Засоби відображення інформації та їх інженерно-психологічна оцінка



Сторінка1/2
Дата конвертації11.09.2017
Розмір0.54 Mb.
  1   2

ГЛАВА 4


ЗАСОБИ ВІДОБРАЖЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ

ТА ЇХ ІНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГІЧНА ОЦІНКА


4.1. Класифікація й характеристика

засобів відображення інформації
Засоби відображення інформації (ЗВІ) у цивільній авіа-ції можуть бути класифіковані за такими ознаками [10]:

– за цільовою функцією;

– за ступенем узагальнення даних;

– за часом, для якого видаються дані;

– за модальністю сигналів;

– за формою пред'явлення інформації;

– за функцією інформації;

– за характером пред'явлення інформації з часом;

– за характером інформації;

– за структурою сигналів;

– за типом інформації;

– за характером використання показань приладів;

– за виглядом шкали;

– за характером кодування інформації.

Зважаючи на те, що ЗВІ являють собою сенсорне поле інформаційної моделі, в подальшому будемо поряд з понят-тям ЗВІ оперувати поняттям інформаційної моделі (ІМ).

За цільовою функцією ІМ поділяють на ІМ для безпосе-реднього керування системою в польоті, для індикації стану елементів системи, а також для оцінки роботи системи.

Оператору в першу чергу слід видавати інформацію, яку він буде використовувати для безпосереднього керування в польоті. Розглянемо деякі параметри, які відображаються на засобах індикації, на прикладі системи пілотування.

Оператор на будь-якому повітряному судні повинен зна-ти його положення відносно центру мас (кут тангажу, крену, рискання і, в деяких випадках, їх похідні), а також відносно напрямку на Землю. Ця інформація потрібна для керування і контролю орієнтації, а також для стабілізації повітряного суд-на.

Для фіксації положення центру мас повітряного судна в просторі відносно наземного або повітряного об'єкта, а також місця посадки відносно заданої траєкторії над Землею, ІМ по-винна видавати оператору у будь-який момент польоту необ-хідні дані: висоту польоту, координати місця повітряного судна відносно вибраної системи координат, відстань до міс-ця посадки, бокове відхилення від заданого маршруту і дов-жину пройденого (або того, що залишився) шляху.

Рух повітряного судна по траєкторії ІМ повинен визна-чатись значенням і напрямком швидкості (абсолютної, шля-хової, повітряної), напрямком виходу на поворотний пункт маршруту, поточним часом та часом, який залишився для до-сягнення мети польоту.

До складу моделі повинні ввійти пристрої, які контро-люють параметри безпеки польоту: мінімальний і максималь-ний швидкісний напір, граничне значення числа М, макси-мально допустиме перевантаження, мінімальна висота польо-ту, аварійний запас палива і т.п.

Певна частина ЗВІ призначається для контролю роботи елементів (блоків) технічної частини системи (індикація ста-ну її елементів). Останнім часом, у зв’язку з запровадженням на повітряних суднах складних автоматизованих пристроїв для пілотування і посадки, ЗВІ розвиваються саме в цьому напрямку – застосування вмонтованих пристроїв, які контро-люють стан елементів і відображення цього стану на сенсор-ному полі ІМ.

Велике значення має також та частина ІМ, яка призна-чена для подальшої оцінки роботи системи і її елементів. Це так звана законсервована інформація – запас документованої на борту інформації, при використанні якої можна отримати уявлення: про характер зміни параметрів системи в процесі її експлуатації, про режими її роботи в попередніх польотах, про якість виконання системою цільової функції. Така інфор-мація дозволяє уточнювати термін служби обладнання, допо-магає уточнити помилки екіпажу, допомогає визначати при-чини інцидентів, аварій та катастроф.

Засоби відображення інформації пілотованого польоту повинні адекватно відображати характер роботи машини і стан об'єкта керування. Побудова адекватних ЗВІ є важливою задачею. Вони повинні містити лише ті властивості, відно-шення, зв'язки керованих елементів, які істотні для керування.

За ступенем узагальнення даних ІМ пілотованого польо-ту бувають трьох типів: детальними (диференціальними), за-гальними (інтегральними) та комбінованими.

Детальна модель містить докладні відомості про окремі параметри пілотованого польоту. При використанні детальної моделі оператор отримує точну кількісну оцінку стану окре-мих систем, підсистем та об'єктів, які входять до їх складу. Проте, щоб отримати якісну оцінку ситуації з детальної моде-лі, оператору необхідно витратити порівняно багато часу, що на сучасному повітряному судні не завжди можливо, тому, крім неї, використовують також загальні ІМ.

Загальна (інтегральна) модель дозволяє оператору швидко здійснювати якісну оцінку ситуації і негайно прий-мати принципові рішення відносно своїх дій. Проте загальна модель звичайно не дає кількісної оцінки параметрів роботи системи, тому ІМ повинна бути комбінованою, тобто містити елементи загальної і детальної моделі. Оператор, маючи у своєму розпорядженні таку комбіновану модель, може досить швидко отримати якісну оцінку ситуації, а за необхідності ви-користовувати також і елементи детальної моделі для кількіс-ної оцінки режиму роботи машини.

Досвід свідчить, що введення в детальну модель занадто великої кількості елементів може значно погіршити її власти-вості, а загальна модель, виконана надто абстрактною, може ввести оператора в оману.

За часом, для якого видаються дані, ІМ можуть бути по-ділені на такі, що видають минуле, поточне та майбутнє зна-чення параметрів.

В інформаційній моделі повинна бути зосереджена за-дана програма роботи машини, і модель повинна забезпечу-вати порівняння поточної ситуації з заданою, а також видава-ти команди для переходу від однієї частини програми до ін-шої. В окремих випадках ІМ повинна давати оператору по-точне значення параметрів, запам'ятовувати попереднє зна-чення деяких параметрів роботи, а також видавати поперед-жувальну інформацію, пов'язану з майбутнім станом ситуації.

При великих швидкостях польоту, швидкій зміні по-льотної ситуації і різноманітності задач, які стоять перед екі-пажем в польоті, успішно керувати повітряним судном і його функціональними системами у деяких випадках стає прак-тично неможливим. В цих умовах оператору може надати іс-тотну допомогу джерело прогнозуючої інформації про мож-ливий перебіг польоту і стан систем в майбутньому. Перед-бачення необхідності керуючої дії та її результату дозволить оператору точно і своєчасно розрахувати маневр керування повітряним судном, а також тією чи іншою його системою.

Як приклад прогнозуючого приладу, що враховує різно-манітність взаємопов'язаних факторів польоту, можна навес-ти прилад, лічильно-розв'язувальний пристрій якого безпе-рервно видає інформацію про наявну в даний момент від-стань. Ця наявна відстань залежить від загального запасу па-лива, від істинної швидкості і швидкості вітру, від витрати палива на набір висоти, від горизонтальної відстані при набо-рі висоти та зниженні і низки інших факторів. В умовах по-рівняно великих швидкостей польоту і дефіциту часу опера-тор для визначення наявної відстані у деяких випадках взагалі не зможе використати показання приладів і виконати необхід-ні обчислювальні операції навіть за завчасно визначеними за-лежностями.

Звичайно до складу таких приладів входять обчислюва-льні пристрої, програма функціонування яких визначається заздалегідь або вони функціонують відповідно до поточних значень параметрів системи, які визначають вихідний пара-метр, який прогнозують.

Однією з основних вимог до інформаційної моделі піло-тованого польоту є її пристосованість до того, щоб забезпечи-ти найбільш швидкий і безпомилковий перехід від пілотуван-ня з використанням моделі до візуального пілотування і нав-паки. Це важливо, головним чином, при посадці і зльоті.

Таким чином, ІМ забезпечує оператора інформацією про те, які поточний стан машини і якість виконуваних задач, чи відповідає фактичний режим функціонування заданому і наскільки точно виконується програма роботи, чи правильно працює технічна частина системи, що і як потрібно зробити для коригування роботи її елементів. Крім того, вона дозво-ляє своєчасно виявити можливі аварійні ситуації в роботі та інформувати оператора про наближення небезпечних або кри-тичних режимів, тобто інформаційна модель необхідна опера-тору для орієнтації, керівництва та контролю під час керуван-ня.

В кінцевому підсумку конструкція ІМ повинна забез-печити такі умови, за яких у оператора, сприймаючого інфор-мацію, створювався б специфічний динамічний образ роботи системи. Проте, для створення динамічного образу, крім ін-формації, яка надходить від інформаційної моделі, оператор, звичайно, повинен також використовувати свій досвід і знан-ня.

Динамічний образ системи грунтується на асоціатив-ності, що властиво мисленню людини. Сформований дина-мічний образ є основою для прийняття рішення про викорис-тання того чи іншого способу дії, що передається у вигляді команди.

В процесі польоту динамічний образ безперевно зміню-ється і, згідно з реальним станом і прийнятою програмою по-льоту, коригується оператором. Узагальнення й асоціації, от-римані в процесі керування польотом, зберігаються у пам'яті оператора і використовуються в подальшій діяльності.

Інформаційна модель формується з багатьох технічних пристроїв, які дозволяють по-різному кодувати інформацію, потрібну оператору для керування при реалізації тієї чи іншої програми польоту, а також здійснювати керування повітря-ним судном і його функціональними системами.

Формування інформаційної моделі та її розробка пов’я-зані зі значними труднощами. Вони обумовлені, зокрема, ба-гатоцільовим характером (в інформаційному сенсі) пілотова-ного польоту, який моделюють, і певними обмеженнями, що не дозволяє побудувати для конкретного повітряного судна адекватну модель, яка б повністю відповідала зразку, тобто характеру самого пілотованого польоту або характеру роботи системи.

Розглянемо тепер інформаційні моделі з точки зору мо-дальності їх сигналів.

Сигнали, які адресуються аналізаторним системам, по модальності можуть бути поділені на три групи: зорові, слу-хові та їх комбінації. Що стосується сигналів, які адресовані іншим аналізаторам оператора (температурному, тактильно-му, вестибулярному, больовому), то вони в інформаційних моделях сучасних повітряних суден практично не використо-вуються. З цього, звичайно, не слід робити висновок, що в по-льоті зазначені аналізатори взагалі не використовують при керуванні повітряним судном і його системами. Це не так, деякі з них оператор використовує для відтворення динаміч-ного образу польоту.

До зорового аналізатора оператора адресується переваж-на більшість технічних пристроїв інформаційної моделі. До них належать візуальні прилади, а також світлові й кольорові сигналізатори.

Зі слуховим аналізатором взаємодіють різні звукові при-строї, функціонування яких грунтується на використанні ви-соти звуку, гучності, тривалості, частоти тощо.

В СОМС звукові сигнали найчастіше використовують для передачі:

– простих повідомлень, які трактуються однозначно;

– аварійних, – які вказують на небезпечне порушення режиму роботи системи або появу небезпеки ззовні;

– застерігаючих від використання системи, не підготов-леної належним чином або розрегульованої внаслідок помил-ки оператора, яка допущена при керуванні нею;

– інформуючих про завершення певного етапу роботи системи або закінчення інтервалу часу;

– таких що, нагадують про необхідність виконати відпо-відну дію.

Широкому практичному використанню слухового кана-лу для передачі оператору повідомлення про стан параметрів системи часто заважає високий рівень зовнішнього шуму, а також завантаженість цього каналу зовнішніми командами. Так, наприклад, пілот звуковий сигнал найчастіше викорис-товує для радіообміну і прийому рідких або аварійних сигна-лів. Використання інших каналів доцільно за умови переван-таження основних каналів, а також для сигналізації спеціаль-ного характеру.

Характер сигнальних подразників повинен відповідати темпу виконуваної роботи. Так, наприклад, цифрові сигналь-ні позначення мало придатні для роботи в напруженому тем-пі. Виявляється, що ефективнішими в цих умовах є сигнали у вигляді фігур і кольорів, і особливо, – так звані сигнали-інст-рукції, що безпосередньо підказують оператору, як діяти.

За формою пред'явлення інформації існують ІМ, які за-безпечують зчитування:

– кількісне, яке дає оператору кількісні значення пара-метрів, більшість таких приладів – з оцифровкою;

– якісне, яке дозволяє оператору визначати напрям змі-ни керованого параметра або параметра, який контролюють (наприклад, індикатор відхилення центра мас повітряного судна від курсоглісадної зони посадки;

– контрольне, що показує два стани параметра, який пе-ревіряють (норма – не норма, так – ні, працює – не працює), такі пристрої широко використовуються в авіації.

За функцією інформації ІМ поділяють на дві групи:

– ІМ, що видають цільову інформацію, яка відображає мету керування, – кінцеву точку, яка повинна бути досягнута (наприклад, звуковий сигналізатор точки на місцевості, яку пролітають);

– ситуаційні, які в свою чергу, поділяють на три під-групи:

а) з орієнтовною інформацією, які показують, що робить людина-оператор (наприклад, сигнальні лампи свідчать про виконання того чи іншого завдання; силует літака в авіаго-ризонті показує, що створюється крен літака у зв'язку з діями пілота;

б) зі спрямовуючою інформацією, яка показує, що пови-нен робити оператор (наприклад, автоматичний радіокомпас показує пілоту, в якому напрямку і на який кут слід розвер-нути літак, щоб виконати політ точно на радіостанцію; ко-мандний – директорний прилад показує, що пілот повинен робити в даний момент, щоб оптимальним шляхом вписатися в задану траєкторію і перебувати на ній);

в) з кількісною інформацією, яка характеризує якість виконуваних оператором операцій (наприклад, показання по-кажчика швидкості при переході з однієї швидкості на іншу, показання покажчика крену в авіагоризонті).

За характером пред'явлення інформації з часом інфор-маційні моделі можуть бути безпрерервними, дискретними та інформаційними, які видають інформацію за запитом.

Більшість приладів ІМ повітряного судна дають опера-тору інформацію протягом усього періоду польоту, тобто без-перервно. До елементів ІМ другого типу належать деякі ра-діонавігаційні прилади, які вмикають лише для визначення координат місця. В деяких випадках може здійснюватися пос-лідовне "опитування" приладів для визначення параметра, який контролюють (автоматично або за бажанням оператора). Такі пристрої видають інформацію за запитом. До них нале-жать, наприклад, вимірювачі палива по групах баків, вимірю-вачі типу вольтамперметрів та ін.

Приладні панелі ІМ повинні дозволяти оператору виби-рати інформацію, яку він бажає мати, вибирати програму ро-боти, аналізувати інформацію, яку він отримує.

Для запиту інформації можна використовувати різні пристрої: клавіатуру, логічні комутаційні панелі тощо. Ко-манда на відтворення нових зображень на інформаційній мо-делі може надходити зразу ж після отримання нової інформа-ції, (у завчасно визначені інтервали часу), але тільки за запи-том, після отримання особливо важливих повідомлень.

За характером інформації авіаційні ІМ поділяють на та-кі, що видають довідкову, попереджувальну, підказуючу та командну інформацію. Перші три типи джерел інформації докладного опису не потребують: їх назва відповідає змісту.

Розглянемо докладніше ІМ з командним (директорним) принципом видачі інформації. Інерційність об'єкту керування, яким є повітряне судно, дефіцит часу і вимушено швидкий темп деяких етапів польоту потребує командного (директор-ного) керування, яке підвищує точність виконання завдання, спрощує до мінімуму функції керування, а керування здійс-нюється не за кінцевою реакцією (інтегральному значенню), а за початковою реакцією повітряного судна на керуючу дію.

Оператор вивільнюється від необхідності виконувати складні математичні й логічні операції, він керує літаком ли- ше за допомогою стрілки командного приладу.

Директорні прилади (рис. 4.1) видають пілоту інформа-цію вже в обробленому, узагальненому вигляді – типу "угору-униз", "ліворуч-праворуч". Іноді ці прилади називають "век-торними", оскільки вони показують напрям дії оператора.

Індикатор дирек-

Порівню- торного приладу

вальний

пристрій




Об'єкт керування




Поточне значення параметра




Обчислювач необхідного значення параметра




Рис. 4.1. Блок-схема командно-директорного приладу

Для того, щоб пересвідчитись, що літак перебуває на заданій траєкторії, зіставляти показання вимірювальних при-ладів оператору вже не потрібно; він повинен лише, діючи на елерони (для виходу на траєкторію в горизонтальній пло-щині) і на руль висоти (для виходу на траєкторію у вер-тикальній площині), виконувати команду – директиву при-ладу.

Використання директорних приладів значно спрощує вихід повітряного судна на задану траєкторію і утримання йо-го на траєкторії, проте, не виключає застосування звичайних вимірювальних приладів і приладів відхилення, оскільки за директорним приладом оператор не може визначити поло-ження повітряного судна відносно горизонту й заданої траєк-торії. Утримуючи командні стрілки на нулі, оператор не може бути впевнений, що літак перебуває на заданій траєкторії: ну-льове показання стрілки свідчить лише про те, що він пра-вильно виходить на траєкторію (або перебуває на ній після виходу).

Звичайно командний прилад має дві взаємно перпенди-кулярні стрілки. Утримування вертикальної стрілки на нулі забезпечує витримування заданої траєкторії в горизонтальній площині, а горизонтальної – у вертикальній.

Командна індикація може бути виконана у вигляді сис-теми, яка умовно називається запит-відповідь. Наприклад, для командного приладу, який визначає правильне виконання команд при виході на траєкторію в горизонтальній площині, може бути використана одна нерухома шкала поперечного крену з двома незалежними рухомими індексами – заданого крену (визначається обчислювачем приладу) і фактичного крену. Виконання команди оператором полягає в тому, щоб утримувати обидві стрілки суміщеними одна з одною. Така індикація, на відміну від інших, дозволяє сумістити в одному приладі командну й вимірювальну інформацію.

Експериментальні дослідження директорних приладів зі стрілочною індикацією показали, що робота з ними потребує повної зосередженості щодо спостереження за стрілками (планками) директорного приладу. Проте в умовах дефіциту часу (наприклад, при заході на посадку і посадці, коли пот-рібно чітко розподіляти увагу між приладною дошкою і на-земними орієнтирами) виконання великої кількості моторних функцій, стримування почуття страху при зустрічі з землею і т.п., ефективність використання такого приладу дещо знижу-ється.

За структурою сигналів ІМ поділяють на позиційні, ін-тегральні й такі, що пред'являють першу і другу похідні пара-метра, який контролюють .

У зв'язку з тим, що при керуванні деякими системами повітряного судна необхідно безперервно слідкувати за пара-метрами, за їх періодичною або циклічною зміною (напри-клад, зміна кута тангажу при великій швидкості на малих ви-сотах), слід використовувати прилади контролю з певною структурою вихідних сигналів. В авіації найбільш успішно використовують прилади контролю, які видають оператору позиційні сигнали керованого параметра, першої і другої йо-го похідних, а також інтеграла. При спільному використанні таких приладів оператор звертатиметься до них не так часто. Зокрема, для вимірювання параметрів польоту повітряного судна в горизонтальній площині використовують прилади ви-мірювання кутів крену – , курсу – та бокового відхилення від траєкторії – .

За типом інформації, яка надходить до оператора, ін-формаційні моделі поділяють на три групи: вимірювальні, відхилення та комбіновані.

Вимірювальні прилади показують оператору лише мит-тєве значення – величину певного параметра, а оператор уза-гальнює й аналізує ці показання. Тому деякі вимірювальні прилади, особливо за умови дефіциту часу і порівняно вели-кій їх кількості, не повністю забезпечують надійний і точний контроль складної машини.

Основні пілотажно-навігаційні прилади (авіагоризонт, компас, висотомір, варіометр, покажчик швидкості), багато індикаторів радіотехнічних систем, астрономічні прилади, а також прилади контролю силової установки, є найпростіши-ми вимірювачами окремих параметрів режиму польоту. Про-те, деякі вимірювальні прилади такого типу використовують і на сучасних повітряних суднах при польотах поза видимістю горизонту, Землі і земних орієнтирів. Ширшає застосування так званих попереджувальних (прогнозуючих, передбачаю-чих) приладів.

Інший тип ІМ керування становлять прилади, які вимі-рюють відхилення параметра від його заданого значення. Та-кий прилад складається з датчика, що вимірює поточне зна-чення параметра, задатчика, порівнювального пристрою та покажчика (рис. 4.2).








Порівнювальний пристрій













а

Поточне значення параметра








Задане значення параметра



б





Рис. 4.2. Схема індикації приладу відхилення з порівню-вальним пристроєм (а) і без нього (б)

Прилади відхилення можуть мати індикацію двох типів. Прилад першого типу показує величину відхилення поточ-ного значення параметра від заданого. Оператор повинен су-містити рухому стрілку з нерухомим індексом і таким чином виконати необхідну програму, тобто вирівняти поточне зна-чення параметра з заданим. Інший тип індикації, який не пот-ребує порівнювального пристрою, передбачає визначення по-точного й заданого значень параметра за допомогою двох ру-хомих індексів і за однією з шкал, наприклад, за нерухомою. У цьому випадку завдання оператора полягає в суміщенні цих двох індексів. Шкали індикаторів в обох випадках градуюють в одиницях параметра, який вимірюється.

Задане значення параметра може бути цілком визначе-ним і незмінним або змінюватися за певною програмою.

Прикладом приладу з індикацією першого типу є покаж-чик авіаційного гіромагнітного компасу. В цьому приладі за допомогою спеціальної кремальєри механізм вимірювального пристрою можна повертати на різні кути. Якщо пілот хоче ви-тримати якийсь заданий курс (при польоті за маршрутом або при посадці), то він повертає механізм покажчика на кут, при якому спеціальний індекс встановлюється на необхідний курс звичайно у верхній частині шкали. Завданням пілота є підтри-мування напряму поздовжньої вісі повітряного судна таким, щоб істинний курс, який імітується силуетом повітряного судна, збігався протягом певної фази польоту з цим заданим курсом.

Прилад з індикацією другого типу являє собою меха-нічне поєднання звичайного вимірювального приладу (висо-томіра, покажчика швидкості, варіометра) з пристроєм, який показує на тій самій шкалі задане значення параметра, яке встановлюється за бажанням пілота або автоматично – згідно з планом польоту. Такі прилади можуть бути використані і в маршрутному польоті, і при зльоті, і при посадці, тобто під час виконання програмних фаз атмосферного польоту.

Для вимірювання величини неузгодженості вимірюва-ного значення параметра з заданим прилади з круглими шка-лами виявляються мало придатними (наприклад, тристрілоч-ний висотомір став би шестистрілочним, надто складним для сприймання). Цифрова індикація таких приладів також недос-татньо ефективна, оскільки при визначенні відхилення пара-метра увага оператора розпорошується і йому важко зосере-дитися для швидкої реалізації дій, які диктують цифрові ко-манди, особливо при дефіциті часу.

У зв'язку зі збільшенням кількості параметрів, які конт-ролюють, і дефіцитом місця на приладній дошці використо-вують поєднання в одному корпусі декількох вимірювальних систем. Це не тільки дозволяє зекономити площу на при-ладній дошці, але й зменшує час на зчитування й сприймання показань приладів. Цей час визначається за формулою:

де k – кількість приладів (стрілок, індексів і т.п.); ni – періо-дичність контролю – кількість спостережень приладу (стріл-ки, індекса та ін.); ti – час, необхідний для оцінки показань приладу; і – час, необхідний для переведення погляду з одного приладу на інший; ts – час спонтанного відволікання оператора.

В наведеній формулі величина ni зменшується зі збіль-шенням ступеню автоматизації системи керування, а величи-ни й зменшуються при поєднанні приладів в одному корпусі.

  1   2


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка