ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР

Вопросы организации и разработки заданий

Появление промышленных роботов на рабочих местах вызыва­ет изменение требований к проектированию организационных структур, которые охватывают поведенческую, вычислитель­ную и организационную иерархии (рис. 7.4 и 7.5).

В успешно развивающихся организациях большой сложно­сти всегда используется иерархическая система управления, т. е. система, в которой цели (задачи), выбранные на верхнем
уровне, разбиваются на последовательности подзадач, переда­ваемых в один или несколько функциональных блоков на сле­дующем, более низком уровне иерархии. Каждый из этих бло­ков более низкого уровня производит декомпозицию поступив­шей на его вход команды в контексте информации, полученной по обратной связи из других блоков того же или более низких уровней или из внешней среды, и выдает последовательности подзадач группе подчиненных блоков. Эта же процедура по­вторяется на каждом следующем иерархическом уровне до тех пор, пока на самом нижнем уровне иерархии не будет сформи­рована последовательность примитивных действий, управляю­щих отдельными исполнительными механизмами — электродви­гателями, параметрами систем сервоуправления, гидравличе­скими клапанами или мышцами людей. Схема такой организа­ционной иерархии представлена в левой части рис. 7.5.

Одна из командных цепей организационной иерархии, по­казанной на рис. 7.5, слева, приведена в центре этого рисунка в виде вычислительной иерархии. Такая вычислительная иерар­хия состоит из трех параллельных иерархий — иерархии де­композиции задач, иерархии обработки сенсорной информации и иерархии модели мира. Иерархия обработки сенсорной ин­формации включает ряд вычислительных блоков, каждый из которых извлекает конкретные признаки и информационные образы, необходимые блоку декомпозиции задач на этом уров­не. Каналы обратной связи идут с каждого уровня иерархии обработки сенсорной информации на соответствующий уровень иерархии декомпозиции задач. Информация поступает по ка­налам обратной связи с того же или более низких уровней ие­рархии либо из внешней среды. Она используется модулями ■иерархии декомпозиции задач для упорядочивания своей вы­ходной информации и модификации функции декомпозиции таким образом, чтобы цели верхнего уровня были достигнуты, несмотря на влияние возмущений и появление непрогнозируе­мых событий во внешней среде.

Иерархия модели мира состоит из ряда баз знаний, гене­рирующих прогнозы, с которыми модули обработки сенсорной информации могут сравнивать поток наблюдаемых сенсорных данных. Прогнозы основываются на хранимой в базах знаний информации, к которой обращается задача, выполняемая в данный момент. Блоки обработки сенсорной информации мо­гут использовать информацию из баз знаний для выбора кон­кретных алгоритмов обработки, соответствующих прогнозируе­мым сенсорным данным, и информировать блоки декомпози­ции задач о всех различиях между наблюдаемыми и прогно­зируемыми данными (ошибках). Блоки декомпозиции задач могут в свою очередь сформировать отклики — изменить дейст-

Чпрщ І л/нтчі

Идем Ти Фи Катер партии, ОоіЄИ пар - фии, ооу - должлтеїу Насть Пре­рывания І Подране, Лениц

Фикатор

Партии,

Оазмерпар

"•ии, продол

Нситеібпості

Обработки

(Детал* на

Рабочем

"ЄСПЄ

Рис. 7.4. Обобщенная схема системы, применимая к широкому спектру ав - Лия Flj.

Имена прог - рамм, процеду­ра восстановления раВого - спобности. диагностич про­цедура, процед инициалам ции, процед выключения, ожид время операции, ожи

Даемаяреакция, Про­Вила Оезмасности

'" ' I 11 Г

Программа обработки данных

Простые задания для осСспа, ди Агностика, процедирс восстановления работоспособности, процедура инициализа­ции, процедура вй/клмчения, ожидаемое бремя операции, ожидаемаяреакция, лра$ила Sejonacmcmu

Томатизированных производств и расширяемая на более крупные ириложе-

Организационная Вычислительная иерархии

Иерархия

Вие так, чтобы привести наблюдаемые сенсорные данные в со­ответствие с прогнозируемыми, либо изменить входные данные для модели мира, чтобы прогноз соответствовал наблюдениям.

Любой вычислительный блок в иерархиях декомпозиции задач, обработки сенсорных данных или моделирования мира

Может быть представлен как конечный автомат. На каждом шаге по времени каждый блок считывает свою входную ин­формацию И в соответствии со своим текущим внутренним со­стоянием вычисляет выходной сигнал с очень малой времен­ной задержкой.

Если выходной сигнал каждого из блоков иерархии деком­позиции задач представить в виде вектора и изобразить его во - времени в векторном пространстве, то получится поведенческая иерархия, например, такая, как в правой части рис. 7.5. На указанном рисунке цель (задача) верхнего уровня (ПОСТРО­ИТЬ СИСТЕМУ ABCD) является входной информацией для верхнего уровня подзадач, из которых первой является подза­дача (СОБРАТЬ АВ). Эта «сложная» подзадача (команда) посылается в блок декомпозиции задач Я4. Блок Я4 произво­дит декомпозицию указанной «сложной» подзадачи в последо­вательность «простых» подзадач (ПОДАТЬ А), (ПОДАТЬ В), (СТЫКОВАТЬ В с А), (ПРИКРЕПИТЬ В к А). Блок Я3 про­изводит декомпозицию последовательно каждой из «простых» подзадач в цепочку «элементарных движений» вида (ПРИБЛИ­ЗИТЬСЯ к А), (ЗАХВАТИТЬ), (ПРИБЛИЗИТЬСЯ к X), (ОТПУСТИТЬ) и т. д. Затем блок декомпозиции Н2 вычисля­ет цепочку сегментов траектории в системе координат, зафик­сированной относительно рабочего пространства, захватного устройства робота или рабочего места. Сегменты траектории могут включать профили ускорения, скорости и замедления движения робота. В блоке Я1 каждый из этих сегментов тра­ектории преобразуется в угловые перемещения сочленения, а для выполнения требуемых движений задействуются приво­ды сочленения.

На каждом уровне блоки G выбирают информацию, необ­ходимую модулям Я иерархии декомпозиции задач. Блоки М генерируют прогнозы (ожидаемые значения) сенсорных данных на основе хранимых в базах знаний сведений об окружающей среде в контексте выполняемой задачи.

Применение подобного иерархического управления в произ­водстве иллюстрирует рис. 7.5. Здесь представлен информаци­онный поток от роботов в автоматизированной гибкой произ­водственной системе. Такие организационные структуры обра­зуют систему диспетчерского (супервизорного) управления, Т. е. систему, в которой производственные процессы и произ­водительность труда управляются операторами с помощью тер­миналов.

Архитектура, показанная на рис. 7.4, представляет собой обобщенную систему, которую используют в самых различных автоматизированных производствах; ее применение можно распространить и на другие области. Базовая структура явля­ется иерархической, причем вычислительная нагрузка распре­делена равномерно по различным вычислительным блокам на разных уровнях этой иерархии. На самом нижнем ее уровне находятся отдельные роботы, обрабатывающие центры с чис­ловым программным управлением, интеллектуальные датчики» роботизированные транспортные тележки, конвейеры и авто­матизированные склады, причем каждый из этих элементов может иметь собственную внутреннюю иерархическую систему управления. Эти машины сгруппированы в автоматизирован­ные рабочие посты, каждый со своим блоком управления. Не­сколько блоков управления постами могут быть сгруппирова­ны в цех и получать входные команды от его блока управле­ния и т. д. Такая иерархическая система управления может быть распространена на любое количество уровней с любым количеством модулей на каждом из них, какое потребуется.

В правой части рис. 7.4 показана база данных, которая со­держит программы обработки деталей для обрабатывающих центров, программы манипуляций деталями для роботов, по­лученные исходя из базы данных по конструкциям деталей, тре­бования к материалам, размеры и допуски, а также алгорит­мы и планы процессов, необходимые для разработки техноло­гических маршрутов, планирования, выполнения механической обработки и фиксации объектов. Эти данные генерируются си­стемами автоматизированного проектирования и автоматизи­рованного планирования процессов (САПП). Содержащая их база данных иерархически структурирована так, что информа­ция, требуемая на разных иерархических уровнях, доступна в любой момент, как только она понадобится.

В левой части рис. 7.4 изображена вторая база данных, со­держащая данные о текущем состоянии завода. Любая де­таль, участвующая в данный момент в производственном про­цессе на данном предприятии, имеет в этой базе данных соб­ственный файл, где хранятся информация о местоположении детали и ее ориентации, степени завершенности ее изготовле­ния, номере партии, в которую она входит, и данные контроля ка­чества. Эта база данных также имеет иерархическую струк­туру. На самом низком ее уровне положение каждой детали привязано к конкретному бункеру или столу. На следующем, более высоком уровне (автоматизированное рабочее место) по­ложение детали привязано к бункеру. На уровне участков ука­зано, на каком именно рабочем месте находится деталь. Про­цессоры обратной связи (см. левую часть рисунка) просматри­вают базу данных на каждом уровне и извлекают информа­цию, представляющую интерес для следующего, более высокого уровня. Управленческая информационная система позволяет обращаться с запросами к базе данных на любом уровне и оп­ределять текущее состояние любой детали или задания в це­хе. Она также может устанавливать или изменять приоритеты различных заданий.

В связи с такой организационной структурой возникает ряд важных вопросов:

(Перепечатано С Разрешения Общества инженеров-технологов из Proceedings of the 13th International Symposium on Industrial Robotics/Robots 7, Copyright 1983)

Разделение труда вертикальное горизонтальное Локальное распределение рабочей силы

Число рабочих мест, на которых выполняется задание ранг, присваиваемый заданию Социальные аспекты

Степень индивидуализации работы

Конфигурация рабочих помещений (например несколько изолированных рабочих мест в одной комнате)

Последовательная структура рабочего участка (например, ленточный конвейер)

Степень интегрированное™ объекта (например, производственный цех) Наличие групповой работы Зависимости

Функциональные временные или локальные Структура рабочего времени

Рабочие чаем (есть ли удлиненные смены?) перерывы и их очередность

Наличие приоритета временнйх интервалов над моментами наступления

Событий

Объем работы, который необходимо выполнить (все перечисленное отно­сится к ремонтному персоналу) Система обратной связи

По качеству, состоянию процесса производства и т. д. Диапазон и скорость передачи информации в цепи обратной связи Оплата труда

Система ранжирования заданий способ оплаты

Переходная система оплаты на случай изменения требований к рабочей Квалификации Планирование использования трудовых ресурсов В условиях избыточности рабочей силы При образовании новых рабочих мест при перегруппировке Согласно требованиям к квалификации Возможности продвижения по службе Развертывание трудовых ресурсов требуемый минимум ротация

Разбиение на бригады Руководство персоналом

Изменение потребностей в руководящем составе

Совместимость организационной структуры и потоков информации в ро­ботизированных и нероботизированиых системах Стратегия включения роботов в производственный процесс информационная политика включение рабочих в процесс роботизации

Участие рабочих, которых автоматизация затрагивает непесредетвенно

Каково оптимальное распределение функций между челове­ком, осуществляющим супервизорное управление (диспетче­ром), и ЭВМ?

Какова зависимость между числом машин, управляемых од­ним диспетчером, и производительностью всей системы?

Каким должно быть оптимальное число машин, которое можно поручить одному диспетчеру?

Каково влияние изолированного характера работы диспет­чера в компьютеризованной рабочей среде на качество его Жизни и интеллектуальное здоровье?

Предложенная выше стратегия организационной реконст­рукции, ориентированной на введение в производственные про­цессы промышленных роботов, игнорирует поведенческий фак­тор. Адекватная и полная стратегия реконструкции организа­ционной структуры и самих технологических заданий должна учитывать все факторы, указанные в табл. 7.7, и включать в фазу реконструкции любые оправданные изменения. Оконча­тельные выводы относительно реконструкции зависят от учета в данной организации факторов, перечисленных в табл. 7.8.