Автореферат и диссертация по медицине (14.00.32) на тему: Индивидуальная норма как элемент построения экспертных систем контроля функционального состояния человека-оператора

Оглавление диссертации Карпов, Дмитрий Альбертович :: 1999 :: Санкт-Петербург

Список сокращений, принятых в диссертации

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Исследование влияния человеческого фактора на 17 безопасность сложных биотехнических систем

1.2. Понятие "норма" в медицине и здравоохранении. Ин- 29 дивидуальная психофизиологическая норма человека-оператора, диспетчера управления воздушным движением

1.3. Организационные и методические вопросы контроля 35 функционального состояния человека-оператора

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Психофизиологические методики для автоматизиро- 51 ванного комплекса предсменного контроля диспетчеров управления воздушным движением

2.2. Аппаратная реализация автоматизированного ком- 54 плекса "Диспетчер-Г

2.3. Процедура проведения предсменного контроля

2.4. Материал исследования

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА

УСТАНОВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ НОРМ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ДИСПЕТЧЕРОВ УВД

3.1. Определение интегральных показателей состояния 65 человека-оператора статистическими методами

3.2. Разработка алгоритма фильтрации артефактов изме- 73 рений психофизиологических параметров

3.3. Графическое представление данных эксперимен- 75 тальных исследований в индивидуальных картах обследуемых

3.4. Алгоритм распознавания текущего психофизиологи- 82 ческого состояния диспетчеров УВД автоматизированной системой "Диспетчер-1"

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ВО ВРЕМЕНИ

И ОТЛИЧИЕ ДРУГ ОТ ДРУГА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ НОРМ

КУРСАНТОВ АКАДЕМИИ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

4.1. Результаты использования разработанного автома- 88 тизированного комплекса для получения индивидуальных норм курсантов АГА

4.2. Изучение стабильности индивидуальной нормы кур- 93 сайтов АГА во времени и значимость отличий их индивидуальных норм

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ НОРМ ДИСПЕТЧЕРОВ УВД АЭРОПОРТА ПУЛКОВО-1 ПРИ ИХ ПРЕДСМЕННОМ КОНТРОЛЕ

5.1. Технология проведения предсменного контроля диспетчеров УВД аэропорта Пулково

5.2. Результаты опытной эксплуатации аппаратно-программного комплекса в аэропорте Пулково-1 для установления индивидуальных норм диспетчеров УВД

5.3. Оценка эффективности использования "Диспетчер-1" при предсменном контроле диспетчеров УВД с помощью внешнего критерия

5.4. Алгоритм использования принципа индивидуальной нормы комплексом "Диспетчер-1" для проведения пред-оменного контроля диспетчеров УВД

ГЛАВА 6. ЗНАЧИМОСТЬ РАЗЛИЧИЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ

НОРМ ДИСПЕТЧЕРОВ УВД ДРУГ ОТ ДРУГА М

СООТНОШЕНИЕ ГРАНИЦ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ НОРМЫ

И ДИАПАЗОНА СРЕДНЕЙ НОРМЫ

ГЛАВА 7. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Введение диссертации по теме "Авиационная, космическая и морская медицина", Карпов, Дмитрий Альбертович, автореферат

В современных условиях операторские ошибки в управлении сложными технологическими комплексами (человеко-машинными системами) приводят к авариям, вызывающим не только тяжелые последствия для самой системы и ее составляющих, но и ведущим к тяжелым последствиям для окружающей экологической обстановки [101,154, 178]. Роль человеческого фактора в стремительно усложняющемся управлении производством, транспортом, военными объектами возрастает быстрее, чем происходит научное обобщение опыта эксплуатации новых систем [30, 34, 55, 105, 129,148, 179].

Обеспечение безопасности полетов - одна из узловых проблем, от успешности решения которой «о многом зависит дальнейшее повышение боеготовности военной авиации [ 2, 15, 60, 65, 66, 67, 91]. Термин "безопасность полетов" (БзП) определяется, как совокупность свойств авиационной системы, обеспечивающих выполнение полетов без ЯП. В авиационной системе в интересах выполнения полетов структурно и функционально объединяются совокупность авиационной техники, экипажей, сил и средств управления и обеспечения полетов [ 2, 65].

Приоритет направленности мер предотвращения ЛП на человеческий и личностный факторы в авиации обусловлены решающей зависимостью БзП от человека и одновременно трудностями устранения причин его неправильных (ошибочных) действий на всех уровнях и во всех элементах авиационной системы [ 60,67, 91].

В отечественной авиационной науке и практике в настоящее время строго придерживаются разграничения общего понятия "человеческий фактор" на понятия "человеческий фактор" и "личностный фактор"

2, 65]. Человеческий фактор определяют, как психофизиологические возможности человека, присущие всем людям, обладающим подготовкой, необходимой для выполнения профессиональной деятельности и проявляющиеся во взаимодействии специалиста с техникой, например лётчика и летательного аппарата. В человеческий фактор в авиации включают и организацию деятельности и её обеспечение. Л ичностный (личный) фактор характеризует индивидуальные возможности специалистов - уровень профессиональной подготовки, физическое и психофизиологическое состояние, дисциплинированность и другие индивидуальные особенности. Учет роли личностного фактора предполагает проведение индивидуальных профилактических мер в отношении отдельного летчика [65].

Методы исследования влияния человеческого фактора на безопасность человеко-машинных систем начали серьезно разрабатываться, в основном, в авиации [65, 67,137, 146, 148, 169] - том роде войск, который столкнулся с необходимостью решения этой проблемы для предотвращения летных происшествий. Сама формулировка проблемы позволила опереться при ее решении на известные концепции медицины, физиологии, психологии, статистики [6, 28, 86, 113,134] и на методические разработки в области диагностики и психофизиологического тестирования человека [10, 54, 104,116, 123, 130,165]. На основе концепции нормы и, в частности, медицинской нормы успешно развиваются подходы к специализированному медицинскому отбору и текущему освидетельствованию представителей различных профессий [8, 32, 59, 65, 74, 84].

Результаты углубленных медицинских обследований, связанных с научными программами в авиации, свидетельствуют о значимости вариабельности отдельных психофизиологических параметров в рамках средней нормы профессиональной пригодности [33, 121, 126,153,166]. Аналогичные данные по индивидуальным медицинским показателям человека-оператора в других отраслях показывают возможность значительности отклонений их от средней нормы, полученной статистическим накоплением [16, 88, 159].

Обобщение материалов работ по получению критериев профессиональной медицинской нормы для человека-оператора с целью достижения высокой эффективной работоспособности и исключения ошибок, связанных с человеческим фактором, позволило сформулировать заключение о том, что имеется достаточно много оснований для признания необходимости индивидуального подхода к контролю его текущего психофизиологического состояния [2, 16, 31, 58, 76, 95, 102,124].

Следует подчеркнуть, что в абсолютном большинстве исследований индивидуальная норма человека-оператора находится в границах средней нормы, в связи с чем вопрос о необходимости индивидуального подхода стоит сейчас только для особо ответственных профессий ввиду высокой стоимости исследований [25, 29, 37, 38, 142, 173]. Широкое внедрение индивидуального подхода в профессиональный отбор и контроль соответствия требованиям профессиональной нормы до сих пор остается дискуссионным.

Несмотря на то, что усилия специалистов отчетливо проявляются в разработке и практическом использовании автоматизированных систем получения и анализа психофизиологических параметров, исследовательских прототипов экспертных систем диагностики и контроля работоспособности человека-оператора [58, 94,106, 110, 138,139], вопросы подхода в диагностике с использованием индивидуальной базы данных и индивидуальной нормы в границах средней профессиональной нормы еще не входят в круг обязательных медицинских исследований при решении задач профотбора и определения профпригодности. Помимо причин экономического плана, это связано с нерешенностью ряда научных задач. В частности, отсутствуют систематизированные исследования неизменного контингента операторов в течение времени, достаточного для получения индивидуализированной базы психофизиологических параметров и для расчета из неё значений индивидуальной нормы. Для определения эффективности использования индивидуальной нормы необходимо сравнение ее со средней профессиональной психофизиологической нормой. Для реализации такого рода исследований необходимо решение ряда методических проблем при разработке прототипа экспертной системы психофизиологического контроля человека-оператора на основе использования принципа индивидуальной нормы и математических методов дискриминантного анализа и теории распознавания образов. Отсутствие данных таких исследований дает основание оппонентам полагать достаточность подхода среднестатистической нормы в вопросах профессионального отбора и текущего контроля человека-оператора [29, 85].

Следует также отметить, что количественное определение отличия средней и индивидуальной нормы психофизиологических параметров человека-оператора ответственных профессий до сих пор не проведено. В частности, это объясняется тем, что в настоящее время практически отсутствуют накопленные автоматизированными психофизиологическими комплексами их индивидуализированные базы данных.

Особую актуальность данному исследованию придает значимое возрастание влияния личностного и человеческого фактора на безопасную эксплуатацию сложной военной техники в мирное время и эффективное ее использование в Вооруженных Силах в боевых учениях и в условиях локальных конфликтов. Перевод армии на профессиональную основу сопровождается еще большим увеличением требований к кадровым военным всех родов войск и, следовательно, дальнейшим развитием и углублением научно обоснованных методов профессионального отбора, контроля текущего психофизиологического состояния, прогноза работоспособности и успешности деятельности военного контингента [24, 91, 96, 100, 117, 135].

Если раньше основными задачами обеспечения БзП являлись анализ аварийной ситуации и разработка рекомендаций по их предупреждению после того, как ЛП произошло, то в настоящее время задача состоит в том, чтобы предвидеть возможности опасности и своевременно их предотвращать. Деятельность по предотвращению ЛП является составной частью, особым направлением в работе по обеспечению БзП.

Цель настоящей работы состояла в количественном исследовании индивидуальных норм функционального состояния диспетчеров УВД, комплексной объективизации оценки их текущего функционального состояния и в обосновании алгоритма использования принципа индивидуальной нормы как элемента в построении экспертных систем контроля функционального состояния человека-оператора ответственных профессий.

Для достижения этой цели было необходимо решить следующие основные задачи:

- количественно установить индивидуальные нормы функциональных состояний курсантов АГА и диспетчеров управления воздушным движением во время прохождения ими предсменного медицинского контроля в стартовом медпункте аэропорта Пулково-1;

- изучить возможность выделения в рамках средней психофизиологической нормы человека-оператора областей индивидуальных норм функциональных состояний курсантов АГА и диспетчеров УВД и значимости получаемых индивидуализированных различий;

- показать эффективность использования математических методов статистики в формировании индивидуализированной базы данных, решающих правил, метрик пространств психофизиологических признаков человека-оператора;

- разработать алгоритм количественной оценки индивидуальной нормы функционального состояния человека-оператора для совершенствования конструирования автоматизированных систем прогнозирования его работоспособности;

- создать и провести опытную эксплуатацию аппаратно-программного комплекса - исследовательского прототипа экспертной системы предсменного контроля человека - оператора на основе использования принципа индивидуальной нормы и методов статистического анализа.

Научная новизна работы

В результате проведенных исследований были получены экспериментальные данные о предсменном функциональном состоянии диспетчеров управления воздушным движением и на основе предлагаемого математического аппарата количественно установлена их индивидуальная норма.

На основе полученных экспериментальных данных и использования математических методов статистического исследования при формировании индивидуализированной базы данных, решающих правил, метрики пространств психофизиологических признаков человека-оператора в работе показано достоверное отличие индивидуальных совокупностей измеряемых психофизиологических параметров (индивидуальных норм) при предсменном контроле диспетчеров управления воздушным движением друг от друга в рамках средней нормы. Существенные отклонения от индивидуальной нормы для отдельно взятого диспетчера могут вписываться в среднюю норму.

Использование принципа индивидуальной нормы и методов статистического анализа позволило провести методическую разработку, создать и провести опытную эксплуатацию аппаратно-программного комплекса - исследовательского прототипа экспертной системы определения психофизиологического состояния человека - оператора. Исследовательский прототип экспертной системы позволил оценивать текущее функциональное состояние диспетчеров УВД по 10 психофизиологическим параметрам в течение двух минут и может служить инструментом для предсменного контроля человека-оператора ответственных профессий.

Теоретическая ценность выполненной работы состоит в разработке математического аппарата установления индивидуальной нормы функционального состояния человека-оператора по 10 измеряемым автоматизированным комплексом психофизиологическим параметрам. Математическими методами статистического анализа показана большая узость индивидуальной нормы по сравнению со средней нормой, а также теоретическая возможность значительного отклонения функционального состояния человека-оператора от его индивидуальной нормы в рамках средней нормы. Разработан алгоритм (программное обеспечение и технология предсменного контроля) использования принципа индивидуальной нормы как необходимого элемента построения экспертной системы контроля функционального состояния человека-оператора ответственных производств.

Практическое значение работы

В результате проведенных исследований была создана экспертная система предсменного контроля диспетчеров управления воздушным движением" Диспетчер -1". Экспертная система прошла экспериментальную проверку и внедрена в АГА. Её опытная эксплуатация проведена на базе медицинского пункта аэропорта ПУЛКОВО-1." Диспетчер -1" успешно демонстрировалась на специализированных авиационных выставках.

Результаты работы использованы также в лаборатории изучения влияния человеческого фактора на безопасность полетов АГА в исследованиях по теме - "Разработка методов использования персональных ЭВМ для оценки профессионально важных качеств специалистов службы движения ГА в целях профессионального психофизиологического отбора и контроля работоспособности при управлении воздушным движением'^, 64, 69, 70, 71].

При выполнении работы был сделан ряд методических разработок по психофизиологическим датчикам, системам ввода психофизиологической информации, контроля состояния человека-оператора, внедренных в практику и оформленных в виде изобретений и публикаций.

Положения, выносимые на защиту:

- целенаправленное исследование функционального состояния человека-оператора при предсменном контроле диспетчеров управления воздушным движением позволило создать математический аппарат установления их индивидуальной нормы на основе статистически достоверного определения средних значений 10 измеряемых психофизиологических параметров;

- использование математических методов статистики при формировании индивидуализированной базы данных, решающих правил, метрики пространств психофизиологических признаков человека-оператора позволило установить решающие правила для распознавания его текущего функционального состояния, разработать программное обеспечение и технологию предсменного контроля, выделять в рамках средней нормы различающиеся области индивидуальной нормы каждого человека-оператора при определении его функционального состояния;

- последовательное использование принципа индивидуальной нормы и математических методов статистики позволило создать и провести опытную эксплуатацию исследовательского прототипа экспертной системы предсменного контроля человека - оператора.

Полученные результаты докладывались на Всесоюзном симпозиуме "Время экстренной реакции человека - оператора и вопросы безопасности: теория, методы, приборы", Иваново, 22-24 октября, 1990; на Республиканской научной конференции "Автоматизированные системы реального времени для эргономических исследований", Тарту-Кяэрику, 28-29 сентября, 1988; на Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта", Москва, МИИГА, апрель, 1990; на VII Всесоюзной конференции П9 экологической физиологии; Ашхабад, 1989; на XVI Межрегиональном семинаре "Эргономика и эффективность систем "человек-техника"", Литва, Игналина, 1990; на Всесоюзном семинаре "Математические и вычислительные методы в биологии", Пущино, 18-21 сентября, 1985; на Всесоюзном симпозиуме "Регуляция сенсомоторных функций", Винница, 12-14 сентября, 1989; на Межведомственной научно-практической конференции "Интенсификация профессиональной

1а подготовки кадров в условиях ускорения НТП и повышения роли человеческого фактора", Кировоград, 1989; на Всероссийской научной конференции "Актуальные проблемы пограничной психиатрии", Санкт-Петербург, ВМедА, 1998; на заседании Санкт-Петербургского общества физиологов, биохимиков и фармакологов, секция авиационной и космической медицины, Санкт-Петербург, ВМедА, 29 января , 1999.

По теме диссертации опубликовано 20 работ. Полученные научные данные использовались при организации предсменного медицинского контроля диспетчеров управления воздушным движением в аэропорту ПУЛКОВО-1, а также в двух авторских свидетельствах на изобретение и 10 рационализаторских дредложениях, внедренных в Академии Гражданской Авиации.