель «найслабшої ланки».
Розглянемо послідовну систему, в якій від-
мова наступає тоді і тільки тоді, коли відмов-
ляє одна чи більше підсистем:
F = F1 ∪ F2 ∪ F3 ∪ .... ∪ Fn. (5)
Також припустимо, що коли система відмов-
ляє, то відмовляє і деяка «відмічена» підсисте-
ма. Це припущення можна виразити співвідно-
шенням
F ⊂ F1. (6)
Але оскільки F ⊂ F1, то події F та F1 еквіва-
лентні та мають одну й ту ж ймовірність:
P (F) = P (F1). (7)
Оскільки будь-яке з Fj призводить до F, то
F ⊃ F1, j = 2, n. (8)
Звідси
P (F) = P (F1) = maxP (Fj) (9)
або
R = Rj = maxRj
. (10)
Якщо «відмічену підсистему» розуміти як
«най слабшу ланку» послідовного ланцюга, то
механізм відмов у ній має властивості механіз-
му відмов ланцюга. Ланцюг складається із ла-
нок, одна з яких або декілька є найслабшими,
тобто їх міцність мінімальна.
Модель «найслабшої ланки» можна засто-
сувати для розрахунку надійності не лише ці-
лісної системи, а й її окремих підсистем.
19ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії
Припустимо, що міцність окремої ланки лан-
цюга задається шляхом розподілу ймовірностей.
Нехай сукупність міцностей ланок має щіль-
ність f (x) та відповідну функцію розподілення
F (x) такими, що
F (b)–F (a) = ∫
b
a
f (x) dx (11)
представляє ймовірність знаходження міцнос-
ті ланки між a і b (b>a).
Аналогічно, нехай напруження на ланку ха-
рактеризується щільністю g (y) та функцією
роз поділення G (y) так, що
G (d)–G (c) = ∫
d
c
g (y) dy. (12)
Якщо ввести додатні випадкові величини X —
міцність ланки та Y — застосовані зусилля (на-
пруження), то
P (X ≤ x) = F (x),
P (Y ≤ y) = G (y). (13)
Надійність ланки визначається як ймовір-
ність того, що ланка не розірветься:
R = P(X > Y),
R = ∫
∞
0
∫
∞
0
f(x) g (y) dxdy (14)
або
R = ∫
∞
0
g (y) [1–F (y)] dy. (15)
Якщо тепер розглянути ланцюг, який скла-
дається із n ланок, то можна вважати, що його
міцніть дорівнює міцності найслабшої ланки,
тобто міцність Yn ланцюга із n ланок дорівнює
мінімуму із Xi, i = 1, n.
У теорії надійності показано [6], що для будь-
якого значення напруження Yn, прикладеного
до ланцюга з щільністю ймовірності g(y), ймо-
вірність того, що міцність Yn переважатимуть
зусилля (напруження) Y буде складати
Rn = P (Yn ⊃ Y) = ∫
∞
0
g (x) [1–F (x)] dx
або
Rn = ∫
∞
0
g (x) [1–F (x)] dx. (16)
Отже, надійність ланцюга із n ланок дорівнює
R. Розглядаючи модель надійності цілісного ор-
ганізму як модель ланцюга, можна вважати, що
«найслабшою ланкою» в ній є підсистема ди хан ня
і кровообігу та система психофізіологічних функ-
цій. Оскільки праце здатність організму багато в
чому залежить від того, наскільки надійно і при
цьому ефективно виконується ос новна функція
системи дихання та кровообігу (слабка ланка), то
в подальшому будемо розглядати саме цю систе-
му. Вихідні характеристики системи дихання та
кровообігу будемо визначати кількісно, виходячи
із основної функції системи дихання — своєчас-
на і адекватна доставка кисню органам, що мета-
болюють, та виведення відпрацьованого вуглецю.
Можна вважати, що свою функцію система
виконує успішно, якщо напруження кисню та
вуглекислого газу в артеріальній крові (paO2 та
paCO2) в тканинах (pti
O2 та pti
CO2) знаходяться
в заданих границях.:
pa
minO2 < paO2 < pa
maxO2,
pa
minCO2 < paCO2 < pa
maxCO2,
(17)
pti
minO2 < pti
O2 < pti
maxO2,
pti
minCO2 < pti
CO2 < pti
maxCO2.
Мінімальні значення напружень кисню та
вуг лекислого газу в крові та тканинах визна-
чають діапазон порогових значень. Якщо ці
зна чення менші — це призводить до патології
в системі крові та тканинного обміну, якщо
більші — це показники, які приймають в умо-
вах ос нов ного обміну, тобто це значення, за
яких від бувається відмова від роботи. Функ-
ціо наль на схема процесу здійснення основної
функції системи дихання наведена на рис. 2
У роботі [7] обґрунтовано, що структурно-
функціональну схему системи дихання для
визначення надійності її функціонування слід
представити у вигляді послідовної схеми, де
як окремі елементи можна розглядати підсис-
теми зовнішнього дихання, легеневого крово-
обігу, серцевої діяльності та судинної системи,
систему регуляції та систему крові.
20 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Н.І. Аралова
Як відомо, однією із головних задач теорії
надійності складних систем [6] є розробка ме-
то дів встановлення режимів та вибору харак-
терис тик, що забезпечують оптимальну надій-
ність, розробка оптимальних методів виявлен-
ня порушень, встановлення причин їх виник-
нення тощо. Для розв’язання цих задач теорія
надійності використовує результати фізичних
і хімічних процесів, що лежать в основі явищ,
пов’язаних з втратою якості. Ці ж самі зада чі
вважаються основними у фізіології праці, спор-
ту та відпочинку. З'ясуванню природи механіз-
мів організму, що забезпечують досить висо-
кий рівень надійності всіх його функціональ-
них систем та організму в цілому і сприяють
дослідження на математичних моделях функ-
ціональної системи дихання, для створення яких
сучасна фізіологія має достатньо знань про про-
цеси дихання та кровообігу [9—12]. Аналіз цих
моделей дозволяє визначити основні законо-
мірності перебігу процесів дихання та крово-
обігу, роль регуляторних механізмів у забез-
печенні та підтримці основної функції системи
дихання при різноманітних умовах життєді-
яльності людини та найважливіші властивості
процесу, який вивчається. Зокрема, давно ві-
домо про стійкість організму людини, в т. ч. і сис-
теми дихання до збурень зовнішнього та внут-
рішнього середовища. Математичне моделю-
вання основної функції системи дихання не
тільки підтвердило цю властивість, а й роз-
крило механізми його проявлення.
Властивості стійкості процесів дихання та
кровообігу є дуже важливим фактором при за-
безпеченні надійності функціональної систе-
ми. Процес забезпечення тканин киснем та ви-
ведення відпрацьованого вуглецю, які мають
влас тивість при короткостроковому чи постій-
но діючому збуренні внутрішнього сере до-
вища входити в область відносної рівноваги,
при якій швидкість доставки кисню (виведен-
ня вуглецю) дорівнює швидкості його спожи-
вання (утворення). Тобто відбувається корот-
котермінова або середньотермінова адаптація
організму до збурення [7]. Надійність функці-
ональної системи при цьому зберігається на
високому рівні. Але це відбувається тоді, коли
збурюючий вплив не призводить до зниження
напруження кисню в тканинах нижче критич-
них (якщо ми застосовуємо модель ланцюга —
збурюючі зусилля не перевищують міцність
ланки ланцюга). Модель демонструє, що про-
цес стійкий для досить широкого діапазону
збурень і може підтримуватися пасивними ме-
ханізмами саморегуляції (еритропоезом, ок си-
гемоглобіном, міоглобіном тощо). Проте стій-
кість процесу є лише необхідною, а не достат-
ньою умовою властивості системи підтриму-
вати надійність виконання своєї функції.
Встановлено, що для надійної роботи окре-
мих органів та тканин необхідно мати високий
рівень середнього напруження кисню в цьому
органі. Зокрема, для мізкової тканини цей по-
казник складає 33 мм рт. ст. Механізми підтри-
мання стійкості процесу дихання за рахунок
лише біохімічних регуляторів не при всіх збу-
реннях може підтримувати такий рівень. Висо-
кий рівень кисневого гомеостазу в тканинах за-
безпечується активними механізмами регуля-
ції — вибором адекватних до збурення вентиля-
ції, кровообігу, розподілення кровообігу серед
тканинних регіонів у відповідності до їх потре-
би у кисні. Ці механізми не стільки підтриму-
ють стійкість процесу дихання та кровообігу,
Рис. 2. Функціональна схема здійснення основної функ-
ції системи дихання.
21ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії
скільки створюють умови для нормального ви-
конання функцій системою дихання при зміні
умов життєдіяльності, тобто сприяють підтрим-
ці надійності на досить високому рівні.
Таким чином, механізми активної регуляції
процесу дихання та кровообігу є механізмами
короткотермінової та середньотермінової адап-
тації до умов внутрішнього та зовнішнього се-
редовища, що змінюються [7]. Як короткотер-
мінова, так і середньотермінова адаптації та їх
сумісний вплив не за всіх умов життєдіяльнос-
ті можуть гарантувати високу надійність функ-
ціонування організму при різних видах діяль-
ності. Причина може полягати в психофізіоло-
гічних та структурно-морфологічних особли-
востях окремого індивідуума. Зазначимо, що не
менш важливою є здатність організму людини
до довготермінової адаптації. На цьому етапі
відбуваються зміни в структурах підсистем, ок-
ремих органах і тканинах, змінюються коефі-
цієнти чутливості організму до гіпоксії та гі-
перкапнії.
Отже, характеризуючи механізми організ-
му, що сприяють підвищенню рівня надійності
роботи функціональної системи дихання та
надійності цілісного організму при виконанні
їм визначених дій для досягнення мети, слід
виділити механізми, які підтримують стійкість
процесів короткотермінової, середньотерміно-
вої та довготермінової адаптації: механізми
центральної, локальної та гуморальної регуля-
ції стійкості психофізіологічних функцій.
Очевидно, що висока надійність функціону-
вання організму оператора в цілому може під-
тримуватися лише за умови надійності функ-
ціонування всіх систем організму — дихання та
кровообігу, терморегуляції, імунної, центральної
та периферичної нервової системи [8]. Як що
припустити, що всі системи організму функ ціо-
нують нормально, то надійність у значній мірі
залежить від стану психофізіологічних функ-
цій і можливостей системи дихання та крово-
обігу забезпечити відповідний рівень метабо-
лізму у тканинах. Зазвичай [4] для оцінюван-
ня психофізіологічного стану операторів ви-
ко ристовувалися різноманітні функціональні
про би, фізичні навантаження, визначаючи при
цьому індивідуально-типологічні властивості
вищої нервової діяльності (ВНД), функціо-
нальну рухливість нервової системи, працез-
датність головного мозку, функціональний стан
вегетативної, кардіореспіраторної, кровотвор-
ної, імунної, гормональної систем. Що стосу-
ється ступеня напруженості механізмів регуля-
ції систем зовнішнього дихання та кровообігу,
об’єктивна складність отримання експери мен-
тальних даних щодо механізмів регуляції функ-
ціональною системою дихання може бути в де-
якій мірі компенсована за рахунок проведення
обчислювальних експериментів з математич-
ними моделями, які описують поведінку функ-
ціональної системи дихання при збуреннях внут-
рішнього та зовнішнього середовища.
КОМПЛЕКС ПРОГРАМНОЇ
ПІДТРИМКИ ДОСЛІДЖЕННЯ
ОПЕРАТОРСЬКОЇ ДІЯЛЬНОСТІ В УМОВАХ
ПІДВИЩЕНОЇ СИТУАЦІЙНОЇ НАПРУГИ
У цьому розділі представимо можливості за-
стосування методів імітаційного моделювання
для визначення надійності функціональної сис-
теми дихання у життєзабезпеченні організму
при операторській діяльності при збуренні у
вигляді умов підвищеної ситуаційної напруги
Функціональна система дихання (ФСД) роз-
глядається як самоорганізована динамічна сис-
тема, в якій об’єктом є процес масопереносу та
масообміну респіраторних газів, а саморегуля-
ція здійснюються системою фізіологічних ме-
ханізмів, що включає центральні, локальні та
гуморальні ланки [9]. Мета такої саморегуля-
ції — підтримка газового гомеостазу при різ-
номанітних збуреннях зовнішнього та внут-
ріш нього середовища. Основними параметра-
ми, по яких судять про стан ФСД, є парціаль ні
тиски (напруження) кисню pO2 та вуглекис-
лого газу pCO2 в альвеолярному просторі, кро-
ві та тканинах. Функціонально ці ланки об’єд-
нані в системи — зовнішнього дихання, сер це-
во-судинну та крові.
22 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Н.І. Аралова
Напружена операторська діяльність по в’я за-
на з інтенсифікацією метаболічних проце сів, що
протікають насамперед у головному мозку. Змі-
ну інтенсивності такої діяльності без сумніву
можна пов’язати зі зміненням споживання кис-
ню qtO2 тканинами мозку, дихального коефіцієн-
та RQ та швидкості виділення вуглекислого га-
зу qtCO2. Параметрами, що характеризують стан
досліджуваного об’єкту, можуть бути напружен-
ня кисню pti
O2 та вуглекислого газу pti
CO2 в
тка нинах організму та крові, що їх омиває: pcti
O2,
pcti
CO2. Проте поточний рівень pti
O2, pti
CO2,
pcti
O2, pcti
CO2 буде суттєво залежати від величи-
ни об’ємної швидкості локального кровотоку
Qti
, легеневої та альвеолярної вентиляції V та то-
нусу гладеньких м’язів судин. Для оцінки стану
функціональної системи дихання будемо вико-
ристовувати математичну модель транспорту
респіраторних газів та регуляції основної функ-
ції системи дихання та кровообігу [9].
Структуру комплексу математичного забез-
печення дослідження операторської діяльнос-
ті в умовах підвищеної ситуаційної напруги
наведено на рис. 3.
Ітераційна процедура використання запро-
понованого математичного забезпечення має
такий вигляд: на основі інструментального до-
слідження одержуємо експериментальні дані,
необхідні для розрахунку кисневих режимів ор-
ганізму на моделі статики [11].
У результаті розрахунків отримуємо дані про
економічність, ефективність, інтенсивність кис-
невих режимів організму, деякі дані про кис-
лот но-основний та гіпоксичний стани людини,
кисень крові та серцеву діяльність. На вхід мо-
делі динаміки подається інформація, отри мана
в результаті експериментального дослід ження
та роботи моделі статики (напруження респі-
раторних газів в артеріальній крові, вміст ге-
моглобіну, швидкість споживання кисню ор-
ганізмом, швидкість системного кровотоку, ре-
ґіонарні кровотоки тощо). На моделі розра-
ховуються напруження респіраторних газів у
тка нинах працюючих органів. Ці дані дозволя-
ють зробити висновки про адаптацію організ-
му до тих чи інших збурюючих впливів. Оцінка
регуляторних реакцій виконавчих органів ке-
рування — серцевого та дихальних м’язів, гли-
бина гіпоксії — дозволяє судити про резерви
організму людини на збурюючі впливи.
Були проведені теоретичні дослідження на
моделі з чотирма тканинами — мозку, серця,
скелетних м’язів та ін. (рис. 2). Моделюван ня
проводилося для режиму середньостатистич-
ної людини масою 75 кг, для якої відомі показ-
ники функціонального стану в спокої — на-
пруження кисню в артеріальній крові складає
95 мм рт. ст., в тканинах мозку — 38, в серцево-
му м’язі — 30. Швидкість споживання кисню
тканинами мозку складала 0,62 мл/с, серцевим
м’язом — 0,33 мл/с, організм в цілому спожи-
вав 4,3 мл/с кисню. Вміст гемоглобіну в кро ві
складав 140 ммоль/л, концентрація буферних
основ — 0,479 г/л. Мета обчислювальних екс-
Рис. 3. Структура комплексу математичного забезпечення дослідження
23ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії
периментів полягала у визначенні регулятор-
них параметрів, що забезпечують напружен-
ня кисню в тканинах мозку на рівні не нижче
33 мм рт. ст. У обчислювальному експеримен-
ті зростання інтенсивності операторської ді-
яльності імітувалося за допомогою зростання
швидкості споживання кисню тканинами моз-
ку на 10; 20; 30 і більше %. При цьому дихаль-
ний коефіцієнт у спокої приймався рівним 0,8,
а при навантаженні — 1,2. Розрахунки показа-
ли, що підтримання заданого рівня pO2 в тка-
нинах мозку при зростанні швидкості спожи-
вання кисню мозком до 20 % від рівня спокою
можливе і без підключення компенсаторних ре-
акцій з боку системи дихання та кровообігу. За-
уважимо, що в стані спокою об’ємна швидкість
системного кровотоку складала 95 мл/с, а об’єм-
на швидкість кровотоку в мозку —14,88 мл/с.
Зростання навантаження на мозок на 30 %
потребує включення регуляторних механізмів.
Якби реакція регуляторних механізмів була
відсутня, то pO2 в мозку мало б знизитися до
31,77 мм рт. ст. Розрахунки показали, що збіль-
шення в тканинах мозку кровотоку на 10 % при-
звело б до напруження кисню в тканинах мозку
до 33 мм рт. ст. При цьому відмітимо, що збіль-
шення кровотоку в тканинах мозку можливе або
за рахунок збільшення об’ємної швидкості сис-
темного кровотоку, а це приведе в свою чергу до
збільшення навантаження на серцевий м’яз, або
за рахунок перерозподілу системного кровото-
ку в інших тканинах і органах, що приведе до
виникнення гіпоксії в інших тканинах [8].
Розрахунки показали, що підтримання серед-
нього рівня pO2 в тканинах мозку (33 мм рт. ст)
про зростанні інтенсивності навантаження на
мозок на рівні 30—70 % порівняно зі станом спо-
кою можливе за рахунок збільшення об’ємної
швидкості мозкового кровотоку відповідно на
10—50 %, причому приріст відбувається ліній-
но. Подальше напруження операторської діяль-
ності ( на 80—150 %) вже потребує нелінійного
зростання кровотоку для забезпечення кисне-
вого гомеостазу структур мозку. Так, зростання
швидкості споживання кисню структурами моз-
ку на 90 % потребує підвищення локального
кро вотоку на 90 %, зростання інтенсивності опе-
раторської праці на 130 % може бути компен-
соване збільшенням об’ємної швидкості крово-
току в мозку на 150 %, а 2,5-кратне зростання
qO2 в мозку (на 150 %) вимагає триразового
зростання Qt в тканинах мозку. Далі покажемо,
що компенсація гіпоксичних станів, що вини-
кають у структурах мозку, повинна здійснюва-
тися не лише за рахунок серцево-судинної, але
й респіраторної системи. Результати обчислень
показали, що якщо збільшувати лише об’ємну
швидкість кровотоку в тканинах мозку для під-
тримання pO2 на рівні 33 мм рт. ст, то це при-
зведе до розвитку артеріальної гіпоксемії. Так,
збільшення кровотоку для компенсації гіпоксії
в тканинах мозку при зростанні діяльності моз-
ку в 2,5 рази приведе до зниження pO2 в арте-
ріальній крові з 95 до 75,05 мм рт. ст. Усунен-
ня артеріальної гіпоксемії при напруженій опе-
раторській діяльності здійснюється за рахунок
підключення механізмів регуляції системи зо-
внішнього дихання.
Отже, для підтримання pO2 в тканинах мозку
на рівні 33 мм рт. ст. при збільшенні інтенсив-
ності операторської праці на 30 % досить одно-
часно збільшити хвилинний об’єм дихання на
10 % у порівнянні зі станом спокою, а об’ємну
швидкість мозкового кровотоку — на 5 %. При
цьому забезпечується підтримання pO2 в арте-
ріальній крові на рівні 95 мм рт. ст. Цей при-
клад показує, що поєднане включення механіз-
мів регуляції знижує навантаження з виконав-
чих органів регуляції та не порушує умов забез-
печення киснем інших тканин та органів.
ВИСНОВКИ
Для дослідження надійності роботи опера-
тора запропоновано математичну модель лан-
цюга зі слабкою ланкою.
Показано, що надійність функціональної сис-
теми дихання як однієї з таких, що регламен-
тує працездатність системи, забезпечується ме-
ханізмами стійкості та адаптації до умов жит-
тєдіяльності, які змінюються.
24 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Н.І. Аралова
Розраховані результати, наведені вище, є тео-
ретичними і демонструють компенсаторні мож-
ливості лише механізмів регуляції функціо-
нальної системи дихання. Але запропонований
підхід дозволяє виявити основні тенденції ро-
боти кардіореспіраторної системи і, в разі фі-
зіологічного обстеження конкретних осіб та за-
стосування індивідуальних вхідних даних для
роботи моделі динаміки, може дати відповідні
практичні рекомендації.
ЛІТЕРАТУРА
1. Трофімов Ю.Л. Інженерна психологія. — К.: Либідь,
2002. — 294 с.
2. Психофизиология оператора в системах человек — ма-
шина / Под ред. К.А. Иванова-Муромского. — К.: Наук.
думка, 1980. — 344 с.
3. Жевчина А.И., Кузнецов В.Г. О методах оценки психо-
физиологических возможностей летчика // Проб ле-
мы инженерной психологии и эргономики. — 1974. —
Вып 2. — С. 59—60.
4. Білошицький П.В., Ключко О.М., Онопчук Ю.М, Кол-
чинська А.З. Результати вивчення вищої нервової ді-
яльності українськими вченими в Приельбруссі //
Вісник НАУ. — 2009. — № 2. — С. 105—115.
5. Ллойд Д.К., Липов М. Надежность: организация иссле-
дований, методы, математический аппарат. — М.: Сов.
радио, 1964. — 699 с.
6. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математи-
ческие методы в теории надежности. — М.: Наука,
1965. — 524 с.
7. Онопчук Ю.Н., Белошицкий П.В., Аралова Н.И. К во-
просу о надежности функциональных систем орга-
низма // Кибернетика и вычислительная техника. —
1999. — Вып. 122. — С. 72—82.
8. Білошицький П.В., Онопчук Ю.М., Марченко Д.І., Ара-
лова Н.І. Математичні методи дослідження пробле-
ми надійності функціонування організму за екстре-
мальних умов високогір’я // Фізіологічний журнал. —
2003. — 49, №3. — С. 139—143.
9. Онопчук Ю.Н. Гомеостаз функциональной системы
дыхания как результат внутрисистемного и систем-
но-средового информационного взаимодействия //
Био экомедицина. Единое информационное простран-
ство. — Киев, 2001. — С. 59—81.
10. Новосельцев В.Н. Теория управления и биосисте мы. —
М.: Наука, 1978. — 319 с.
11. Аралова А.А., Аралова Н.И, Ковальчук-Химюк Л.А,
Оноп чук Ю.Н. Автоматизированная информацион-
ная система функциональной диагностики спортсме-
нов // Управляющие системы и машины. — 2008. —
№ 3. — С. 73—78.
12. Dickinson C.J. A computer model of human respiration.
Lancaster: Medical and Technical Publishing, 1977. —
294 p.
REFERENCES
1. Trofimov Ju.L. Inzhenerna psyhologija. Kyiv: Lybid’,
2002 [in Ukrainian].
2. Psihofiziologija operatora v sistemah chelovek — mashina.
Pod red. K.A. Ivanova-Muromskogo. Kyiv: Nauk. dum-
ka, 1980 [in Russian].
3. Zhevchina A.I., Kuznecov V.G. O metodah ocenki psi-
hofiziologicheskih vozmozhnostej letchika. Problemy in-
zhe nernoj psihologii i jergonomiki. 1974. Vyp 2: 59—60
[in Russian].
4. Biloshyc’kyj P.V., Kljuchko O.M., Onopchuk Ju.M, Kol-
chyns’ka A.Z. Rezul’taty vyvchennja vyshhoi’ nervovoi’
dijal’nosti ukrai’ns’kymy vchenymy v Pryel’brussi. Vis-
nyk NAU. 2009. no 2: 105—115 [in Ukrainian].
5. Llojd D.K., Lipov M. Nadezhnost’: organizacija is sle do-
va nij, metody, matematicheskij apparat. Moskva: Sov. ra-
dio, 1964 [in Russian].
6. Gnedenko B.V., Beljaev Ju.K., Solov’ev A.D. Mate ma ti-
cheskie metody v teorii nadezhnosti. Moskva: Nauka, 1965
[in Russian].
7. Onopchuk Ju.N., Beloshickij P.V., Aralova N.I. K vop-
rosu o nadezhnosti funkcional’nyh sistem organizma.
Kibernetika i vychislitel’naja tehnika. 1999. Vyp. 122:
72—82 [in Russian].
8. Biloshyc’kyj P.V., Onopchuk Ju.M., Marchenko D.I.,
Ara lova N.I. Matematychni metody doslidzhennja prob-
lemy nadijnosti funkcionuvannja organizmu za ekst re-
mal’nyh umov vysokogir’ja. Fiziologichnyj zhurnal. 2003.
49(3): 139—143 [in Ukrainian].
9. Onopchuk Ju.N. Gomeostaz funkcional’noj sistemy dy ha-
nija kak rezul’tat vnutrisistemnogo i sistemno-sre do vogo
informacionnogo vzaimodejstvija. Biojekomedicina. Edinoe
informacionnoe prostranstvo. 2001: 59—81 [in Russian].
10. Novosel’cev V.N. Teorija upravlenija i biosistemy. Mosk-
va: Nauka, 1978 [in Russian].
11. Aralova A.A., Aralova N.I, Koval’chuk-Himjuk L.A, Onop-
chuk Ju.N. Avtomatizirovannaja informacionnaja sis te-
ma funkcional’noj diagnostiki sportsmenov. Uprav ljaju-
shhie sistemy i mashiny. 2008. no 3: 73—78 [in Russian].
12. Dickinson C.J. A computer model of human respiration.
Lancaster: Medical and Technical Publishing, 1977.
25ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(2)
Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії
Н.И. Аралова
Институт кибернетики им. В.М. Глушкова
НАН Украины, Киев
КОМПЛЕКС ИНФОРМАЦИОННОЙ
ПОДДЕРЖКИ ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ
РАБОТЫ ОПЕРАТОРА СИСТЕМ
НЕПРЕРЫВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОГО
СИТУАЦИОННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Для исследования надежности работы оператора в ус-
ловиях повышенного ситуационного напряжения пред-
лагается модель цепи со слабым звеном, в частности про-
граммный комплекс для исследования надежности рабо-
ты водителей военного транспорта и летчиков при работе
в условиях повышенного ситуационного напряжения.
Ключевые слова: надежность функционирования
организма, математическая модель функциональной
системы дыхания, повышенное ситуационное напряже-
ние, модель цепи со слабым звеном.
N.I. Aralova
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics,
the NAS of Ukraine, Kyiv
INFORMATION SUPPORT COMPLEX
OF THE RESEARCH OF CONTINUOUS
COOPERATION SYSTEMS’
OPERATOR WORK RELIABILITY
IN THE CONDITIONS OF INCREASED
SITUATIONAL STRESS
To research the reliability of operator work in the con-
ditions of an increased situational stress the model of chain
with a weak link is offered. Program complex is offered to
study the work reliability of military transport drivers and
pilots in the conditions of increased situational stress.
Keywords: reliability of organism functioning, mathe-
ma tical model of function respiratory system, increased si-
tuational stress, model of chain with a weak link.
Стаття надійшла до редакції 28.10.15
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116877 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:45:29Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Аралова, Н.І. 2017-05-17T09:08:25Z 2017-05-17T09:08:25Z 2016 Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги / Н.І. Аралова // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 2. — С. 15—25. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.02.015 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116877 Для дослідження надійності роботи оператора в умовах підвищеної ситуаційної напруги пропонується модель
 ланцюга зі слабкою ланкою, зокрема програмний комплекс для дослідження надійності роботи водіїв військового
 транспорту та льотчиків при роботі в умовах підвищеної ситуаційної напруги. Для исследования надежности работы оператора в условиях повышенного ситуационного напряжения предлагается модель цепи со слабым звеном, в частности программный комплекс для исследования надежности работы водителей военного транспорта и летчиков при работе
 в условиях повышенного ситуационного напряжения. To research the reliability of operator work in the conditions
 of an increased situational stress the model of chain
 with a weak link is offered. Program complex is offered to
 study the work reliability of military transport drivers and
 pilots in the conditions of increased situational stress. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги Комплекс информационной поддержки исследования надежности работы оператора систем непрерывного взаимодействия в условиях повышенного ситуационного напряжения Information Support Complex of the Research of Continuous Cooperation Systems’ Operator Work Reliability in the Conditions of Increased Situational Stress Article published earlier |
| spellingShingle | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги Аралова, Н.І. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| title_alt | Комплекс информационной поддержки исследования надежности работы оператора систем непрерывного взаимодействия в условиях повышенного ситуационного напряжения Information Support Complex of the Research of Continuous Cooperation Systems’ Operator Work Reliability in the Conditions of Increased Situational Stress |
| title_full | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| title_fullStr | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| title_full_unstemmed | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| title_short | Комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| title_sort | комплекс інформаційної підтримки дослідження надійності роботи оператора систем неперервної взаємодії в умовах підвищеної ситуаційної напруги |
| topic | Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet | Наукові основи інноваційної діяльності |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116877 |
| work_keys_str_mv | AT aralovaní kompleksínformacíinoípídtrimkidoslídžennânadíinostírobotioperatorasistemneperervnoívzaêmodíívumovahpídviŝenoísituacíinoínaprugi AT aralovaní kompleksinformacionnoipodderžkiissledovaniânadežnostirabotyoperatorasistemnepreryvnogovzaimodeistviâvusloviâhpovyšennogosituacionnogonaprâženiâ AT aralovaní informationsupportcomplexoftheresearchofcontinuouscooperationsystemsoperatorworkreliabilityintheconditionsofincreasedsituationalstress |