Введение

Структура методических указаний по выполнению лабораторного практикума: цель и задачи работы, информационные материалы (включая краткие теоретические сведения), методические указания по выполнению работы, библиография.

Порядок выполнения.

1. Изучить информационные материалы к занятию, включая рекомендованную литературу и лекции.

2. Выполнить работу согласно методическим указаниям.

3. Осуществить обработку полученных результатов.

4. Оформить отчет к работе.

5. Подготовиться к отчету – собеседованию с преподавателем по тематике работы (защите полученных результатов) или обсуждению результатов в студенческой группе.

Содержание отчета.

1. Цель работы. Постановка задач лабораторных исследований.

2. Этапы проведения, полученные результаты, анализ и выводы.

3. Ответы на контрольные вопросы (не менее 3), аннотации содержания информационных источников (100-200 слов по каждому).

Использование информационных технологий в процессе лабораторного практикума

Наименование программных средств

Цель применения в учебном процессе дисциплины

Exсel, Mathсard, GARM, MGUA, PC TOOLS, MATLAB, STATISTICA

Расчет статистических характеристик, построение графиков; Графический анализ результатов математического моделирования; Идентификация нелинейных структур математических моделей методом группового учета аргументов; Параметрическая идентификация множественной линейной регрессии и оценка адекватности по статистическим критериям; Переход из многомерного факторного пространства в двумерное; Расчет статистических и гармонических характеристик (включая энтропию) пульсограммы.

1. Оценка функционального состояния

Цель работы: овладение навыками количественной оценки, характеризующей функционального состояния человека с помощью синтеза комплексного показателя, чувствительного к утомлению.

Краткие теоретические сведения.

В современных биотехнических системах (БТС) эргатического типа надежность и эффективность деятельности оператора как управ­ляющего звена являются доминирующим фактором надежности системы в целом.

Чаще всего в качестве функционального состояния рассматрива­ется напряженность состояния оператора, определенным образом свя­занная с качеством его деятельности. Наиболее часто рассматривают такие характеристики как: уровень активации, утомление, эмоциона­льное возбуждение. Таким образом, в целом задача эргономической оценки может формулируется следующим образом.

Необходимо получить формализованное выражение зависимости воздействия эргономических факторов на качество деятельности и состояние опе­раторов в виде регрессионной модели: Q = f (C, S) , (1)

где Q - качество деятельности, C - сложность системы, S - состояние оператора.

Совокупность эргономических факторов, включающих конструкти­вные характеристики системы, параметры окружающей среды, условия работы и характеристики задач, можно выразить в виде значений фа­кторов, измеряемых физическими величинами. Для их преобразова­ния в факторы психологической сложности следует определить нагру­зки на каждый из факторов, которые определяют его степень влияния на качество деятельности:

С = С_о+ ∑(С_i*Х_i) , (2)

где С_i- нагрузка на фактор сложности i, Х_i - значение фактора сложности.

На первом этапе следует определить вид функциональной систе­мы, на который следует опираться при структурно-параметрической идентификации формулы (1). В качестве такового предлагается принять уро­вень активации или более общее понятие «ресурса». Под этим поня­тием отождествляются усилия, вкладываемые человеком в определен­ную деятельность, и рассматривают эти усилия как результат актива­ции тех функциональных систем организма, которые обеспечивают да­нную деятельность. Т.е. формула (1) принимает вид: Q = f( R ), где R - ресурс системы. Гипотетически можно предположить логис­тический характер данной зависимости: по мере роста R качество Q увеличивается до тех пор, пока либо ресурс не достигнет максима­льной для данного субъекта величины, либо условия работы окажут­ся такими, что выше определенного значения величина Q практичес­ки не меняется.

Предлагается следующий способ определения величины затрачи­ваемого ресурса (Ахутина В.М.). Оператор выполняет некото­рую задачу (работу) за фиксированное время Т. При этом, путем по­вышения уровня требуемого значения качества деятельности Q добиваются максимальной для данного оператора затрат ресурса Rmax. Затем оператору предлагается выполнить за то же время две задачи аналогичные первой (качество выполнения должно остаться тем же). Далее предлагается три задачи. Таким образом, имеем соответству­щие базовые точки на графике (Q₁,R_max), (Q₂,R_max/2), (Q₃,R_max/3),(0,0). Далее оператору предлагается выполнить две задачи: одну с фиксированным качеством Q₃, а другую с максимально возможным значением качеств Q₄, но так, чтобы общий затрачиваемый ресурс был равен R_max. Тогда согласно сделанным предположениям, имеем координаты четвертой точки (Q₄,2*R_max/3). Если данная точка при­надлежит апроксимированной кривой, то сформулированные предположения по искомой зависимости адекватно отражают действительность. В рамках предложенного подхода оценки функционального состояния напряженность деятельности следует определять как:

Z = R / R_{max ,} (3)

Отсюда хорошо видно, что Z зависит не только от затрат ре­сурса, но и от возможностей оператора, характеризуемых величиной Rmax, для данного типа ресурса.

В рамках этого же подхода утомление можно интерпретировать как уменьшение величины R_max в результате длительной и тяжелой работы и вычислить величину утомления по формуле:

, (4)

Зная, определенную эмпирически, функцию fуо можно прогнози­ровать момент времени, когда поддержание требуемого качества деятельности становится невозможным или маловероятным из-за развития слишком сильного утомления.

Одним из показателей, чувствительных к появлению начальной стадии умственного утомления, является комплексный показатель вида Кр = ( Н(фд) - Н(фд/rr) ) / Н(rr), (5)

где Н(фд) - энтропийная характеристика последовательности фаз ды­хания, Н(rr) - энтропийная характеристика кардиоинтервалог­раммы,нормированная относительно среднего значения, Н(фд/rr)- полная условная энтропия последовательности фаз дыхания отно­сительно последовательности кардиоинтервалов.

Порядок выполнения работы

1. Заготовить 10 квадратов размером 150х150. Внутри каждого квад­рата нарисовать на одинаковом расстоянии от центра четыре ок­ружности радиусом 20. Все полученные тренажеры должны быть идентичными.

2. Для оценки Q1_о и R_max поступаем следующим образом. Выполняется следующая задача: за 30 секунд поставить как можно больше точек в 4 кругах как можно равномернее, не дублируя и не выходя за пре­делы окружностей, обходя окружности по часовой стрелке, кисть ру­ки не опирается. Далее подсчитывается количество проставленных точек вообще (примем этот показатель за R_max) и количество то­чек попавших в окружности (его примем за Q₁).

3. За 30 секунд повторить п.2 одновременно работая с двумя квад­ратами. Подсчитать, соответственно Q₂, R₂ как среднее количество точек, попавших в круги в двух квадратах.

4. За 30 секунд проделать п.2 одновременно работая с тремя квад­ратами. Получить аналогичным образом координаты третьей точки.

5. Построить аппроксимирующую кривую.

6. На одном квадрате проделать п.2, но при этом задается количес­тво точек R_max , а время t фиксируется в ходе опыта. Под­считайте координаты Q₄ и R₄ и приведите их к тому же времени эксперимента, что и ранее (30 сек.). В данном опыте рекомен­дуется задать R_max на 40-50 % большее полученного в п.2.

7. Повторите п.6 с двумя квадратами и принципом проведения п.3. Получите, соответственно Q₅ и R₅.

8. Нанесите полученные результаты на кривую, выполненную в п.5.

9. Оцените визуально и по среднеквадратичному критерию насколько построенные кривые Q = f(R) адекватна (чем ближе четвертая и пятая точки к кривой, тем адекватнее) действительности.

10. Оцените логистический характер зависимости следующим образом: повторите эксперимент и зафиксируйте время Тmax, когда визуа­льно в ходе эксперимента испытуемый заполняет точками 80-90 % площади кругов без слияния точек. Определите Q_о = Q*30 / T_max R_о = R*30 / T_max. Отложите эту точку на графике, продолжите аппроксимацию кривой и сделайте выводы.

11. Оформите отчет о выполнении практической работы: краткие тео­ретические сведения, 10 экспериментальных тренажеров с резуль­татами, построенный график и выводы, краткие ответы на контрольные вопросы (не менее 5).

Примечание: между каждыми экспериментами старайтесь делать перерыв в 5-10 минут с гимнастикой для рук для обеспечения боль­шей чистоты опыта.

Контрольные вопросы:

1. Как осуществляется прогноз функционального состояния оператора в зависимости от нагрузки?

2. Каким образом может использоваться биологическая обратная связь для управления состояние оператора ЭВМ?

3. Каким образом фиксируется начало умственного утомления оператора в УБТС, в котором применяется вычислительная техника?

4. По какому закону нарастает утомляемость оператора ЭВМ?

5. Как влияет физическая нагрузка на утомляемость оператора?

6. Какие показатели изменения функционального состояния могут регистрироваться для оценки утомляемости оператора ЭВМ?

7. Как влияет утомляемость оператора ЭВМ на функционирование управляющей системы в целом?

Библиография

1. Вопросы кибернетики. Биотехнические проблемы человеческого фактора [Текст] / под ред. В. М. Ахутина. - М. : ВИНИТИ, 1991. - 152 с.

2. Компьютер и здоровье пользователя (http://www.nlr.ru/res/epubl/health).

3. Некоторые проблемы биологической кибернетики / пол ред. Берга А.В, Ахтина В. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 972,-404 с.

4. Оценка функционального состояния нервной системы [Электронный ресурс]: методические указания к проведению практических занятий по дисциплине «Физиология труда» … / Юго-Западный государственный университет ; ЮЗГУ ; сост.: В. М. Попов, Л. В. Шульга. - Курск : ЮЗГУ, 2012. - 12 с.

5. Способ компьютерной оценки функционального состояния тестируемого объекта /Патент Российской Федерации (http://ru-patent.info/21/00-04/2103722.html).

6. Рамендик, Д. М. Психологический практикум [Текст] : учебник / Д. М. Рамендик, О. В. Солонкина, С. П. Слаква. - 3-е изд., стер. - М. : Академия, 2006. - 160 с.

7. Функциональное состояние оператора (URL; http://vocabulary.ru/dictionary/896/word/funkcionalnoe-sostojanie-operatora).

8. Ушаков И.Б. Паттерны функциональных состояний оператора . М.: Наука, 2010 г. – 392 с.