Def. Ценность информации - количественная мера снижения неопределённости в способах действия (способах решения задачи).

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 19

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

По М.М.Бонгарду. В исходной ситуации существует N способов действия; мы получаем сообщение q, содержащее информацию I_q, в результате чего вероятность найти правильный способ составила р*.

Тогда: априорная энтропия Н_О = - log₂N ü (7)

апостериорная энтропия Н* = Н(p*|q) = - log₂ (p*|I_q) þ

Ценность информации

I_Ц = Н_О - Н(p*|q) = - log₂N + log₂ (p*| I_q) (8)

В целом значимость, ценность технологической информации изменяется в порядке убывания в такой последовательности.

1. Аварийные сигналы.

2. Тревожные (предаварийные) сигналы.

3. Информация о качестве продукции.

4. Информация об эффективности отдельных стадий и всего производства в целом: выходы продуктов, расход ресурсов, отходы и потери.

5. Отклонение значений важнейших для эффективности процесса технологических параметров от технологических норм.

6. Отклонение значений прочих технологических параметров от технологических норм.

7. Значения важнейших для эффективности процесса технологических параметров в пределах технологических норм.

8. Значения прочих технологических параметров в пределах технологических норм.

3.2. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

По характеру информацию можно разделить на два класса.

3.2.1. “Индикационная” информация.

Это сообщения о факте наступления или ненаступления события. Например, срабатывание звуковой или световой аварийно-тревожной сигнализации; или визуальное наблюдений качественных изменений в состоянии продукта либо в ходе процесса.

Информация таких сообщений обычно невелика: один - несколько бит. А вот ценность может быть чрезвычайной.

Например, если при ведении процесса нуклеофильного галогенирования тионилхлоридом в смотровом фонаре наблюдается прекращение выделения SO₂, то это означает, что либо нужно загрузить в реактор новую порцию реагента, либо, что процесс завершён и нужно осуществлять последующие технологические действия. Т.е. из десятков вариантов действий остаётся два-три: ценность информации достигает десяти бит. Аварийный сигнал вообще предписывает один вариант действий из сотен, тысяч и десятков тысяч возможных- ликвидация аварии: ценность информации составляет десятки бит.

Источники такой информации - органы чувств человека и различные сигнализаторы.

3.2.2. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ.

Это получаемая с помощью различных средств измерения (СИ) и методик выполнения измерений (МВИ) количественная информация о свойствах веществ и продуктов, состоянии оборудования и внешней среды, о ходе процесса и т.д.

Конкретная измерительная информация всегда характеризует значение одного измеряемого параметра. Для получения информации о контролируемом объекте в целом и для принятия решений требуется измерять многие параметры и сопоставлять, анализировать данные.

Отсюда видно основное отличие измерительной информации: объём её может соста-

влять многие сотни и тысячи бит, но ценность, как правило, не превышает десяти бит.

ИСТОЧНИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Это разнообразные СИ, применяемые согласно соответствующих МВИ. По характе

ру представления данных все источники можно разделить на четыре группы.

1. Аналоговые СИ.

Представляют измеряемую величину неким зримым аналогом: положением и перемещением указателя в поле проградуированной шкалы измерительного прибора (стрелка мано- и вакуумметров; столбик жидкости в жидкостных термометрах; перепад уровней жидкости в коленах U-образных дифференциальных манометров и т.д.).

Показания прибора при этом не обязательно отражают саму измеряемую величину, но иногда однозначно с ней связанный другой параметр. Так, все иономеры измеряют зависящее от концентраций ионов напряжение между электродами, далее градуировку можно сделать и в единицах напряжения и в единицах pI (pH).

Аналоговые СИ имеют непрерывные показания. В химической технике используют как одношкальные приборы, предназначенные для измерения одной величины, так и многошкальные, способные практически синхронно измерять более 10 одно- и разнородных величин. При наличие регистрирующих устройств делают документальную запись значений измеряемой величины в течение длительного времени.

2. Цифровые СИ.

Представляют конкретное численное значение измеряемой величины. В силу этого их показания дискретны. Могут измерять очень много различных параметров одновременно, в том числе с документальной записью значений измеряемой величины в течение длительного времени.

Достоинства цифровых СИ в том, что пользователю не нужно выполнять никаких пересчётов самому - он получает “готовое” значение измеряемой величины. Кроме того, цифровые индикаторы всегда малогабаритны, что позволяет сделать сами приборы компактными и лучше, полнее поместить их в поле зрения человека.

Информативность цифровых СИ: (1...3) бит/параметр.

Аналоговые приборы почти всегда информативнее: их информативность в среднем (2...4) бит/параметр; многошкальные приборы дают до 20 бит. Дело в том, что зримое положение указателя на шкале показывает не только значение измеряемой величины, но и её соотношение со всем диапазоном изменения, а часто также - направление и быстроту изменения (в том числе приближение к опасным значениям и их превышение).

Поэтому в хтс с ручным управлением, доминирующих в ТОС, для управления по месту предпочтительнее аналоговые СИ. В автоматизированных ХТС всегда есть рациональное соотношение аналоговых и цифровых СИ.

3. Методы количественного химического анализа (МКХА).

Имеют совершенно исключительное значение для установления выходов и качественных показателей промежуточных и конечных продуктов производства, материальных балансов, состава реакционных сред и т.д.

В конечном итоге это базовые, экспертные методы измерения в любом химическом производстве. Информативность - десятки и сотни байт. Ценность этой информации - на уровне аварийных сигналов.

Недостаток МКХА - длительность, неоперативность измерений. Иногда анализ выполняется в течение десятков минут и даже часов, что порой больше времени проведения контролируемой технологической операции. Это значительно ограничивает возможности применения МКХА для технологического контроля.

4. Компьютерные автоматизированные измерительно-вычислительные системы

(АИВС).

Это наиболее совершенные СИ. Они воплощают достоинства цифровых и аналоговых СИ и МКХА. Позволяют с максимальной быстротой и точностью перерабатывать огромные потоки и массивы информации с представлением данных в любой необходимой форме (в т.ч. трёхмерных многоцветных изображений, графиков, таблиц, формул) в необходимой последовательности и связи.

4. ТРУДОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.

Трудовые возможности человека определяются физическими данными с одной стороны и информационно-аналитическими с другой. При этом очевидно, что проектировщик должен создавать ХТС в расчёте на то, что работать будут обычные, не имеющие особой спортивной подготовки люди разных возрастов, образованности, состояния здоровья.

4.1. АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И

ДВИГАТЕЛЬНЫЕ СПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.

Сюда относятся: размеры тела человека; возможность принимать и удерживать определённые позиции головы, корпуса и конечностей; двигаться с определённой скоростью по разным траекториям.

Практически важны данные о большей части (80...90)% людей.

Таблица 1

Основные антропометрические показатели людей

Положения и движения рук - особо важный аспект двигательной активности.

75^О | 75^О

|

60^О | 60^О

| ХХХ - основной

| сектор;

| //////// - дополнительный

| +45^О внешний сектор.

|

-----------------------------------------------------

|

|

|

|

| - 45^О

|

|

Рис.1. Нормальные положения рук для длительной работы.

Наиболее удобные положения рук, как видно из рис.1, находятся на уровне от пояса до плеч по вертикали и в секторе ±60^О по горизонтали. Кроме того, существует своеобразный “внешний сектор”, охватывающий голову по вертикали до уровня +45^О и в секторе горизонтальных углов ±75^О.

Таблица 2

Основные двигательные показатели людей для длительной непереутомляющей работы

Поле зрения человека также характеризуется существованием двух секторов - рис.2. Центральный - сектор острого зрения охватывает угол ±(45...60)^О по горизонтали и от - (45...60)^О до +(20...30)^О по вертикали.

Периферический - внешний сектор зрения охватывает угол ±(60...80)^О по горизонтали и от - (55...65)^О до +(30...45)^О по вертикали.

80^О | 80^О

|

60^О | 60^О

| ХХХ - центральный

//////////////////////////////|//////////////////////////////// +45^О сектор;

////////////////////////////////////////////////////////////// //////// - периферический

///////хххххххххххxxxххххххххххххx/////// +30^О сектор.

///////x | x///////

-----------------------------------------------------

//////x | x///////

//////x | x///////

///////x | x///////

///////x | x///////

///////xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx//////// - 45^О

///////////////////////////////////////////////////////////////

///////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////// - 60^О

Рис.2. Поле зрения человека.

Особо надо учитывать то, что знаки размером менее 5 см, в которых обычно представляют зрительную информацию, человек отчётливо различает на расстояниях до (5...8) м при нормальном и до (2...4) м при пониженном освещении.

Поле слуха является практически кольцевым по горизонтали, а в вертикали охватывает сектор ±60 градусов.

4.2. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.

Нужно ещё раз подчеркнуть, что здесь речь идёт не о творческих способностях людей, особенно высокоодарённых, которые действительно безграничны. Инженерная психология изучает деятельность обычных людей в сложных технических системах. Этой деятельности присущ ряд важных особенностей (о которых большинство т.н. “творческих” людей не имеет и - что много хуже - не желает иметь ни малейшего представления).

1. Необходимость воспринимать, запоминать и использовать разнообразную по содержанию, форме представления и значению информацию.

2. Неравномерность поступления информации во времени: в периоды спокойной работы поток информации может быть равен долям бит/с, а в экстренных случаях он достигает десятков и сотен бит/с; т.е. изменяется на два-три порядка.

3. В работе на производстве человек действует почти всегда на обширных пространствах, занятых разнообразным оборудованием, причём относящимся не только к тому участку, где данный работник занят. Кроме того, человек действует в контакте с другими людьми. Вследствие этого он вынужденно воспринимает не только полезную, относящуюся к его работе (или отдыху), информацию; но также разнообразные посторонние сигналы: свет, звуки, разговоры и прочее. Эти внешние факторы создают активные помехи нормальной деятельности человека.

4. Очень часто человеку на производстве необходимо одновременно выполнять физические трудовые действия (загрузку сырья, материалов и реагентов, подготовку и обслуживание оборудовани, отбор проб) и вести контроль процесса. Физические действия резко ограничивают возможности визуального контроля, что, в частности, делает более значимыми звуковые сигналы.

5. Работник вынужден принимать все решения и производить необходимые действия в условиях жёсткого лимита времени, особенно в нештатных ситуациях.

Например, процесс получения диоксидина путем каталитического метанолиза хиноксидина:

О O

N CH₂OAc MeONa/MeOH N CH₂OH

| || | -------------------------® | || | (I)

N CH₂OAc (23±4)^OC; pH=(9±1) N CH₂OH

O O

Здесь загрузка раствора метилата натрия, отбор пробы, измерение рН и коррекция должны быть выполнены не более, чем за 6 минут. Дело в том, что эта реакция за час практически заканчивается [X=(95...99)%]. Поэтому, если за указанное время рН реакционной среды не будет нормализован, побочные реакции внутримолекулярных перегруппировок приведут к резкому снижению выхода или получению брака.

Вообще есть общее правило управления: время, необходимое для управляющих воздействий должно быть по крайней мере в пять раз меньше, чем время существенного изменения состояния объекта.

Все эти факторы настоятельно требуют учитывать при проектировании реальные информационно-аналитические возможности человека в следующих взаимосвязанных аспектах.

1. Восприятие информации.

2. Возможности памяти человека.

3. Реакция, точность и скорость действия человека.

4. Способность человека к длительной безошибочной (безотказной) работе, т.е. показатели надёжности человека.

4.2.1. восприятиЕ информации.

Восприятие информации включает четыре этапа:

- процесс раздражения (физический);

- процесс возбуждения (физиологический);

- процесс субъективного ощущения сигнала (психологический);

- процесс выведения суждения о сигнале (логический);

Такая совокупность факторов порождает следующие аспекты.

1. Чувствительность

Чувствительность человека к информации характеризуется тремя параметрами.

1. Нижний порог - минимальный сигнал, различаемый человеком.

Слишком слабые сигналы: мигание лампочки, не изменяющее освещённость; звуковой сигнал, неотличимый от шумового фона; невидный в мерном стекле мениск жидкости и т.д. - не воспринимаются.

2. Верхний порог - максимальный сигнал, адекватно различаемый и воспринимаемый человеком.

3. Относительная чувствительность - соотношение интенсивности сигнала и восприятия его.

В общем это соотношение выражается законом Стивенса

E= k(J - J_O)ⁿ (9)

где E - ощущение;

J - интенсивность сигнала;

J_О - порог чувствительности;

k - постоянная.

Зависимость показателя степени n от вида сигнала дана в табл.3

Таблица 3 - Зависимость показателя степени n от вида сигнала

2. Скорость восприятия информации.

Здесь важны: средняя и максимальная скорость восприятия информации. Большинство людей способны воспринимать максимально до (30...40) бит/с [(4...5) б/с]; некоторые - (45...50) бит/с [(5...6) б/с].

Таблица 4 - Информационная нагрузка некоторых технологических действий

Средняя скорость восприятия информации, не перегружающая внимание и память, равна (20...75)% максимальной, т.е., (8...30) бит/с [(1...4) б/с].

4.2.2. ЗАПОМИНАНИЕ.

Память человека принято разделять на два вида.

1. Долговременная - запоминание более, чем на 30 минут.

Объём её ограничен количеством сохраняемой информации. Он определяется характером личности человека, его профессиональной подготовкой и может быть весьма велик. Здесь сохраняются все знания о содержании, параметрах и нормах технологического процесса; правилах эксплуатации оборудования, правилах безопасности.

2. Кратковременная.

Подразделяется на непосредственную и оперативную.

Непосредственная память.

Запоминание сигналов однократно: для решения непосредственной задачи. Так, исчезновение мениска жидкости в мерном стекле мерника означает обычно то, что он опорожнен: это нужно запомнить только для того, чтобы или снова наполнить мерник, или промыть его от остатков раствора, или просто закрыть линию слива - после чего можно забыть.

Оперативная память.

Запоминание сигналов также однократно: для выполнения конкретного этапа работы (обычно на несколько минут). Например, количество сырья, расходуемого в процессе

загрузки, нужно помнить только до завершения данной процедуры.

Ёмкость кратковременной памяти определяется только числом сигналов (а не информацией) и не превышает 7-9 стимулов.

Это чрезвычайно важное отличие, поскольку именно кратковременная память управляет непосредственными действиями человека.

4.2.3. РЕАКЦИЯ, СКОРОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ДЕЙСТВИЙ ЧЕЛОВЕКА.

1. Время реакции.

Время реакции - важнейший показатель “быстродействия” человека. Величина его зависит от количества воспринятой информации и интенсивности раздражения, причём противоположным образом.

1. Количество воспринятой информации.

Время реакции линейно возрастает с ростом информационной нагрузки (закон Хика)

BP = BP_O + A(I_Ц) I, (10)

где BP_O = (0,08...1,0) с - минимальное (латентное) время реакции;

I - воспринятая информация, бит;

A(I_Ц) = (0,2...1) с/бит - угловой коэффициент, уменьшающийся

с ростом ценности информации.

При средней информационной нагрузке порядка 10 бит время реакции будет колебаться от (3...5) секунд для наиболее до (25...45) секунд для наименее важных сигналов.

2. Интенсивность раздражения.

Общий закон физиологической силы И.П.Павлова устанавливает обратную зависимость времени реакции от интенсивности раздражения и аппроксимируется выражением

BP = BP_O + а /lg (J/J_O), (11)

где а - параметр, зависящий от типа сигнала и состояния человека.

2. Скорость и точность действия.

Скорость действия обычно характеризуют необходимым временем, которое склады-

вается из времени реакции ВР и времени действия ВД.

Т = ВР + ВД. (12)

Таблица 5 - Значения ВД для различных действий

Точность действия обычно характеризуют вероятностью совершения ошибок и величинами совершаемых ошибок в ходе конкретного действия.

Установлено, что при прочих равных условиях точность действия достигает максимума при времени экспозиции сигнала (время на отсчёт, анализ и оценку информации):

Т_Э ³ (1...2) секунд. (13)

4.2.4. НАДЁжность РАБОТЫ ЧЕЛОВЕКА.

Это наиболее важный комплексный показатель, отражающий возможность длительной безошибочной работы (как правило, в течение смены). Надёжность обычно характеризуют вероятностью безошибочной (безотказной) работы в течение заданного промежутка времени и выражают экспоненциальным законом надёжности

ì ₂ ü

P_БЕЗ = ехр í - ( , N, I) d ý , (14)

î ₁ þ

где ₁, ₂ - начало и окончание периода работы;

( , N, I) - зависящая от времени ( ), информационной (I) и физической (N)

нагрузки функция плотности вероятности ошибок.

| *

| |

| * |

|* * | |

| * * | |

| * * * * * * | |

| | | | |

|_______ _________________________________________________________

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 относит. нагрузка,%

Рис. 3. Зависимость надёжности от относительной нагрузки.

Продолжительность работы всегда повышает вероятность ошибок; влияние нагрузок сложнее. Как видно из рис.3, можно выделить четыре области.

1. Нагрузка менее 20%. Неблагопрятная область: внимание и активность человека не отмобилизованы.

2. Нагрузка от 20 до 70%. Рациональная область для длительной работы: человек активен, но не перегружен. При одновременной физической и информационной нагрузке сужается до диапазона (20...40)%.

3. Нагрузка от 70 до 90%. Форсированный режим работы, допускаемый на десятки минут.

4. Нагрузка от 90 до 100%. Предельные нагрузки, экстремальный режим работы, допускаемый на минуты.

Всё вышеизложенное важно не само по себе, но - поскольку имеет прямое отношение к рациональной компоновке оборудования.

5. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. РАБОЧИЕ ЗОНЫ И ЗОНЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ. ИЕРАРХИЯ РАБОЧИХ ЗОН.

Следует начать с определения понятий зоны обслуживания и рабочей зоны.

Def. Зона обслуживания: область пространства (в помещении или открытого), в которой выполняются все работы с оборудованием - монтаж, эксплуатация, обслуживание, ремонт, демонтаж.