Увеличение объемов добычи полезных ископаемых влечет за собой не только спрос на горнодобывающую технику, но и поддержание большого парка действующих горных машин на требуемом техническом уровне, что является приоритетной составляющей эффективной работы отечественных горных предприятий. Это сопряжено с решением целого комплекса вопросов, которые позволят вывести горнодобывающую промышленность по эффективности, производительности и безопасности на качественно более высокий уровень.

Для этого необходимо выполнение следующих условий: техническое перевооружение отрасли, путем внедрения нового, более производительного горного оборудования; эргономическая поддержка потребительских свойств продукции горного машиностроения на этапах ее создания и эксплуатации; разработка новейших технологий переработки добытого сырья и природных ископаемых; повышение квалификации персонала горных предприятий всех уровней [1-3].

Изучение публикаций, а также анализ отечественного и зарубежного опыта эргономических исследований и разработок дает основания для заключения в необходимости проведения дальнейших исследований с целью формирования и систематизации научно-методической базы создания высококачественной, безопасной и конкурентоспособной продукции горного машиностроения.

Происходящие изменения в горном производстве выявляют проблемы эффективного функционирования системы «человек – горная машина – среда» (ЧМС) с учетом конкретных производственно-технических, горно-геологических, природно-климатических и социально-экономических условий, а возросшая интенсивность производственных процессов и динамичность условий взаимодействия элементов человеко-машинной системы изменяют требования к оптимальному сочетанию способностей человека и технических возможностей машины.

В связи с этим к наиболее актуальным проблемам в данной области можно отнести:

• обоснование, разработка и уточнение эргономических требований к средствам, организации и условиям деятельности человека-оператора;
• обобщение, систематизация и использование опыта эргономических исследований и разработок в интересах учета человеческого фактора при создании и эксплуатации машин;
• эргономическое проектирование операторской деятельности с учетом прогноза комплексного влияния факторов деятельности на профессиональную надежность человека-оператора;
• эргономическая оптимизация процессов, средств и условий деятельности человека-оператора, основанная на прогнозных методах оценки ее эффективности в различных условиях эксплуатации.

В статье остановимся на научной составляющей при разработке системы эргономического обеспечения горных машин и достигнутых практических результатах.

Теоретические представления о природе человеческих факторов в технике определяют структурную схему формирования целостной эргономической характеристики системы ЧМС как эргономичность. Эргономичность является критериальной категорией качества продукции, рассматриваемой в концепции управления эргономическим уровнем качества (эргономичностью) продукции (УЭКП) как объект управления. УЭКП – системно структурированный процесс, базирующийся на совокупности взаимосвязанных научно-теоретических принципов и положений, а также методов и средств их реализации, направленных на достижение в рамках менеджмента качества требуемой эргономичности [4, 5].

Эргономичность горной машины представляет собой многофакторную и многокритериальную систему с качественными и количественными характеристиками, и иерархическим их представлением. В ходе проведенных исследований нами предложен и адаптирован математический аппарат нечеткой логики и теории нечетких множеств для создания научно-методологических подходов обработки аналитической информации в условиях неопределенности и разработки математических моделей для описания, оценки и управлению эргономичностью горных машин, позволяющий аналитически работать с трудно формализуемыми качественными параметрами.

Важнейшей особенностью жизнеспособности любой теоретической концепции является ее реализация и поддержка в соответствующих программных продуктах. В настоящее время активно формируется мировой рынок коммерческих программных продук­тов для работы с нечеткой логикой, представлено более 100 пакетов прикладных программ. Среди представленных пакетов наибольшей универсальностью обладают FuzzyTECH и расширение Fuzzy Logic Toolbox for MatLab. Выбор программного обеспечения  MATLAB в качестве основного программного продукта для исследований обусловлен наличием и установленной лицензионной версии в центре информационных технологий ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» [5, 6].

Таким образом, нами достигнуты следующие научные результаты:

-предложен метод математической формализации информации в терминах нечетких множеств, позволяющий адаптировать математический аппарат теории нечеткой логики для приложения к предметной области исследования эргономичности горных машин.

-создан комплекс алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений основанный на формализации информации в терминах нечеткой математики, отличающиеся возможностью агрегирования разнородных эргономических показателей.

-определена возможность ранжирования горных машин по критерию эргономичности с использованием метода анализа иерархий.

-разработана концептуальная модель построения аппаратно-программного обеспечения тренажерно-обучающей системы.

С использованием современных информационных технологий Fuzzy Logic Toolbox for MatLab автоматизированы и подготовлены к практическому использованию на ПК математические модели системы поддержки принятия решения по определению уровня эргономичности горных машин (табл.) [7, 8].

Таблица

Для успешного решения прикладных задач эргономической оптимизации процессов, средств и условий деятельности человека-оператора нами созданы программные продукты [9-11]:

-для  интерактивного проектирования рациональной компоновки элементов рабочего места машиниста карьерного экскаватора с учетом антропометрических признаков человека (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661208);

-для обеспечения профессиональной надежности человека-оператора – тренажер подготовки операторов горных машин и комплексов (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2013661738).

Подготовлена к государственной регистрации программа для ЭВМ «Численное моделирование оптимального выбора горных машин с учетом эргономического обеспечения», которая базируется на методе анализа иерархий.

Единственный способ получения измерительной информации – это сравнение размеров опытным путем. Известно всего три способа сравнения размеров:

- рассмотрение неравенства величин (данный способ самый простой, позволяющий лишь узнать какая величина больше или они равны, применим для рычажных весов);

- разность величин (позволяет рассчитать на сколько одна величина больше другой)

- отношение величин (самый информативный способ, показывает во сколько отличаются данные величины).

Выбор способа зависит от поставленной цели, ведь иногда полная измерительная информация не требуется. Согласно трем вышерассмотренным способам можно указать три вида измерительных шкал, соответственно

- шкала порядка, на которой математические операции не определены;

- шкала интервалов, где не определено начало отсчета, и определены только математические операции сложения;

- шала отношений, определяет все математические операции. [7,8]

Во время процедуры измерения на результат влияет ряд факторов, под влиянием которых точный контроль и учет не возможны. Ниже рассмотрим некоторые из них. Одним из таких факторов является наличие скрытого дефекта у средств измерений. К примеру, не стопроцентное соответствие нанесенных отметок на шкалах соответствующим измеряемым величинам. Особое внимание следует уделить быстропеременным процессам. Средства измерений  не успевают достаточно точно отслеживать и фиксировать изменения входного сигнала, что приводит к искажению выходного сигнала. Очень важную роль играет психофизическое состояние оператора, выполняющего измерение. На психофизическое состояние оператора влияют слух оператора, острота зрения, сосредоточенность, уравновешенность, внимательность, самочувствие и т.д. Данный фактор относится к факторам, влияющим на процедуру, в процессе измерения, следовательно, мы можем лишь скомпенсировать его.

Психофизическое состояние оператора определяется восприятием измерительной информации. Восприятием называется процесс, который протекает в нервной системе оператора, с помощью восприятия оператор собирает информацию об окружающей среде. Восприятие относится к динамическим процессам, и из-за того, что оно зависит не только от свойств сигнала, то присутствует возможность искажения, недостверности информации. Отличают несколько этапов восприятия: обнаружение, идентификация и интерпретация. Данные этапы не зависимы друг от друга,  информация может получаться из одного или нескольких этапов. Процесс в котором оператор  осознает только наличие сигнала, называется обнаружением. Идентификация – это процесс который отличает обнаруженный сигнал от других сигналов, интерпретация – это комбинация процессов восприятия и познания, в результате чего выясняется содержание и значение сигнала. [6]

Во время выполнения измерения для компенсации некоторых факторов можно использовать метод симметричных измерений, результаты измерения симметричны относительно середины интервала по времени. Идея данного метода заключается в том, что величину, в течении некоторого времени, измеряют несколько раз, а затем принимают рассчитанную полусумму отдельных результатов. Шумы и случайные внешние помехи способствуют разбросу полусумм, но воздействие будет аналогично значению в середине интервала, благодаря  методу симметричных измерений. Так же можно компенсировать влияющие факторы используя методы замещения, противопоставления и  компенсации по знаку.

Средства измерений должны размещаться в соответствии со стандартами. Расположение средств измерения определяется физиологическими и функциональными свойствами оператора. Количество одновременно наблюдаемых средств отображения может быть ограничено из-за ограниченности поля зрения оператора. Необходимо что бы оператор мог иметь доступ к беспрепятственному обзору. Для того что бы оператор лучше распознавал считываемую информацию желательно использовать черно-белое изображение, в некоторых случаях приемлемо использование цветных индикаторов.

Для того что бы исключить ли уменьшить возможность ошибки изображение средства отображения измерительной информации должно соответствовать требованиям, изображение должно быть:

1) контрастным

2) применение различных цветов

3) применение различных шрифтов

Скорость и точность восприятия, так же не должны оставаться без внимания. Согласно стандартам,  соотношение контрастов на дисплее должно быть как минимум три к одному, в то время как рекомендуемое соотношение шесть к одному.

Отображаемые знаки, в частности буквы и цифры рекомендуется выбирать простой и преимущественно известной формы, они должны быть контрастны и  читаемы. Для этого важны их размер, используемые растры расстояние между знаком и глазом. Рекомендуемые значения:

1)                      пригодны 5х7 и 7х9 точечные растры;

2)                      ширина изображаемого знака должна находиться в диапазоне от 60 до 80% высоты знака. Если оператор смотрит на индикатор не под прямым углом, и поверхность  объекта закруглена, то ширина знака составляет от 80 до 100% его высоты;

3)                      расстояние между буквами от 20 до 50% ширины знака, а между словами от 100 до 150% ширины знака.

Оптимальное расстояние (l) от глаз оператора до шкалы рассчитывают по формуле (1):

,     (1)

 где h – высота отображаемого знака;  α – угол зрения, как правило α=( 40-50)’.

Деления средства измерения должны соответствовать точности передачи информации и требуемой точности измерений.     Диапазоны шкал должны соответствовать диапазонам измерений. По требованиям измерительный прибор  должен размещаться в поле зрения оператора, таким образом что бы дана зона ограничивалась углами ±30° от оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях (см. рис.1). [3,4]

Для того что бы различать отметки шкалы,  необходимо время равное 0,03с при угловом размере 30-40′, а с размером 3-6′ – время достигает 0,3 с. По данным профессора М.В. Маликова, неточность глазомерного отсчета по шкалам измерительных при6оров достигает ±0,1 деления шкалы, это зависит от индивидуальных особенностей операторов, таких как реакция, измерительные навыки и т. п. [2,7]

Рисунок 1 – Задача обнаружения сигнала

 Выбор средства измерения зависит от их применения. Проводится три вида наблюдений, при пользовании средства измерения: считывание;  контрольное считывание; наблюдение за изменениями измеряемой величины Наблюдения часто требуются проводить одновременно. Считывание измеряемого значения – это задача восприятия, при которой понимается показанное значение. Для того что бы считывание было максимально точным нужно, что бы скорость считывания было достаточно мала. В дискретных средствах измерения значения не должны меняться более двух раз в 1 с. Контрольное считывание, это операция, при которой за короткий промежуток времени происходит проверка соответствия отображаемых значений. Так же определяется направление и скорость изменения отображаемой информации.

Обобщая выше сказанное, стоит отметить, что очень важно соблюдать эргономические требования при разработке средств измерения, это позволяет оператору максимально точно воспринимать измеряемую информацию, что в свою очередь повышает качество технологического процесса.