مجله ارگونومیدوره 4، شماره 4، زمستان 1395DOI: 10.21859/joe-04044
تاريخ دريافت مقاله: 1395/01/20تاريخ پذيرش مقاله: 1395/10/26

واژگان کلیدی:
ي افتهه ا: نتای ج بدس ت آم ده حکای ت از آن دارد ک ه میانگی ن نم ره اختص اص داده ش ده از س وی س وژههب ه ب ارکاری کل ی، در س ه س طح تعری ف ش ده ب ا اس تفاده از تئ وری اطلاع ات، دارای اخت لاف معن ادار آم اری میباش د )0/001P<(؛ ب ه صورت ی ک ه ای ن مق دار از س طح ک م ب ه متوس ط و از متوس ط ب ه زی اد، رون دصع ودی قاب ل توجه ی را از خ ود نش ان میده د.
نتیجهگی ری: ش اخص کمّ ی پیش نهاد ش ده، در تعیی ن می زان ب ارکاری موج ود در شبیهس از ناس ا از کارای یکاف ی برخوردار اس ت . تمامی حقوق نشر برای دانشگاه علوم پزشکیهمدان محفوظ است.
ثب ت گردی د.
ا

شبیه ساز عملکرد چند وظیفه ای خلبانتعامل انسان و ماشینبارکاریتئوری اطلاعاتنرخ تبادل داده
مقاله پژوهشی
15663-400449

ایجاد یک شاخص عددی جهت اندازهگیری میزان بارکاری در شبیه ساز وظایف خلبان
محمدرضا مرتضوی 1، کامران رئیسی 2، *، سیدحامد هاشمی 3
دانش جوی دکت را، دانش کده مهندس ی هوافض ا، دانش گاه صنعت ی امیرکبی ر و پژوهش گاه هوافض ا ،ته ران، ای ران
استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
استادیار، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
9309421917

نويس نده مس ئول: کام ران رئیس ی، اس تادیار، دانش کده مهندس ی هوافض ا، دانش گاه صنعت ی امیرکبی ر، ته ران، ای ران. ایمی ل: k_raissi@aut.ac.ir
چکیده
مقدم ه: بررس ی عملک ردی خلب ان در زمان ی ک ه چندی ن وظیف ه مختل ف ب ر عه ده وی گذاش ته م ی ش ود ،مس تلزم روی ه ای م ی باش د ک ه ب ر مبن ای آن، بت وان مش خصههای ی ک س ناریو را ب ا کم ک شبیهس از ط ی ی ک رون د سیس تماتیک بدس ت آورد. س یمولاتور عملک رد چن د وظیف های خلب ان ی ک شبیهس از اس تاندارد از وظای ف کل ی خلب ان میباش د ک ه در س ازمان ناس ا توس عه یافت ه اس ت.
روشکار: بــا بهرهگیــری از تئــوری اطلاعــات، نــرخ تبــادل داده تولیــد شــده در زیرسیســتمهای مختلــف شبیهس از محاس به ش ده و ب ا برآین د گرفت ن از آنه ا، ی ک م لاک ع ددی واح د جه ت تخمی ن ب ارکاری کل ی ارائ ه گردی د. پ س از آن ب ه منظ ور بررس ی اعتب ار ش اخص اس تخراج ش ده، س ه تس ت طراح ی گردی د ک ه در آنه ا س طوح مختل ف ب ارکاری ش امل ک م، متوس ط و زی اد ب ر مبن ای ن رخ تب ادل داده ب کار رفت ه در ه ر ی ک برچس ب زده ش د. ای ن تس تها توس ط س وژههای انس انی در جای گاه خلب ان اج را ش ده و در خ لال آنه ا، نظ ر ش خصی ه ر ف رد پیرام ون ب ارکاری ادراک ش ده توس ط او ب ه وس یله پرسش نامه ناس ا- تی الایکس
مقدمه
بــی شــک کنتــرل کــردن یــک هواپیمــا، نیازمنــد تــلاش ذهنــی مــداوم از ســوی خلبــان و توزیــع منابــع توجــه او بیــن وظایــف مختل ف موج ود در ه ر لحظ ه میباش د. شبیهس از عملک رد چن د وظیفــهای خلبــان) multi attribute task battery, MATB-II( اب زاری اس تاندارد و کارب ردی ب رای ارزیاب ی عملک رد کل ی خلب ان میباش د ک ه در س ازمان هوان وردی و فضان وردی آمری کا) NASA( طراح ی ش ده اس ت] 1[. ای ن شبیهس از تاکن ون ب ه عن وان اب زاری قــوی، در مراکــز تحقیقاتــی معتبــر از سراســر دنیــا و بــه خصــوص آمریــکا، در زمینــهٔ مطالعــات مرتبــط بــا موضــوع تعامــل انســان و ماش ین) human machine interface, HMI( م ورد اس تفاده ق رار گرفتــه اســت] 2-5[.
یکــی از موضوعــات مــورد توجــه در زمینــهٔ تعامــل انســان و ماشــین در هــر مجموعــهٔ مرکــب از ایــن دو عنصــر نظیــر شبیه س از MATB-II، عام ل ب ارکاری می باش د. ب ه ط ور کل ی ارزیاب ی ب ارکاری در ی ک سیس تم، از طری ق دو دی دگاه ش خصی )subjective( و عین ی) objective( امکان پذی ر اس ت. روش ه ای درجه بنــدی شــخصی، متداول تریــن ابــزار مــورد اســتفاده جهــت ســنجش بــار شــناختی یــک فعالیــت هســتند کــه دلیــل عمــدهٔ ایــن امــر، اســتفادهٔ آســان و نســبتاً ارزان از آن هــا بــدون نیــاز بــه تجهیــزات ویــژه می باشــد. ایــن تکنیک هــا همچنیــن از مقبولیــت بالایــی نــزد اپراتورهــا برخوردارنــد، زیــرا فرصــت اظهارنظ ر پیرام ون ویژگی ه ای سیس تم را در اختی ار آن ه ا ق رار می دهن د. ب ه ع لاوه ای ن ن وع از روش ه ا، نس بت ب ه تغیی رات ب ارکاری از حساس یت مناس بی برخ وردار هس تند] 6[. ب ه عن وان یکــی از شــناخته شــده ترین ابزارهــای هماهنــگ بــا رویکــرد شــخصی، ناســا-تی ال ایکس) NASA-TLX( رویــه ای اســتاندارد جهــت ارزیابــی بــارکاری کلــی ادراک شــده توســط اپراتــور در قال ب پرسش نامه می باش د ک ه بوس یلهٔ گ روه پژوهش ی “کارای ی انس ان” در مرک ز تحقیقات ی ایم ز) Ames( از ناس ا توس عه یافت ه اس ت] 7[. ای ن پرسش نامهٔ س اده و در عی ن ح ال کارآم د، ت ا ب ه امــروز در مثال هــای متعــددی از زمینه هــای مختلــف کاربــردی مــورد اســتفاده قــرار گرفتــه اســت] 8-11[.
علیرغــم مزایــای ذکــر شــده، متأســفانه مقیاسهــای درجهبنــدی شــخصی لزومــاً همیشــه بــه یــک تشــخیص صحیــح منتهــی نمی شــوند. بــه عنــوان نمونــه هنگامــی کــه عملکــرد خلبانهــا دچ ار نقص ان میگ ردد، آنه ا ب ه ط ور ناخ ودآگاه تمای ل دارن د میــزان تــلاش ذهنــی را بــالا جلــوه دهنــد، حتــی در صورتــی کــه تــلاش زیــادی مــورد نیــاز نباشــد] 6[. بنابرایــن ایــن فــرم از درجه بندیه ا تابع ی از تمای لات اف راد ب وده و چنانچ ه بلافاصل ه پ س از انج ام کار بدس ت نیاین د، تح ت تأثی ر حافظ ه نی ز ق رار خواهنــد گرفــت. در چنیــن شــرایطی اســت کــه لــزوم در اختیــار داشــتن ملاک هــای عینــی جهــت ســنجش بــارکاری نمایــان میش ود ک ه یک ی از راهکاره ای ممک ن در ای ن زمین ه، اس تفاده از تئــوری اطلاعــات اســت .
پیدای ش تئ وری اطلاع ات مره ون کاره ای ص ورت پذیرفت ه توس ط ش انون) Shannon( در ده هٔ پنج م از ق رن بیس تم می لادی اس ت .ای ن تئ وری ب ا اس تفاده از مفاهی م مرتب ط ب ا عل م احتم ال، ی ک معی ار کمّ ی جه ت اندازهگی ری میـزان اطلاع ات بدس ت آم ده از مش اهدهٔ ی ک س یگنال را در اختی ار م ا ق رار میده د] 12[. بدی ن ترتی ب میت وان ب ا اتخ اذ رویک ردی مبتن ی ب ر تئ وری اطلاع ات ،حج م اطلاع ات ورودی ک ه بای د در شبیهس از توس ط خلب ان م ورد پ ردازش ق رار گی رد را بدس ت آورد و ب ه ی ک راهح ل عین ی، جه ت تخمی ن ب ارکاری واقع ی موج ود دس ت یاف ت. در حال ی ک ه نتای ج قاب ل اس تخراج از رویکرده ای ش خصی ب ه دلی ل وابس ته ب ودن آنها ب ه اظهارنظ ر اپرات ور، تنه ا پ س از انج ام تس ت در دس ترس اس ت ،یک ی از مزای ای مه م ای دهٔ مذک ور قابلی ت پیشبین ی آن میباش د؛ بدیــن معنــا کــه طــراح تســت میتوانــد قبــل از انجــام آن توســط س وژهها، ب ه تقری ب مناس بی از ش دت س ختی س ناریو دس ت یاب د.
روشکار
تئوری اطلاعات
برای متغیر اتفاقی گسس تهٔ X، h (X) را به عنوان تابع ارائه دهندهٔ محتــوای اطلاعــات فضایــی) spatial information content(متناظــر بــا X در نظــر می گیریــم کــه مــا بــه دنبــال انتخــاب مناس ب آن هس تیم] 13[. ب ر اس اس تئ وری اطلاع ات، آگاه ی از مق دار X ب ه ازای ه ر ب ار مش اهدهٔ ای ن متغی ر اتفاق ی، می زان مشــخصی از اطلاعــات h (X) را در اختیــار مــا می گــذارد کــه بــا احتمــال ایجــاد آن مقــدار خــاص بــرای X متناســب اســت .بدی ن ترتی ب ی ک انتخ اب قاب ل قب ول ب رای ش اخص ع ددی اســتخراج شــده از تئــوری اطلاعــات، تابعــی بــه صــورت زیــر خواه د ب ود:
فرمول 1.
h (X)=log2p(X)در ش رایط خ اص وقت ی ک ه X دارای K حال ت ب ا احتم ال وق وع یکنواخ ت باش د )یعن ی زمان ی ک ه آنتروپ ی X ماکزیم م اس ت( ،h(X) ب ه ص ورت رابط هٔ 2 قاب ل بازنویس ی اس ت:
فرمول 2.
h(X)=log2K
ب ا پیدای ش تئ وری اطلاع ات، مدلس ازی کمّ ی ظرفی ت انس ان در پ ردازش اطلاع ات میسّ ر گردی د ک ه نتای ج آن در قال ب دو قان ونهیک-هایم ن) Hick-Hyman( و فیت س) Fitts( قاب ل بی ان اس ت .ب ر طب ق قان ون هیک-هایم ن، زم ان واکن ش ی ک اپرات ور ب ا مق دار اطلاع ات موج ود در ی ک س یگنال مح رّک) stimulus signal( ب ه ص ورت خط ی در ارتب اط اس ت] 14, 15[. فیت س نی ز اثب ات نم ود ک ه زم ان لازم ب رای ایج اد حرک ت ب ا دامن هٔ میانگی ن A توس ط انس ان، ی ک تاب ع خط ی از ش اخص دش واری ارائ ه ش ده در رابط هٔ
3 اس ت:
فرمول 3.
h(X)=log2 A/(Ws/2)
ک ه در آن Ws مح دودهٔ مج از حرک ت) tolerance range(، یعن ی ناحی هٔ قاب ل قبول ی ک ه مطل وب اس ت نتیج هٔ جابجای ی در آن ق رار گی رد، میباش د] 61[.
ب ر پای هٔ مبان ی ذک ر ش ده در ب الا، ح ال می توانی م ن رخ تب ادل داده) baud rate( را ب رای ی ک س یگنال مح رّک تعری ف کنی م .نــرخ تبــادل داده کــه بــا B نمایــش داده می شــود، از تقســیم محت وای اطلاع ات فضای ی س یگنال) h( ب ر محت وای اطلاع ات زمانــی) temporal information content( آن بدســت می آیــد؛ در جایــی کــه محتــوای اطلاعــات زمانــی کــه آن را بــا Δt نشــان می دهیــم، بــه صــورت میانگیــن زمــان موجــود بیــن تغییــر حالــت در ســیگنال یــا همــان وقــوع رخدادهــا تعریــف می شــود] 71[ .
فرمول 4.
B=h/Δt
اگــر بــا سیســتمی متشــکل از مجموعــهٔ I زیرسیســتمi={i_1, …, i_I} س روکار داش ته باش یم ک ه در ه ر ک دام از آنه ا اطلاع ات ب ا ن رخ تب ادل دادهٔ مس تقل Bi تولی د ش ود، آن گاه ن رخ تبــادل دادهٔ کلــی ایجــاد شــده در ایــن سیســتم حاصلجمــع نــرخ تب ادل دادهٔ ت ک ت ک اج زای آن اس ت؛ ب ه عب ارت دیگ ر:
فرمول 5.
BTotal=∑iBi=∑ihi/Δti
MATB-II شبیه ساز
آنچنــان کــه در تصویــر 1 دیــده میشــود، شبیهســاز مهارتهــای عم دهٔ لازم ب رای ی ک خلب ان ش امل رهگی ری) tracking (، پای ش )monitoring(، برق راری ارتب اط) communications( و مدیری ت منابــع) resource management( را دربــر دارد کــه هــر کــدام از آنه ا، بخش ی از پنج رهٔ اصل ی برنام ه را ب ه خ ود اختص اص میدهد ]1[. بــر ایــن اســاس مجموعــهٔ i در رابطــهٔ5 ، بــرای شبیهســاز بــه ص ورت i = {T, S, L, R, C} قاب ل نمای ش اس ت ک ه در آن T ب ه زیرسیســتم رهگیــری ،S و L بــه بخشهــای شــاخصها) scales( و چراغه ا) lights( از زیرسیس تم پای ش ،R ب ه زیرسیس تم مدیری ت مناب ع و C ب ه زیرسیس تم برق راری ارتب اط اش اره دارد .
زيرسیستم رهگیری

تصوير 1: شمای کلی شبیه ساز عملکرد چند وظیفه ای خلبان
در ای ن زیرسیس تم ه دف آنس ت ک ه دای رهٔ متح رک ب ه قط ر 9 پیکس ل )D = l = 9 pixel(، در ه ر لحظ ه از زم ان در حداق ل فاصله از مرک ز پنج ره ق رار داش ته باش د؛ ب ه نح وی ک ه هی چگاه از داخ ل
دایــرهٔ ثابــت موجــود بــا قطــر 27 پیکســل )D’ = 3l = 27 pixel( خ ارج نگ ردد. ب ا توج ه ب ه قان ون فیت س، چنی ن قی دی ناحی هٔ تلرانســی برابــر بــا Ws = D’-D = 2D را در پــی خواهــد داشــت . تحریکهــای اعمــال شــده رفتــار رنــدوم دارنــد، یعنــی جهــت و می زان حرک ت نش انگر اتفاق ی ب وده و ب رای س وژه قاب ل پیشبین ی نیس ت؛ ضم ن اینک ه ش دت آن توس ط ط راح تس ت در س ه درج هٔ ک م ب ا س رعت متوس ط تقریب ی V̅T=4/50 pixel/s، متع ادل ب ا ســرعت متوســط تقریبــی V̅T=8/52 pixel/s و زیــاد بــا ســرعت متوســط تقریبــی V̅T = 12/35 pixel/s قابــل تنظیــم میباشــد .اگ ر س ناریویی را در نظ ر بگیری م ک ه ط ی آن دای رهٔ متح رک در م دت زم ان متوسـط ΔtT ب ه ان دازهٔ میانگی ن AT = 3D جابج ا ش ود، ح ذف پیوس تهٔ ای ن اغتشـاش و حف ظ دای رهٔ متح رک در داخ ل دای رهٔ ثاب ت، بـا محتـوای اطلاع ات فضای ی بدس ت آم ده مبتن ی ب ر قان ون فیت س )رابط هٔ 3( مع ادل اس ت:
فرمول 6.
hT=log23D/(2D/2)=1.59 bit
در جایــی کــه ΔtT از رابطــهٔ 7 و بــه ازای ســه ســطح متفــاوت ســرعت متوســط قابــل محاســبه می باشــد:
فرمول 7.
ΔtT=AT/VT=27/VT زيرسیستم پايش
بخــش شــاخصها کــه در قســمت پایینــی پنجــرهٔ اختصــاص داده شــده بــه زیرسیســتم پایــش قــرار دارد، شــامل چهــار ســتون مــدرّج میباشــد. در مرکــز هــر ســتون یــک شــاخص وجــود دارد ک ه در ش رایط ع ادی، ح ول مرک ز س تون نوس انات ک م دامن های را انجــام میدهــد. چنانچــه یکــی از شــاخصها از وضعیــت نرمــال خ ارج ش ود، ب ه ب الا ی ا پایی ن س تون منتق ل گش ته و در آنج ا ب ه نوس انات خ ود ادام ه میده د. وظیف هٔ خلب ان آنس ت ک ه بلافاصل ه بع د از دی دن ایـن وضعی ت در ه ر یـک از س تونها، ب ا فش ردن کلی د مرب وط ب ه آن )یک ی از کلیده ای F3 ،F2 ،F1 ی ا F4( نس بت ب ه ای ن اتف اق واکن ش نش ان ده د. بنابرای ن ب ه ازای ه ر تحری ک در بخ ش ش اخصها، س وژه ب ا انتخ اب یک ی از چه ار کلی د ممک ن مواج ه ب وده و 4 = KS میباش د. ب ا جایگ ذاری ای ن مق دار در رابط هٔ 2 داری م:
فرمول 8.
hS=log24=2 bitsبخ ش چراغه ا نی ز ش امل دو چ راغ س مبلیک ب ا کارک رد متف اوت میباشــد. در شــرایط عــادی چــراغ ســمت چــپ بــا رنــگ ســبز ،ب ه عن وان نم ادی از داش تن وضعی ت نرم ال در سیس تم، ب ه ط ور پیوســته روشــن اســت. خامــوش شــدن چــراغ ســبز، نشــاندهندهٔ خ روج از حال ت نرم ال میباش د و در ای ن وضعی ت لازم اس ت ک ه کارب ر در حداق ل زم ان ممک ن، ب ا فش ردن کلی د F5 از صفحهکلی د ،شــرایط را بــه وضعیــت عــادی بازگردانــد. از ســوی دیگــر چــراغ س مت راس ت در حال ت ع ادی خام وش اس ت؛ مگ ر آنک ه ب ه ش کل نمادی ن و ب ه عن وان نش انهای از وق وع ی ک ش رایط اضط راری، ب ه رن گ قرم ز درآی د. خلب ان ب ه مح ض مش اهدهٔ روش ن ش دن چ راغ قرم ز، ی ک م دت زم ان مش خص فرص ت دارد ت ا ب ا فش ردن کلی د F6 از صفح ه کلی د، مطل ع ب ودن خ ود را از وضعی ت رخ داده نش ان داده و چــراغ را بــه حالــت خامــوش بازگردانــد. پــس بــه ازای هــر واقع ه در قس مت چراغه ا، ام کان فش ردن یک ی از دو کلی د F5 ی ا F6 وجــود دارد کــه 2 = KL را نتیجــه میدهــد. لــذا:
فرمول 9.
hL=log2 2=1 bit
ΔtS و ΔtL در رابط هٔ 5 ، ب ا توج ه ب ه ن رخ تب ادل دادهٔ مدنظ ر ط راح تس ت در س ناریو قاب ل تنظی م اس ت.
زيرسیستم مديريت منابع
وظیفــهٔ خلبــان در قبــال ایــن زیرسیســتم آنســت کــه از طریــق مدیری ت دو پم پ 2 و 4، س طح س وخت باقیمان ده در تانکه ای A و B را در مح دودهٔ مج از حف ظ نمای د. روش ن و خام وش نم ودن این دو پم پ ب ا فش ردن کلیده ای 2 و 4 از صفح ه کلی د امکانپذی ر اس ت ک ه ب ا ه ر ب ار زدن ای ن دو کلی د، رن گ پمپه ا ب ه رن گ س بز )حال ت فع ال( ی ا رن گ پسزمین ه )حال ت غیرفع ال( تغیی ر خواه د ک رد. بدی ن ترتی ب ب ا 2 = KR، مق دار hR بدس ت میآی د:
فرمول 01.
hR=log2 2=1 bitدر آغ از تس ت، ه ر ی ک از دو تان ک A و B ح اوی 2500 واح د س وخت ب ا ن رخ مص رف ثاب ت V=500 units/minمی باش د
کــه بــر اســاس الــزام قــرارداده شــده، نبایــد مقــدار آن از بــازهٔ
0052 ± ΔV واح د ب ا ΔV = 100 uints خ ارج گ ردد. همچنی ن دب ی عب وری از پمپ ه ای 2 و 4 براب ر2V تنظی م می ش ود ک ه در ای ن ص ورت، صرفنظ ر از روش ن ی ا خام وش ب ودن پمپ ه ا ،ن رخ خال ص تغیی ر حج م س وخت در ط ول زم ان هم واره مق دار ثاب ت خواه د ب ود. در چنی ن ش رایطی ،ΔtR ب ه عن وان زم ان لازم ب رای رس یدن س طح س وخت از خ ط میان ی مرج ع ب ه یک ی از دو م رز مج از ب الا ی ا پایی ن قاب ل محاس به اس ت:
فرمول 11.
̇ ΔtR=ΔV/Vزيرسیستم برقراری ارتباط
در فعالی ت مرب وط ب ه ای ن زیرسیس تم، خلب ان موظ ف اس ت ک ه ب ر مبن ای پی ام صوت ی دریاف ت ش ده، رادی و) Radio( و فرکان س )frequency( فعل ی را ب ه رادی و و فرکان س درخواس تی تغیی ر دهد .هــر پیغــام صوتــی دریافتــی، از ســه بخــش اصلــی تشــکیل شــده اس ت. در ابت دا، پی ام ب ا اع لام ک د شناس ایی وس یلهٔ پرن ده آغ از میش ود ک ه ای ن ک د، در تمام ی پیامه ا ثاب ت ب وده و براب ر “ناس ا 504” میباشــد. ســپس در بخــش دوم، رادیــوی مــورد نظــر بــرای تنظی م، یعن ی یک ی از انتخابه ای COM1 ،NAV2 ،NAV1 ی ا COM2 قرائ ت میش ود ک ه خلب ان از طری ق بکارگی ری یک ی از کلیدهــای F11 ،F10 ،F9 ی ا F12 ق ادر خواه د ب ود ت ا رادی وی درخواس ت ش ده را برگزین د. از این رو ب ه ازای 4=KCR )اندی س R ب رای رادی و(، مق دار اطلاع ات فضای ی hCR براب ر خواه د ب ود ب ا:
فرمول 21.
hCR =log2 4=2 bitsدر بخ ش پایان ی پی ام نی ز، فرکان س لازم اع لام میگ ردد ک ه ای ن فرکان س از دو بخ ش صحی ح و اعش اری تش کیل ش ده اس ت. ب رای تنظی م بخ ش صحی ح از فرکان س، س وژه بای د ضم ن نگ ه داش تن کلی د Ctrl، یک ی از جهته ای ب الا ی ا پایی ن را ب کار ب رد؛ در م ورد بخ ش اعش اری نی ز رون د همینط ور اس ت ب ا ای ن تف اوت ک ه بجای کلی د Ctrl، بای د کلی د Alt فش ار داده شـده باش د. پ س از اتم ام ایــن فرآینــد، لازم اســت کــه خلبــان بــا زدن کلیــد Enter مقادیــر اعم ال ش ده را ثب ت نمای د. لازم ب ه ذک ر اس ت ک ه در شبیهس از ،محــدودهٔ فرکانســی NAV1 و NAV2 از 108/000 تــا 059/711 هرتــز بــا نمــو 0/050 و محــدودهٔ فرکانســی COM1 و COM2 از 118/000 تــا 135/975 هرتــز بــا نمــو 0/025 میباشــد. بــا انجــام ی ک س ری عملی ات جب ری مرحل ه ب ه مرحل ه میت وان نش ان داد ک ه در چنی ن س اختاری، میانگی ن تع داد کلی ک لازم جه ت تنظی م فرکان س ع دد 63/14 اس ت. پ س 36.41=KCF )اندی س F ب رای فرکان س( و داری م:
فرمول 31.
hCF=log2 14.63=3.84 bitsاز جم ع اع داد حاص ل ش ده ب رای و ، اکن ون میت وان مق دار hC را بدس ت آورد:
فرمول 41.
hC=hCR +hCF =2+3.84=5.84 bits
لازم بــه ذکــر اســت در زیرسیســتم برقــراری ارتبــاط ΔtC، یعنــی فاصلــهٔ زمانــی میانگیــن بیــن اعــلام پیغامهــای صوتــی، بــا توجــه بــه مقاصــد طــراح و نــرخ تبــادل دادهای کــه در نظــر دارد تعییــن می شــود .
تست اعتبارسنجی
در ای ن مرحل ه ه دف آن اس ت ک ه بـا طراح ی تس تهای عمل ی در محی ط س یمولاتور، ام کان مقایس هٔ ب ارکاری ادراک ش ده توس ط انســان بــا پیشبینــی بدســت آمــده از تئــوری اطلاعــات فراهــم گ ردد. بدی ن ترتی ب ب ه ای ن س ؤال پاس خ داده خواه د ش د ک ه آی ا درج ات مختل ف ب ارکاری ایج اد ش ده در شبیهس از ب ر پای هٔ تئ وری اطلاع ات، ب ه اخت لاف معن ادار در نم رهٔ ب ارکاری کلی اختص اص داده ش ده توس ط س وژهها ب ه ای ن س طوح منج ر خواه د ش د ی ا خی ر .ســیزده نفــر از دانشــجویان پســر دانشــکدهٔ مهندســی هوافضــای دانش گاه صنعت ی امیرکبی ر ب ا میانگی ن س ن 52/3 ± 90/26 ب رای انجــام تســتها بــه صــورت داوطلبانــه اظهــار آمادگــی کردنــد کــه پ س از تکمی ل ف رم موافق ت ب ا ش رکت در آزم ون توس ط آنه ا ،ف از آم وزش آغ از گردی د. در ابت دای ای ن مرحل ه، ب ا مطالع هٔ فای ل آشــنایی بــا شبیهســاز و همینطــور شــرکت در جلســهٔ حضــوری معرفــی، افــراد بــا بخشهــای مختلــف ســیمولاتور و نحــوهٔ تعامــل ب ا آن آش نا ش دند. در گام بع دی ب ا اج رای س ناریوهای آموزش ی درنظ ر گرفت ه ش ده در محی ط اصل ی برنام ه در هش ت روز مختل ف ،داوطلبیــن بــه صــورت عملــی کار بــا شبیهســاز را تجربــه کردنــد ک ه ای ن رون د ب رای ه ر ی ک از س وژهها ب ا قی د دس تیابی آنه ا ب ه عملک رد پای دار، ب ه ط ور میانگی ن ح دود دو س اعت ب ه ط ول انجامی د. ب ا تکمی ل فرآین د آم وزش و ح ذف اث ر یادگی ری، مرحل هٔ ارزیاب ی نهای ی ش روع ش د ک ه در آن، س ناریوهای اصل ی م ورد نظ ر بــه عنــوان مــلاک ارزیابــی عملکــرد ســوژهها در کار بــا ســیمولاتور م ورد اس تفاده ق رار گرف ت.
جدول 1: فاصلهٔ زمانی بین تحریک ها برای زیرسیستم های مختلف شبیه ساز در تست های ارزیابی نهایی
∆TC ،)S( ∆TR ،)S( ∆TL ،)S( ∆TS ،)S( ∆tT ،)S( سطح بارکاری
1
62 12 38 41 6 کم
32 12 19 22 3/2 متوسط
17 12 10 6 2/2 زیاد
2
62 12 41 38 6 کم
29 12 19 17 3/2 متوسط
17 12 11 5 2/2 زیاد
3
65 12 45 55 6 کم
20 12 15 10 3/2 متوسط
15 12 زیاد2/2510
در ای ن ف از، س یزده ف رد ش رکتکننده س ه تس ت جداگان ه را در س ه روز مج زا انج ام دادن د؛ بنابرای ن تع داد کل آزمونه ای اج را ش ده برابــر 39 عــدد میباشــد. تمامــی تســتهای طراحــی شــده شــامل س ه بخ ش پن ج دقیق های و در مجم وع 15 دقیق ه ب ود ک ه در ه ر ک دام از ای ن بخشه ا، یک ی از درج ات درنظ ر گرفت ه ش ده ب رای ب ارکاری ش امل ک م، متوس ط ی ا زی اد ب ا دخی ل ک ردن ه ر چه ار زیرسیســتم موجــود در شبیهســاز پیادهســازی گردیــد. مطالعــات پیش ین نش ان میده د ک ه ن رخ تب ادل دادهٔ تقریب ی bit/s 1، ی ک ح د میان ی ب رای توانای ی پ ردازش اطلاع ات توس ط انس ان اس ت؛ ب ه نح وی ک ه نرخه ای تب ادل دادهٔ خیل ی کمت ر از ای ن مق دار چال ش عم دهای را ب رای ف رد ب ه هم راه ن دارد و در نقط هٔ مقاب ل، رس اندن ای ن ن رخ ب ه نزدی ک bit/s 2، او را ب ه آس تانهٔ ظرفی ت پردازش ی خود میرســاند] 18, 19[. لــذا بــا آگاهــی از ایــن نکتــه ســطوح مختلــف ب ارکاری در س ه طبق هٔ ک م، متوس ط و زی اد ب ه ترتی ب ب ا تنظی م نــرخ تبــادل داده در حــدود bit/s ، 0/5 bit/s 1 و bit/s 5/1 ایجــاد ش دند ک ه اطلاع ات مرب وط ب ه آنه ا، در جدولهـای 1 و 2 قاب ل رؤیــت اســت. بلافاصلــه بعــد از اتمــام هــر قســمت پنــج دقیقــهای ،نظ ر س وژه در م ورد ب ارکاری احس اس ش ده توس ط او ب ا اس تفاده از پرسش نامهٔ ناس ا- تی الایکس اضاف ه ش ده ب ه شبیهس از ثب ت گردی د.
جدول 2: نرخ تبادل دادهٔ زیرسیستم های مختلف شبیه ساز در تستهای ارزیابی نهایی
BTotal ، )bit/s( BC، )bit/s( BR، )bit/s( BL، )bit/s( BS، )bit/s( BT، )bit/s( سطح بارکاری
1
0/517 0/095 0/083 0/026 0/049 0/264 کم
0/911 0/184 0/083 0/053 0/091 0/500 متوسط
1/587 0/345 0/083 0/100 0/333 0/725 زیاد
2
0/519 0/095 0/083 0/024 0/053 0/264 کم
0/956 0/202 0/083 0/053 0/118 0/500 متوسط
1/644 0/345 0/083 0/091 0/400 0/725 زیاد
3
0/496 0/090 0/083 0/022 0/036 0/264 کم
1/144 0/294 0/083 0/067 0/200 0/500 متوسط
1/699 0/391 0/083 زیاد0/7250/4000/100
جدول 3: میانگین و انحراف معیار زیرمقیاس های مختلف پرسشنامه در ارزیابی انجام شده توسط سوژه ها
سطح بارکاری زياد متوسط کم 60/21 ± 23/32 45/36 ± 20/55 30/36 ± 16/20 نیازمندی ذهنی
62/97 ± 22/42 46/67 ± 20/70 30/69 ± 15/10 نیازمندی فیزيکی
63/64 ± 22/45 46/79 ± 19/68 29/69 ± 16/51 فشار زمانی
48/59 ± 19/88 34/90 ± 19/30 28/33 ± 24/23 عملکرد
63/51 ± 20/33 48/26 ± 19/22 30/08 ± 16/70 تلاش
58/49 ± 23/62 42/72 ± 19/87 29/85 ± 18/16 احساس ناکامی
59/57 ± 18/94 44/12 ± 16/79 29/83 ± 14/52 بارکاری کل
پــس از بــه پایــان رســیدن تمامــی آزمونهــای مرحلــهٔ ارزیابــی بــرای همــهٔ شــرکتکنندگان، جهــت تجزیــه و تحلیــل آمــاری اطلاع ات بدس ت آمـده از تس تها، نس خهٔ 23 از نرم اف زار SPSS بــه خدم ت گرفتــه شــد] 02[ .
یافته ها
ج دول 3 اطلاع ات توصیف ی زیرمقیاسه ای مختل ف پرسش نامه را در ارزیابــی انجــام شــده توســط ســوژهها، بــرای ســه ســطح بــارکاری در تســتهای ارزیابــی نهایــی نشــان میدهــد.
اکن ون ب ا در نظ ر گرفت ن س طح خط ای 05/0α = ، ف رض وج ود اختــلاف معنــادار بیــن میانگیــن نمــرات بــارکاری کل در ســه ردهٔ تعریــف شــده بــرای بــارکاری را مــورد بررســی قــرار میدهیــم .خروجــی بدســت آمــده از آزمــون شــاپیرو-ویلک) Shapiro-Wilk( رد شــدن فــرض صفــر را نشــان داده و از آن اینگونــه اســتنباط میشــود کــه متغیــر وابســتهٔ بــارکاری کل، بــرای ســطوح مختلــف ب ارکاری ب ه عن وان متغی ر مس تقل، توزی ع نرم ال ن دارد) 100/0 < P(؛ ل ذا در آنالی ز خ ود بای د از روش ناپارامتری ک متناس ب ب ا مس ئلهٔ مــورد بررســی کــه همــان آزمــون کروســکال-والیس) Kruskal-Wallis ( اس ت به ره ببری م. نتیج هٔ حاص ل ش ده از اج رای آزم ونکروس کال-والیس، از معن ادار ش دن آزم ون و وج ود اخت لاف غی ر قابــل صرفنظــر بیــن میانگیــن نمــرهٔ کلــی بــارکاری ســه گــروه حکای ت دارد) 100/0 < P(. در ای ن ش رایط، نتای ج مقایس هٔ دو ب ه دوی گروههــای ســهگانه از طریــق آزمــون تعقیبــی) post-hoc(دان-بونفرونی) Dunn-Bonferroni( در جدول 4 خلاصه ش ده اس ت .
جدول 4: مقایسهٔ دو به دوی میانگین نمرهٔ بارکاری کل برای سه سطح بارکاری
Pتعديل شده P آمارهٔ آزمونخطای استانداردآمارهٔ آزمون استاندارد سطوح بارکاری
0/004 0/001 -3/217/68-24/63 کم-متوسط
0/003 0/001 -3/287/68-25/17 متوسط-زياد
< 0/001 < 0/001 کم-زياد08/94-68/748/6-
بحث
ب ا توج ه ب ه ج دول 4 اینط ور نتیجهگی ری می ش ود ک ه اخت لاف میانگیــن نمــرهٔ بــارکاری کل در میــان درجــات مختلــف بــارکاری معن ادار و چش مگیر میباش د؛ ب ه صورت ی ک ه ای ن مق دار از س طح ک م ب ه متوس ط و از متوس ط ب ه زی اد، افزای ش قاب ل توجه ی را از خ ود ب روز میده د. چنی ن رون دی ب ا پیشبین ی انج ام ش ده توس ط تئ وری اطلاع ات ک ه ب ر مبن ای محاس بهٔ ن رخ تب ادل دادهٔ کل ی مرب وط ب ه ه ر س طح از ب ارکاری حاص ل ش د، در هماهنگ ی کام ل اس ت. بدی ن ترتی ب چنانچ ه ارزیاب ی ش خصی بدس ت آم ده از پرسش نامه را م لاک قض اوت خـود ق رار دهی م، می ت وان بی ان داش ت ک ه تئ وری اطلاع ات در تفکی ک صحی ح س طوح مختل ف دشــواری وظایــف موجــود در شبیه ســاز، قبــل از اجــرای تســتها توس ط س وژه ها، موف ق عم ل ک رده اس ت .
نتیجهگیری
در ایـن مقالـه روش ی عینـی جهـت ارزیابـی بـارکاری موج ود در شــبیه ســاز عملکــرد چنــد وظیفــهای خلبــان MATB-II ایجــاد گردی د. تکنی ک پیش نهاد ش ده ب ا بهرهگی ری از تئ وری اطلاع ات ،نــرخ تبــادل دادهٔ تولیــد شــده در زیرسیســتم های مختلــف س یمولاتور را محاس به نم وده و ب ا برآین د گرفت ن از آنه ا، ی ک م لاک کمّ ی واح د را جه ت تخمی ن ب ارکاری کل ی ارائ ه میده د .بــه منظــور بررسـی اعتبــار شــاخص اســتخراج شــده، ســه تســت طراح ی گردی د ک ه در آنه ا س طوح مختل ف ب ارکاری ش امل ک م ،متوســط و زیــاد بــر مبنــای نــرخ تبــادل داده بــکار رفتــه در هــر یـک برچسـب زده شـد. ایــن تس ـتها توسـط س ـوژههای انس انی در جای گاه خلب ان در ش بیه س از اج را گردی د و در خ لال آنه ا ،نظـر شـخصی هـر فـرد پیرامـون بـارکاری ادراک شـده توس ط او ب ه وس یلهٔ پرسش نامهٔ ناس ا-تی الایکس ثب ت ش د. نتای ج بدس ت آمـده نش ان میده د ک ه میانگیـن نم رهٔ اختصـاص داده ش ده از ســوی ســوژهها بــه بــارکاری کلــی، در ســه ســطح تعریــف شــده دارای اختـلاف معنـادار آمـاری میباشـد؛ از اینـرو می تـوان گف ت ک ه معی ار ع ددی مط رح ش ده در تعیی ن می زان ب ارکاری موج ود در شبیه ســاز از دقــت کافــی برخــوردار اســت .
سپاسگزاری
نویســندگان مقالــه مراتــب سپاســگزاری خــود را از تیــم طراحــی ش بیه س از عملک رد چن د وظیف ه ای خلب ان در س ازمان ناس ا، ب ه خصــوص ســرکار خانــم Yamira Santiago-Espada بــه دلیــل مس اعدت انج ام ش ده در فراه م نم ودن ای ن نرماف زار ب رای تی م تحقیــق، ابــراز می دارنــد .
meeting; 2006: Sage Publications Sage CA: Los Angeles, CA.
Zakerian SA, Abbasinia M, Mohammadian F, Fathi A, Rahmani A, Ahmadnezhad I, et al. The relationship between workload and Quality of Life among hospital staffs. J Ergonomic. 2013;1(1):43-56.
Zamanian Z, Roshan Sarvestani M, Sedaghati M, Ghatmiri M, Kouhnavard B. Assessment of the Relation between Subjective Workload and Job Satisfaction in University Faculty and Staff. J Erg. 2016;3(4):1-10.
Cinaz B, Arnrich B, La Marca R, Tröster G. Monitoring of mental workload levels during an everyday life office-work scenario. Pers
Ubiquitous Comput. 2013;17(2):229-39. DOI: 10.1007/s00779–6640-1101 DiDomenico AT. An investigation on subjective assessments of workload and postural stability under conditions of joint mental and physical demands. Virginia Virginia Polytechnic Institute and State University; 2003.
Shannon CE. A mathematical theory of communication. ACM Sigmob Mob Comp Commun Rev. 2001;5(1):3-55.
Bishop CM. Pattern Recognition and Machine Learning. 1st ed. New York: Springer; 2006.
Hick WE. On the rate of gain of information. Q J Experiment Psychol. 1952;4(1):11-26. DOI: 10.1080/17470215208416600 Hyman R. Stimulus information as a determinant of reaction time. J
REFERENCES
Santiago-Espada Y, Myer RR, Latorella KA, Comstock Jr JR. The Multi-Attribute Task Battery II (MATB-II) Software for Human Performance and Workload Research: A User’s Guide. Virginia: National Aeronautics and Space Administration (NASA), Langley Research Center; 2011.
Christensen JC, Estepp JR, Wilson GF, Russell CA. The effects of day-to-day variability of physiological data on operator functional state classification. Neuroimage. 2012;59(1):57-63. DOI: 10.1016/j. neuroimage.2011.07.091 PMID: 21840403Wang Z, Hope RM, Wang Z, Ji Q, Gray WD. Cross-subject workload classification with a hierarchical Bayes model. Neuroimage. 2012;59(1):64-9. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2011.07.094 PMID: 21867763Carlozzi NE, Horner MD, Kose S, Yamanaka K, Mishory A, Mu Q, et al. Personality and reaction time after sleep deprivation. Cur Psychol. 2010;29(1):24-33. DOI: 10.1007/s12144-009-9068-8 Bliss JP, Fallon CK, Nica N. The role of alarm signal duration as a cue for alarm validity. Appl Ergon. 2007;38(2):191-9. DOI: 10.1016/j.apergo.2006.03.004 PMID: 16740247Operator Functional State Assessment. RTO Technical Report. North Atlantic: North Atlantic Treaty Organization, 2004.
Hart SG, editor NASA-task load index (NASA-TLX); 20 years later. Proceedings of the human factors and ergonomics society annual
Walters CM. Application of the human-machine interaction model to Multiple Attribute Task Battery (MATB): Task component interaction and the strategy paradigm. USA: Wright State University; 2012.
Camden AN. Theoretical Throughput Capacity: Capabilities of Human Information Processing during Multitasking. USA: Wright State University; 2015.
Field A. Discovering statistics using IBM SPSS statistics. 4th ed. London: SAGE Publications Ltd; 2013.
Exp Psychol. 1953;45(3):188-96. PMID: 13052851Fitts PM. The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement. J Exp Psychol. 1954;47(6):381-91. PMID: 13174710Phillips CA, Repperger DW, Kinsler R, Bharwani G, Kender D. A quantitative model of the human-machine interaction and multitask performance: a strategy function and the unity model paradigm. Comput Biol Med. 2007;37(9):1259-71. DOI: 10.1016/j.compbiomed.2006.12.007 PMID: 17316596Creating a Numerical Index for Measurement of
Workload Levels in the Simulator of Piloting Tasks
Mohammad Reza Mortazavi 1, Kamran Raissi 2, *, Seyed Hamed Hashemi 3
PhD Student, Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of
Technology and Aerospace Research Institute, Tehran, Iran
Assistant Professor, Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of
Technology, Tehran, Iran
Assistant Professor, Aerospace Research Institute, Tehran, Iran
9000519168

* Corresponding author: Kamran Raissi, Assistant Professor, Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran. E-mail: k_raissi@aut. ac.ir
Abstract
Introduction: Pilot performance investigation during multi-tasking operations requires a procedure, in which the parameters related to the desired scenario of the simulator are obtained in a systematic manner. The multi-attribute task battery (MATB-II) is a standard simulator of generic piloting tasks developed by national aeronautics and space administration (NASA).
Methods: Employing information theory concepts, baud rate generated in all subsystems of the MATB-II were calculated and then, a unique numerical index presenting an estimation of overall workload was extracted. In the next step, three tests with different levels of workload were conducted to examine the validity of the offered criteria. These tests were performed by a group of subjects on the role of human pilots, while recording their own experiences about perceived workload via NASA-TLX.
Results: The results confirmed that there were significant differences between averages of scores assigned by subjects to the total workload, for three levels of difficulty defined based on information theory (P-value < 0.001). This variable shows considerable growth from low to medium and from medium to high categories of workload level.
Conclusions: The proposed quantitative index is effective enough for determination of workload levels in the MATB-II simulator.
15353-7236Original Articl
e

Original



قیمت: تومان


پاسخ دهید