29 июня 2005 г.
В журнале «Локомотив» в № 11 за 2001 г. опубликована статья «Новым пультам управления — дорогу в жизнь», посвященная улучшению условий труда в кабине машиниста. Тему хотелось бы продолжить на примере унифицированного пульта управления электропоезда ЭД4Э (ОАО «ДМЗ»).
Этот пульт управления (рис. 1) спроектирован в Научно-исследовательском институте приборостроения им. В.В. Тихомирова (НИИП) по концепции Московской дороги, доработанной ВНИИЖГом для России в требованиях СНиЭТ МПС № 6/35-96. На панели индикации пульта, впервые в российской практике, установлен отечественный графический полноцветный жидкокристаллический видеомонитор с квазисенсорным управлением экрана (рис. 2), также разработки НИИП.
В отечественной практике проектирования и создания систем индикации в кабине уже применялись несовершенные монохромные дисплеи с буквенно-цифровым отображением на экране. Но они не обеспечивали должное качество отображения информации при оперативном управлении.
В последнее время с модернизацией магистральных тепловозов появилась эргономически незавершенная разработка ВНИКТИ по использованию схожего по функциям зарубежного графического дисплея фирмы «ГЕРКОМ» (Германия). К сожалению, традиционно при создании системы индикации до сих пор применяются индивидуальные малоинформативные сигнализаторы, световые табло, индикаторы, а также приборы со знакосинтезируемым выведением цифровой информации. Устаревшая и громоздкая элементная база не позволяла вывести комплексно и компактно всю алгоритмическую информацию по электропоезду на единый экран.
Анализ исполнения этого пульта на электропоезде ЭД4Э (рис. 3) показывает, насколько нерационально размещены в кабине средства индикации громоздких блоков отдельных подсистем. Из рисунка видно, что нарушено расстояние наблюдения информации, углы обзора и бокового наблюдения, особенно при неудовлетворительных светотехнических характеристиках блока Бил КЛУБа. Угол обзора в горизонтальной плоскости превышает эргономическое требование по предельному нормативу обзорности. Это является нарушением пространственно-организационной структуры зрительной работы машиниста с необходимой степенью различения закабинной и внутренней информации. Старое оборудование плохо компонуется в рассчитанной зоне на панели индикации пульта и не рекомендуется к серийной эксплуатации.
Схожие проблемы возникали при разработке общеевропейской системы управления движением поезда (ЕРТМЗ) и автоматизации процессов управления бортовых систем (ЕТС5). Поэтому в Европе широко стали применять графические сенсорные видеомониторы с унифицированным базовым представлением видеокадров информации, вмонтированные в пульт управления. При этом обеспечивается оптимальное взаимодействие в системе «человек-машина» и соблюдение требований железнодорожной эргономики.
Графическому видеомонитору, разработанному в ОАО «НИИП», с точки зрения психофизиологии, отводится одно из центральных мест в повышении эффективности управления системы «человек-машина».
Конструктивно и функционально графический дисплей как бы «материализует» границу, которая отделяет человека и машину. Дисплей, подобно зеркалу, отражает машинисту необходимую информацию о состоянии локомотива. В то же время, в этом зеркале машинист видит себя, поскольку конструкция дисплея и его функциональные характеристики сформированы в прямой зависимости от особенностей психики человека по восприятию и обработке сигналов. Используемые при этом алфавит, синтаксис и семантика языка обмена информацией в системе «машинист — локомотив» должны строиться с учетом технических характеристик и специфики объекта управления, а также психофизиологических характеристик машиниста.
Необходимо учитывать, что 90 % всей управляющей информации машинист воспринимает через органы зрения, а 40 % его рабочей загрузки приходится на взаимодействие с системами отображения дисплея пульта.
Внедрение графического монитора позволит в будущем радикально изменить логику работы систем контроля машиниста и перевести ее из категории «карательных» в «гуманизированную» интеллектуальную систему поддержки. При этом можно усовершенствовать тестирование бдительности машиниста по реальным исполнительным выходным рабочим параметрам, не загружая его выполнением посторонних неоправданных сенсомоторных операций — нажатия кнопки «Бдительность» в ущерб безопасности управления, тем более что за рубежом этим давно уже не пользуются.
Созданный в ОАО НИИП дисплей на начальном этапе разработки достаточно рационально объединил на одном экране индикацию с различных приборов, установленных в разных местах в кабине машиниста. Была достигнута требуемая пространственная организация считывания оперативной информации с экрана видеомонитора.
При разработке пульта управления ЭД4Э проведен предварительный отбор действительно необходимой информации конкретного функционального состояния оборудования электропоезда и выбраны формы отдельных элементов отображения этой информации в виде мнемосимволов на цветном графическом дисплее.
Примененное НИИПом квазисенсорное управление позволяет эффективно использовать многослойное отображение информации на экране дисплея с мгновенным получением сведений о состоянии различных систем электропоезда. Это существенно расширяет возможности машиниста по управлению оборудованием подвижного состава с экрана дисплея видеомонитора и сокращает множество приборов управления и средств индикации, устанавливаемых на панелях пульта. Эффективность использова-
ния квазисенсорного управления доказана при создании дисплея европейского типа для системы ЕРТМ5 Московской дороги.
Отображение информации на экране дисплея НИИП в виде рисунков, пиктограмм, условных обозначений и преимущества сенсорного управления для электропоезда ЭД4Э оценивались с привлечением группы машинистов казанского направления Московской дороги. Экспериментально осуществлен отбор, уточнены отдельные элементы и их эксплуатационные характеристики.
Подбор видеокадров ведется с использованием приемов зарубежного цветового кодирования, международных стандартов построения пиктограмм и условных обозначений. На рис. 3 представлена панель индикации пульта ЭД4Э, где справа виден технологический экран видеомонитора разработки ОАО «НИИП», а слева — табло движения в виде знакосинтезирующего индикатора блока Бил системы безопасности КЛУБ-У.
Разработанный ОАО «НИИП» видеомонитор с квазисенсорным управлением экрана по своим характеристикам и качеству сопоставим с интерфейсом системы управления фирмы «Бомбардье транспортейшн», широко известной за рубежом в сфере высоких технологий создания железнодорожного оборудования.
В дальнейшем требуется доработка программного обеспечения видеомонитора. При этом появляется возможность реализовать некоторые важные психофизиологические подходы и эргономические принципы к организации визуальных сведений на информационной модели технологического дисплея, а в будущем и дисплея движения.
Сегодня на электропоездах работа с системой человек — машина (СЧМ), появившихся за последние 5 — 10 лет приборов безопасности КЛУБ-У, УСАВП/2, САУТ-ЦМ/485 и других, нередко требует от машиниста предельной мобилизации своих возможностей — психологических, эмоциональных, волевых и т.д. Труд локомотивных бригад отличается зачастую высоким уровнем темповой и эмоциональной напряженности, стресс в работе стал обычным и повседневным явлением. В подобных условиях надежность действий машиниста по управлению резко снижается: появляются ошибки в виде неправильного или несвоевременного принятия решения в сложной ситуации.
Даже отлично подготовленный за многие годы специалист, работая на пределе своих возможностей, допускает непрогнозируемые отклонения от предписанного алгоритма действий. На практике в самых благоприятных условиях сохраняется вероятность появления ошибок управления, определяемых самой природой человека.
В соответствии с исследованиями американских авторов, проведенными в различных областях транспортной деятельности, установлено, что одна ошибка может возникать на 100... 1000 правильных действий человека. Во многих системах обеспечения безопасности, в которых ее степень определяется только действиями машиниста, коэффициент отказов в управлении составляет 10~2 — 10~3 степени, а это характеризует безопасность всей системы на данном уровне в целом.
Создание за рубежом автоматизированных систем управления на основе микропроцессорной техники с использованием графического сенсорного дисплея позволило повысить надежность всей системы и уменьшить коэффициент отказов в управлении до 10~4 — 10~7.
По данным международной статистики ошибки в работе
специалистов водительских профессий являются причиной большого количества аварий и катастроф (в авиации до 80 %, на флоте до 60 %, на железнодорожном транспорте до 80 %). Сведения по ошибкам машинистов в России обнаружить не удалось. Доля происшествий, обусловленных человеческим фактором, за последние 40 лет в авиации возросла с 30 до 70 %, а на железнодорожном транспорте — с 20 до 80 %.
Научно-технический прогресс на транспорте приводит к снижению числа аварий и катастроф, но при этом в них
резко возрастает доля причин, связанных с недостаточным учетом характеристик и возможностей человека. Усложнение и интенсификация транспортного процесса, внедрение частично или полностью автоматизированных систем управления и ведения поезда, а также приборов безопасности существенно сказались на информационной нагрузке и надежности работы машиниста в новых условиях.
Сегодня необходимо свести к допустимому минимуму вероятность появления ошибки действий локомотивных бригад. Вероятность появления ошибки существенно снижается, если процесс управления, средства и условия труда машиниста проектируются на основе научно-обоснованного учета характеристик человека. Проектирование должно базироваться на результатах комплексных физиологических, психологических и эргономических исследований в рамках единой системы железнодорожного эргономического обеспечения разработки и эксплуатации СЧМ.
Эта система представляет собой единственно правильный подход к разработке СЧМ, положительно зарекомендовавший себя при создании отечественной военной и зарубежной железнодорожной техники. Лучшие образцы этой техники делались на основе установления специальных эргономических подходов и требований на стадиях конструирования и использования.
В будущем особую важность представляет собой разработка оптимальных потоков информации на дисплее индикации. Необходимо создавать их в современном инженерно-психологическом плане с экспериментальной проверкой надежности работы машинистов в новых условиях.