Целеуказание совместного управления в системе "человек-машина": моделирование и структуризация

Рассматривается категория "целеуказание" как верхний уровень совместного управления объектом в эргатической системе "человек—машина". Под целеуказанием понимается исходная потребность, которая предшествует планированию и исполнению управляемого движения некоторого объекта эргатической системы. Такое управление представляется как вариант ситуационного управления, определенного Д. С. Поспеловым на основе модели действий и ответных реакций человека-оператора и машины, принятой в инженерной психологии. Управляющему автомату системы придаются свойства, присущие человеку-оператору. Антропоморфизм управляющих действий используется в конструировании целеуказания управляющему автомату на множестве неполных представлений элементарных движений изображающей точки по траектории в пространстве состояний системы "человек—машина". Показано, что угловые точки траектории отмечают в пространстве состояний полные ситуации, смена которых вызывается сигналами дискретного антропоморфного управления. Смене ситуаций и элементарным движениям поставлены в соответствие элементарные цели и промежуточные цели в структурированной иерархии упорядоченной во времени полной системы целей целеуказания. Получены количественные оценки полной системы целей. Показана принципиальная возможность структурирования целеуказания на всем этапе эксплуатации жизненного цикла системы "человек—машина".
Описание принятого подхода к конструированию целеуказания сопровождается примером применения методов теории оптимального управления и экспертных мнений и оценок судоводителей для организации антропоморфного управления движением судна в условиях повышенной опасности. Приведены результаты анализа экспериментальных данных, по которым даны количественные оценки полных систем целей, реализованных в исполненных движениях судов при достижении главной цели — ввода судна в камеру шлюза. Аналогичные оценки для сравнения выполнены по шаблонам антропоморфного управления, разработанным для той же главной цели. Приведены итоги обсуждения полученных результатов исследования. Показаны возможности учета параметрических, сигнальных и координатных неопределенностей математических моделей для согл асования целеуказания с планированием антропоморфного управления движением судна.

1. Тырва В. О., Саушев А. В. Аналитический подход к конструированию совместного управления движением эргатической системы "судоводитель—судно" // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 9. С. 459—467.

2. Ющенко А. С. Человек и робот — совместимость и взаимодействие // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1 (2). С. 4—9.

3. Endsley M. R. The divergence of objective and subjective situation awareness: A meta-analysis // Journal of Cognitive Engineering and Decision Making. 2020. Vol. 14(1). P. 34—53.

4. Тырва В. О., Саушев А. В. О реализации совмещаемых управляющих воздействий на объект в системах "человек—машина" // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. № 21 (5). С. 274—281.

5. Tyrva V. O., Saushev A. V., Shergina O. V. Anthropomorphic Control over Electromechanical System Motion: Simulation and Implementation // Proceedings — 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon. 2020. P. 374—379.

6. Cataldi E. Set-based inverse kinematics control of an anthropomorphic dual arm aerial manipulator // 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE. 2019. P. 2960—2966.

7. Lee H., Kim H. J. Constraint-based cooperative control of multiple aerial manipulators for handling an unknown payload // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2017. Vol. 13, N. 6. P. 2780—2790.

8. Jimenez-Cano A. E. Modelling and control of an aerial manipulator consisting of an autonomous helicopter equipped with a multi-link robotic arm // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2016. Vol. 230, N. 10. P. 1860—1870.

9. Поспелов Д. А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука. Физ.мат.лит., 1986. 288 с.

10. Суятинов С. И., Булдакова Т. И., Вишневская Ю. А. Синергетическая модель ситуационной осведомленности человека-оператора в эргатических системах управления подвижными объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2022. Т. 23, № 6. С. 302—308. DOI: 10.17587/mau.23.302-308.

11. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Ситуационный подход в задачах автоматизации управления техническими объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 9. С. 563—578.

12. Endsley M. R. Situation Models: An Avenue to the Modeling of Mental Models // Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting Proceedings. 2000. Vol. 44 (1). P. 61—64. DOI: 10.1177/154193120004400117.

13. Ющенко А. С. Ситуационное управление и робо-тотехника // Материалы III Поспеловских чтений "Искусственный интеллект сегодня. Проблемы и перспективы". М., 2007. URL: http://www.posp.raai.org/?arch (дата обращения: 28.10.2019).

14. Гарькина И. А., Данилов А. М., Нашивочников В. В. Когнитивные модели эргамата // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 258.

15. Коренев Г. В. Цель и приспособляемость движения М.: Наука. 1974. 528 с.

16. Тырва В. О. Моделирование эргатической системы совместного управления движением судна // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2021. № 2 (66). C. 266—277.

17. Тырва В. О. Автоматизация эргатической системы "человек-машина" на основе применения в ней антропоморфного управления // Автоматизация в промышленности. 2021. № 2. С. 3—7.

18. Тырва В. О. Применение математических моделей для коррекции дискретных сигналов управления объектом эргатической системы // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2014. Вып. 1 (29). C. 171—178.

19. Тырва В. О. Совместное управление объектом в эргатической системе: модели и реализации // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2018. № 2 (48). C. 430—443.

20. Сурков А. В., Сухинин Б. В., Сурков В. В. Количество интервалов управлений оптимальных по быстродействию систем // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 1. 2010. С. 138—148.

21. Сухинин Б. В., Сурков В. В., Соловьев А. Э. Синтез оптимальных по быстродействию систем на основании использования теоремы об интервалах управления // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2010. № 2 (20). С. 57— 63.

22. Моисеев Н. Н. Элементы теории оптимальных систем М.: Наука, 1975. 526 с.