التطورات العامة في مجال الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا المستشعرات تعطي سببًا للأمل في إمكانية تحقيق تحسين في السلامة المهنية من خلال توافر أجهزة كشف عن الوجود والاقتراب موثوقة ومتينة وقليلة الصيانة ورخيصة الثمن. ستصف هذه المقالة تقنية الاستشعار ، وإجراءات الكشف المختلفة ، والشروط والقيود المطبقة على استخدام أنظمة الاستشعار ، وبعض الدراسات المكتملة وأعمال التقييس في ألمانيا.

معايير كاشف الوجود

يعد التطوير والاختبار العملي لأجهزة الكشف عن الوجود أحد أكبر التحديات المستقبلية للجهود التقنية في تحسين السلامة المهنية وحماية الأفراد بشكل عام. أجهزة كشف الوجود هي أجهزة استشعار ترسل إشارات موثوقة ويقين إلى قرب وجود شخص أو اقترابه. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يحدث هذا التحذير بسرعة حتى يمكن أن يحدث إجراء مراوغ أو كبح أو إيقاف تشغيل آلة ثابتة قبل حدوث التلامس المتوقع. سواء كان الأشخاص كبارًا أو صغارًا ، بغض النظر عن وضعهم أو طريقة لبسهم ، يجب ألا يكون لها أي تأثير على موثوقية المستشعر. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون المستشعر مؤكدًا في الأداء وأن يكون قويًا وغير مكلف ، بحيث يمكن استخدامه في أكثر الظروف تطلبًا ، مثل مواقع البناء والتطبيقات المحمولة ، مع الحد الأدنى من الصيانة. يجب أن تكون المستشعرات مثل الوسادة الهوائية لأنها لا تحتاج إلى صيانة وجاهزة دائمًا. نظرًا لإحجام بعض المستخدمين عن الحفاظ على ما قد يعتبرونه معدات غير أساسية ، فقد تُترك أجهزة الاستشعار بدون خدمة لسنوات. ميزة أخرى لكاشفات الوجود ، وهي أكثر احتمالًا لطلبها ، هي أنها تكتشف أيضًا عقبات أخرى غير البشر وتنبه المشغل في الوقت المناسب لاتخاذ إجراءات دفاعية ، وبالتالي تقليل تكاليف الإصلاح والأضرار المادية. هذا سبب لتثبيت أجهزة كشف التواجد التي لا ينبغي التقليل من شأنها.

تطبيقات الكاشف

يمكن تجنب أو التقليل من الحوادث المميتة والإصابات الخطيرة التي تبدو كأفعال فردية حتمية ، شريطة أن تصبح أجهزة الكشف عن الوجود أكثر قبولًا كإجراء وقائي في مجال السلامة المهنية. تتحدث الصحف عن هذه الحوادث في كثير من الأحيان: هنا أصيب شخص ما بلودر يتحرك للخلف ، وهناك لم يرى المشغل شخصًا دهسته العجلة الأمامية لمجرفة كهربائية. الشاحنات التي تتحرك للخلف في الشوارع ومباني الشركات ومواقع البناء هي سبب العديد من الحوادث للناس. لم تعد الشركات التي تم ترشيدها بدقة في الوقت الحاضر توفر السائقين المساعدين أو الأشخاص الآخرين للعمل كمرشدين للسائق الذي يقوم بنسخ احتياطي للشاحنة. يمكن أن تمتد هذه الأمثلة على حوادث الحركة بسهولة إلى معدات متحركة أخرى ، مثل شاحنات الرافعة الشوكية. ومع ذلك ، هناك حاجة ماسة إلى استخدام أجهزة الاستشعار لمنع الحوادث التي تنطوي على معدات شبه متنقلة وثابتة بحتة. ومن الأمثلة على ذلك المناطق الخلفية لآلات التحميل الكبيرة ، والتي حددها موظفو السلامة على أنها مناطق خطرة يمكن تحسينها من خلال استخدام أجهزة استشعار غير مكلفة. يمكن تكييف العديد من الاختلافات في أجهزة الكشف عن الوجود بشكل مبتكر للمركبات الأخرى والمعدات المتنقلة الكبيرة للحماية من أنواع الحوادث التي تمت مناقشتها في هذه المقالة ، والتي تتسبب عمومًا في أضرار جسيمة وإصابات خطيرة ، إن لم تكن مميتة.

يبدو أن ميل الحلول المبتكرة إلى أن تصبح أكثر انتشارًا يعد بأن أجهزة الكشف عن الوجود ستصبح تقنية أمان قياسية في التطبيقات الأخرى ؛ ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال في أي مكان. ومن المتوقع حدوث هذا الاختراق ، بدافع الحوادث والأضرار المادية العالية ، في المراقبة خلف شاحنات التوصيل والشاحنات الثقيلة وللمناطق الأكثر ابتكارًا في "التقنيات الجديدة" - آلات الروبوت المتنقلة في المستقبل.

يتطلب تباين مجالات التطبيق لأجهزة كشف التواجد وتنوع المهام - على سبيل المثال ، تحمل الكائنات (حتى الأجسام المتحركة ، في ظل ظروف معينة) التي تنتمي إلى مجال الكشف والتي لا ينبغي أن تطلق إشارة - أجهزة استشعار فيها " تدعم تقنية التقييم الذكي "آليات وظيفة المستشعر. يمكن تطوير هذه التكنولوجيا ، وهي مسألة تتعلق بالتطوير المستقبلي ، من أساليب تعتمد على مجال الذكاء الاصطناعي (Schreiber and Kuhn 1995). حتى الآن ، أدت العالمية المحدودة إلى تقييد شديد للاستخدامات الحالية لأجهزة الاستشعار. هناك ستائر خفيفة قضبان خفيفة حصائر الاتصال مجسات الأشعة تحت الحمراء السلبية كاشفات الموجات فوق الصوتية وحركة الرادار التي تستخدم تأثير دوبلر ؛ أجهزة الاستشعار التي تجري قياسات الوقت المنقضي للموجات فوق الصوتية والرادار ونبضات الضوء ؛ والماسحات الضوئية بالليزر. لا يتم تضمين كاميرات التلفزيون العادية المتصلة بالشاشات في هذه القائمة لأنها ليست أجهزة كشف عن الوجود. ومع ذلك ، يتم تضمين تلك الكاميرات التي يتم تنشيطها تلقائيًا عند استشعار وجود شخص.

تقنية الاستشعار

اليوم ، تتمثل مشكلات المستشعر الرئيسية في (1) تحسين استخدام التأثيرات الفيزيائية (الأشعة تحت الحمراء ، والضوء ، والموجات فوق الصوتية ، والرادار ، وما إلى ذلك) و (2) المراقبة الذاتية. يتم تطوير الماسحات الضوئية بالليزر بشكل مكثف لاستخدامها كأدوات ملاحية للروبوتات المتنقلة. لهذا الغرض ، يجب حل مهمتين مختلفتين جزئيًا من حيث المبدأ: التنقل في الروبوت وحماية الأشخاص (والمواد أو المعدات) الموجودة حتى لا يتم ضربهم أو دهسهم أو إمساكهم (Freund، Dierks and Rossman 1993 ). لا يمكن أن تحتفظ الروبوتات المتنقلة المستقبلية بنفس فلسفة السلامة المتمثلة في "الفصل المكاني بين الإنسان والروبوت" والتي يتم تطبيقها بشكل صارم على الروبوتات الصناعية الثابتة اليوم. هذا يعني وضع علاوة عالية على الأداء الموثوق به لكاشف الوجود المراد استخدامه.

غالبًا ما يرتبط استخدام "التكنولوجيا الجديدة" بمشاكل القبول ، ويمكن افتراض أن الاستخدام العام للروبوتات المتنقلة التي يمكنها التحرك والاستيعاب ، بين الناس في المصانع ، في مناطق المرور العامة ، أو حتى في المنازل أو المناطق الترفيهية ، لن يتم قبولها إلا إذا كانت مزودة بأجهزة كشف وجود متطورة للغاية ومتطورة وموثوقة. يجب تجنب الحوادث المذهلة بأي ثمن لتجنب تفاقم مشكلة القبول المحتملة. المستوى الحالي للإنفاق على تطوير هذا النوع من أجهزة استشعار الحماية المهنية لا يقترب من أخذ هذا في الاعتبار. لتوفير الكثير من التكاليف ، يجب تطوير أجهزة الكشف عن الوجود واختبارها في وقت واحد مع الروبوتات المتنقلة وأنظمة الملاحة ، وليس بعد ذلك.

فيما يتعلق بالسيارات ، اكتسبت أسئلة السلامة أهمية متزايدة. تشتمل سلامة الركاب المبتكرة في السيارات على أحزمة أمان ثلاثية النقاط ومقاعد أطفال وأكياس هوائية ونظام الفرامل المانعة للانغلاق الذي تم التحقق منه من خلال اختبارات التصادم التسلسلية. تمثل تدابير السلامة هذه جزءًا متزايدًا نسبيًا من تكاليف الإنتاج. تعتبر الوسادة الهوائية الجانبية وأنظمة استشعار الرادار لقياس المسافة إلى السيارة أمامك تطورات تطورية في حماية الركاب.

تحظى السلامة الخارجية للمركبة - أي حماية الأطراف الثالثة - باهتمام متزايد. في الآونة الأخيرة ، كانت هناك حاجة إلى حماية جانبية ، بشكل أساسي للشاحنات ، لمنع راكبي الدراجات النارية وراكبي الدراجات والمشاة من خطر السقوط تحت العجلات الخلفية. تتمثل الخطوة المنطقية التالية في مراقبة المنطقة خلف المركبات الكبيرة بأجهزة كشف الوجود وتركيب معدات تحذير للمنطقة الخلفية. سيكون لهذا تأثير جانبي إيجابي يتمثل في توفير التمويل المطلوب لتطوير واختبار وتوفير أقصى أداء ، والمراقبة الذاتية ، وخالية من الصيانة وتعمل بشكل موثوق ، وأجهزة استشعار غير مكلفة لأغراض السلامة المهنية. ستسهل العملية التجريبية التي تتماشى مع التنفيذ الواسع لأجهزة الاستشعار أو أنظمة الاستشعار إلى حد كبير الابتكار في مجالات أخرى ، مثل مجارف الطاقة واللوادر الثقيلة وغيرها من الأجهزة المحمولة الكبيرة التي تدعم ما يصل إلى نصف الوقت أثناء تشغيلها. تعتبر العملية التطورية من الروبوتات الثابتة إلى الروبوتات المتنقلة مسارًا إضافيًا لتطوير أجهزة الكشف عن الوجود. على سبيل المثال ، يمكن إجراء تحسينات على المستشعرات المستخدمة حاليًا في أجهزة نقل المواد الروبوتية المتنقلة أو "جرارات المصانع بدون سائق" ، والتي تتبع مسارات ثابتة وبالتالي تتطلب متطلبات أمان منخفضة نسبيًا. يعد استخدام أجهزة الكشف عن الوجود الخطوة المنطقية التالية في تحسين السلامة في مجال نقل المواد والركاب.

إجراءات الكشف

يمكن استخدام المبادئ الفيزيائية المختلفة ، المتاحة فيما يتعلق بالقياس الإلكتروني وطرق المراقبة الذاتية ، وإلى حد ما ، إجراءات الحوسبة عالية الأداء ، لتقييم وحل المهام المذكورة أعلاه. من المحتمل أن يتم إنجاز تشغيل الآلات الآلية (الروبوتات) الشائعة جدًا في أفلام الخيال العلمي ، دون عناء وبشكل مؤكد ، في العالم الحقيقي من خلال استخدام تقنيات التصوير وخوارزميات التعرف على الأنماط عالية الأداء جنبًا إلى جنب مع طرق قياس المسافة المماثلة لتلك يعمل بواسطة الماسحات الضوئية الليزرية. يجب التعرف على الموقف المتناقض المتمثل في أن كل ما يبدو بسيطًا للناس صعبًا على الإنسان الآلي. على سبيل المثال ، يمكن محاكاة مهمة صعبة مثل لعب الشطرنج الممتاز (التي تتطلب نشاطًا للدماغ الأمامي) بسهولة أكبر وتنفيذها بواسطة الآلات الآلية أكثر من مهمة بسيطة مثل المشي في وضع مستقيم أو تنفيذ تنسيق حركة اليد والعين وغيرها (بوساطة منتصف والدماغ الخلفي). يتم وصف عدد قليل من هذه المبادئ والطرق والإجراءات المطبقة على تطبيقات أجهزة الاستشعار أدناه. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد كبير من الإجراءات الخاصة للمهام الخاصة جدًا والتي تعمل جزئيًا مع مزيج من أنواع مختلفة من التأثيرات الجسدية.

ستائر وقضبان عازلة للضوء. من بين أول أجهزة الكشف عن الوجود كانت ستائر وقضبان حاجز الضوء. لديهم هندسة مراقبة مسطحة ؛ أي أن الشخص الذي تجاوز الحاجز لن يتم اكتشافه بعد الآن. يمكن اكتشاف يد المشغل ، أو وجود أدوات أو أجزاء ممسوكة في يد المشغل ، على سبيل المثال ، بسرعة وموثوقية باستخدام هذه الأجهزة. إنها تقدم مساهمة مهمة في السلامة المهنية للآلات (مثل المطابع وآلات التثقيب) التي تتطلب وضع هذه المواد يدويًا. يجب أن تكون الموثوقية عالية للغاية من الناحية الإحصائية ، لأنه عندما تصل اليد في مرتين إلى ثلاث مرات فقط في الدقيقة ، يتم إجراء حوالي مليون عملية في غضون بضع سنوات فقط. تم تطوير المراقبة الذاتية المتبادلة لمكونات المرسل والمستقبل إلى مستوى تقني عالٍ للغاية بحيث يمثل معيارًا لجميع إجراءات الكشف عن التواجد الأخرى.

دواسات الاتصال (تبديل الحصائر). هناك أنواع (مضخة) سلبية ونشطة من حصائر وأرضيات التلامس الكهربائية والهوائية ، والتي كانت تستخدم في البداية بأعداد كبيرة في وظائف الخدمة (فتاحات الأبواب) ، حتى تم استبدالها بأجهزة كشف الحركة. المزيد من التطوير يتطور مع استخدام أجهزة الكشف عن الوجود في جميع أنواع مناطق الخطر. على سبيل المثال ، أدى تطوير التصنيع الآلي مع تغيير وظيفة العامل - من تشغيل الآلة إلى مراقبة وظيفتها بدقة - إلى إنتاج طلب مماثل لأجهزة الكشف المناسبة. يعتبر توحيد هذا الاستخدام متقدمًا بشكل جيد (DIN 1995a) ، والقيود الخاصة (التخطيط والحجم والحد الأقصى المسموح به للمناطق "الميتة") استلزم تطوير الخبرة للتركيب في هذا المجال من الاستخدام.

تنشأ الاستخدامات المحتملة المثيرة للاهتمام لحصائر التلامس بالاقتران مع أنظمة روبوت متعددة يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. يقوم المشغل بتبديل عنصر أو عنصرين بحيث يلتقط كاشف الوجود موقعه الدقيق ويبلغ الكمبيوتر ، الذي يدير أنظمة التحكم في الروبوت مع نظام مدمج لتجنب الاصطدام. في أحد الاختبارات التي أجراها معهد السلامة الفيدرالي الألماني (BAU) ، تم بناء أرضية حصيرة تلامس ، تتكون من حصائر صغيرة للمفاتيح الكهربائية ، تحت منطقة عمل ذراع الروبوت لهذا الغرض (Freund، Dierks and Rossman 1993). كان كاشف الوجود هذا على شكل رقعة شطرنج. يخبر حقل حصيرة المنشط على التوالي الكمبيوتر عن موضع المشغل (الشكل 1) وعندما اقترب المشغل من الروبوت ، تحرك بعيدًا. بدون كاشف التواجد ، لن يتمكن نظام الروبوت من التأكد من موقع المشغل ، وبالتالي لا يمكن حماية المشغل.

الشكل 1. شخص (يمين) وروبوتان في أجسام مغلفة محسوبة

العاكسات (مستشعرات الحركة وأجهزة الكشف عن الوجود). على الرغم من جدارة المستشعرات التي تمت مناقشتها حتى الآن ، إلا أنها ليست كاشفات للوجود بالمعنى الأوسع. إن ملاءمتها - لأسباب تتعلق بالسلامة المهنية في المقام الأول - للمركبات الكبيرة والمعدات المتنقلة الكبيرة تفترض مسبقًا خاصيتين مهمتين: (1) القدرة على مراقبة منطقة من موقع واحد ، و (2) الأداء الخالي من الأخطاء دون الحاجة إلى اتخاذ تدابير إضافية بشأن جزء من — على سبيل المثال ، استخدام الأجهزة العاكسة. إن اكتشاف وجود شخص يدخل المنطقة المراقبة ويظل متوقفًا حتى يذهب هذا الشخص يعني أيضًا الحاجة إلى اكتشاف شخص يقف ثابتًا تمامًا. وهذا يميز ما يسمى بأجهزة استشعار الحركة من أجهزة الكشف عن الوجود ، على الأقل فيما يتعلق بالمعدات المتنقلة ؛ يتم تشغيل مستشعرات الحركة دائمًا تقريبًا عند تشغيل السيارة.

مجسات الحركة. النوعان الأساسيان من مستشعرات الحركة هما: (1) "مستشعرات الأشعة تحت الحمراء السلبية" (PIRS) ، والتي تتفاعل مع أصغر تغيير في حزمة الأشعة تحت الحمراء في المنطقة المراقبة (أصغر حزمة يمكن اكتشافها هي حوالي 10^-9 W مع مدى طول موجي من حوالي 7 إلى 20 ميكرومتر) ؛ و (2) مستشعرات الموجات فوق الصوتية والميكروويف باستخدام مبدأ دوبلر ، الذي يحدد خصائص حركة الجسم وفقًا لتغيرات التردد. على سبيل المثال ، يزيد تأثير دوبلر من وتيرة بوق القاطرة للمراقب عندما يقترب ، ويقلل التردد عندما تتحرك القاطرة بعيدًا. يتيح تأثير دوبلر بناء مجسات اقتراب بسيطة نسبيًا ، حيث يحتاج المستقبل فقط إلى مراقبة تردد إشارة نطاقات التردد المجاورة لظهور تردد دوبلر.

في منتصف السبعينيات ، أصبح استخدام كاشفات الحركة سائدًا في تطبيقات وظائف الخدمة مثل أجهزة فتح الأبواب ، وأمن السرقة ، وحماية الأشياء. للاستخدام الثابت ، كان اكتشاف شخص يقترب من نقطة خطر كافياً لإعطاء تحذير في الوقت المناسب أو لإيقاف تشغيل الجهاز. كان هذا هو الأساس لدراسة مدى ملاءمة أجهزة كشف الحركة لاستخدامها في السلامة المهنية ، وخاصة عن طريق PIRS (Mester et al. 1970). نظرًا لأن درجة حرارة الشخص الذي يرتدي ملابس أعلى من المنطقة المحيطة (الرأس 1980 درجة مئوية ، واليدين 34 درجة مئوية) ، فإن اكتشاف شخص يقترب أسهل إلى حد ما من اكتشاف الأشياء غير الحية. إلى حد محدود ، يمكن أن تتحرك أجزاء الماكينة في المنطقة المراقبة دون تشغيل الكاشف.

الطريقة السلبية (بدون جهاز الإرسال) لها مزايا وعيوب. الميزة هي أن نظام PIRS لا يضيف إلى مشاكل الضوضاء والضباب الدخاني الكهربائي. لأمان السرقة وحماية الأشياء ، من المهم بشكل خاص ألا يكون من السهل العثور على الكاشف. ومع ذلك ، فإن المستشعر الذي هو مجرد جهاز استقبال لا يمكنه أن يراقب فعاليته ، وهو أمر ضروري للسلامة المهنية. كانت إحدى طرق التغلب على هذا العيب هي اختبار بواعث الأشعة تحت الحمراء الصغيرة المعدلة (من 5 إلى 20 هرتز) التي تم تركيبها في المنطقة المراقبة والتي لم تقم بتشغيل المستشعر ، ولكن تم تسجيل حزمها مع تضخيم إلكتروني ثابت مضبوط على تردد التعديل. هذا التعديل حوله من مستشعر "سلبي" إلى مستشعر "نشط". وبهذه الطريقة كان من الممكن أيضًا التحقق من الدقة الهندسية للمنطقة المراقبة. يمكن أن تحتوي المرايا على نقاط عمياء ، ويمكن أن ينحرف اتجاه المستشعر السلبي عن طريق النشاط الخشن في النبات. يوضح الشكل 2 مخطط اختبار باستخدام PIRS بهندسة مراقبة على شكل عباءة هرمية. نظرًا لامتدادها الكبير ، يتم تثبيت مستشعرات الأشعة تحت الحمراء السلبية ، على سبيل المثال ، في ممرات مناطق التخزين على الرفوف.

الشكل 2. مستشعر الأشعة تحت الحمراء السلبية باعتباره كاشف اقتراب في منطقة خطر

بشكل عام ، أظهرت الاختبارات أن أجهزة الكشف عن الحركة غير مناسبة للسلامة المهنية. لا يمكن مقارنة أرضية المتحف الليلية بمناطق الخطر في مكان العمل.

كاشفات الصوت الفائق والرادار والنبضات الضوئية. تمتلك المستشعرات التي تستخدم مبدأ النبض / الصدى - أي قياسات الوقت المنقضي للموجات فوق الصوتية أو الرادار أو النبضات الضوئية - إمكانات كبيرة كأجهزة كشف الوجود. باستخدام الماسحات الضوئية الليزرية ، يمكن لنبضات الضوء أن تكتسح في تتابع سريع (عادةً بطريقة دوارة) ، على سبيل المثال ، أفقيًا ، وبمساعدة الكمبيوتر يمكن للمرء الحصول على ملف تعريف مسافة للأشياء الموجودة على مستوى والتي تعكس الضوء. إذا لم يكن مطلوبًا ، على سبيل المثال ، سطر واحد فحسب ، بل كل ما يكمن أمام الروبوت المتحرك في المنطقة التي يصل ارتفاعها إلى مترين ، فيجب معالجة كميات كبيرة من البيانات لتصوير المنطقة المحيطة. سيتألف كاشف الوجود "المثالي" المستقبلي من مزيج من العمليتين التاليتين:

1. سيتم استخدام عملية التعرف على الأنماط ، والتي تتكون من كاميرا وجهاز كمبيوتر. يمكن أن تكون الأخيرة أيضًا "شبكة عصبية".
2. هناك حاجة إلى عملية مسح بالليزر أيضًا لقياس المسافات ؛ يأخذ هذا تأثيرًا في مساحة ثلاثية الأبعاد من عدد من النقاط الفردية المحددة بواسطة عملية التعرف على الأنماط ، والتي تم إنشاؤها للحصول على المسافة والحركة حسب السرعة والاتجاه.

يوضح الشكل 3 ، من مشروع BAU المذكور سابقًا (Freund و Dierks و Rossman 1993) ، استخدام ماسح ضوئي بالليزر على روبوت متنقل يفترض أيضًا مهام ملاحية (عبر حزمة استشعار الاتجاه) وحماية الاصطدام للأشياء في الحال المنطقة المجاورة (عبر شعاع قياس الأرض للكشف عن الوجود). بالنظر إلى هذه الميزات ، فإن الروبوت المحمول لديه القدرة على القيادة الآلية النشطة النشطة (أي القدرة على الالتفاف حول العقبات). من الناحية الفنية ، يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام زاوية 45 درجة لدوران الماسح الضوئي باتجاه الخلف على كلا الجانبين (إلى المنفذ ويمين الروبوت) بالإضافة إلى زاوية 180 درجة باتجاه الأمام. ترتبط هذه الحزم بمرآة خاصة تعمل كستارة خفيفة على الأرض أمام الروبوت المتحرك (توفر خط رؤية أرضي). إذا جاء انعكاس الليزر من هناك ، يتوقف الروبوت. في حين أن الماسحات الضوئية الليزرية والضوئية المعتمدة للاستخدام في السلامة المهنية متوفرة في السوق ، فإن أجهزة الكشف عن الوجود هذه لديها إمكانات كبيرة لمزيد من التطوير.

الشكل 3. روبوت متحرك مع ماسح ضوئي بالليزر لاستخدامه في الملاحة وكشف الوجود

أجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية والرادار ، التي تستخدم الوقت المنقضي من الإشارة إلى الاستجابة لتحديد المسافة ، أقل تطلبًا من منظور تقني وبالتالي يمكن إنتاجها بتكلفة أقل. منطقة المستشعر على شكل مضرب ولها نوادي جانبية أصغر أو أكثر مرتبة بشكل متماثل. تحدد سرعة انتشار الإشارة (الصوت: 330 م / ث ، الموجة الكهرومغناطيسية: 300,000 كم / ث) السرعة المطلوبة للإلكترونيات المستخدمة.

أجهزة تحذير المنطقة الخلفية. في معرض هانوفر عام 1985 ، أظهرت جامعة الأعمال البريطانية نتائج مشروع أولي حول استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لتأمين المنطقة خلف المركبات الكبيرة (Langer and Kurfürst 1985). تم تركيب نموذج بالحجم الكامل لرأس مستشعر مصنوع من مستشعرات Polaroid ™ على الجدار الخلفي لشاحنة الإمداد. يوضح الشكل 4 أداءه بشكل تخطيطي. ينتج القطر الكبير لهذا المستشعر زاوية صغيرة نسبيًا (حوالي 18 درجة) ، ومساحات قياس طويلة المدى على شكل مضرب ، مرتبة بجوار بعضها البعض وتعيينها على نطاقات إشارة قصوى مختلفة. في الممارسة العملية ، يسمح للمرء بتعيين أي هندسة مراقبة مرغوبة ، والتي يتم مسحها ضوئيًا بواسطة المستشعرات تقريبًا أربع مرات في الثانية لوجود أو دخول الأشخاص. تحتوي أنظمة التحذير الأخرى المثبتة في المنطقة الخلفية على العديد من أجهزة الاستشعار الفردية المتوازية.

الشكل 4. ترتيب رأس القياس والمساحة المرصودة على الجانب الخلفي من الشاحنة

كان هذا العرض الحي نجاحًا كبيرًا في المعرض. وبينت أنه تتم دراسة تأمين المنطقة الخلفية للمركبات والمعدات الكبيرة في العديد من الأماكن - على سبيل المثال ، من قبل اللجان المتخصصة لاتحادات التجارة الصناعية (بيروفسجينوسنسشافتين)، وشركات التأمين على الحوادث البلدية (المسؤولة عن المركبات البلدية) ، ومسؤولي الرقابة على الصناعة بالولاية ، ومنتجي أجهزة الاستشعار ، الذين كانوا يفكرون أكثر فيما يتعلق بالسيارات كمركبات خدمة (بمعنى التركيز على أنظمة وقوف السيارات للحماية من تلف جسم السيارة). تم تشكيل لجنة مخصصة من المجموعات للترويج لأجهزة الإنذار في المنطقة الخلفية بشكل عفوي واضطلعت كمهمة أولى بإعداد قائمة بالمتطلبات من منظور السلامة المهنية. مرت عشر سنوات تم خلالها عمل الكثير في مجال مراقبة المنطقة الخلفية - ربما كانت المهمة الأكثر أهمية لكاشفات التواجد ؛ لكن الاختراق الكبير ما زال مفقودًا.

تم تنفيذ العديد من المشاريع باستخدام مستشعرات الموجات فوق الصوتية - على سبيل المثال ، على رافعات الفرز الخشبية المستديرة ، والمجارف الهيدروليكية ، والمركبات البلدية الخاصة ، ومركبات الخدمات الأخرى ، وكذلك على شاحنات الرافعة الشوكية والرافعات (Schreiber 1990). تعتبر أجهزة التحذير في المنطقة الخلفية مهمة بشكل خاص للآلات الكبيرة التي تدعم معظم الوقت. تستخدم أجهزة الكشف عن وجود الموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال ، لحماية المركبات المتخصصة بدون سائق مثل آلات مناولة المواد الروبوتية. بالمقارنة مع مصدات المطاط ، تتمتع هذه المستشعرات بمنطقة كشف أكبر توفر الكبح قبل إجراء التلامس بين الماكينة والجسم. أجهزة الاستشعار المقابلة للسيارات هي تطورات مناسبة وتنطوي على متطلبات أقل صرامة إلى حد كبير.

في غضون ذلك ، قامت لجنة المعايير الفنية لنظام النقل التابعة لـ DIN بإعداد المعيار 75031 ، "أجهزة الكشف عن العوائق أثناء الرجوع" (DIN 1995b). تم تحديد المتطلبات والاختبارات لنطاقين: 1.8 متر لشاحنات الإمداد و 3.0 متر - منطقة تحذير إضافية - للشاحنات الأكبر حجمًا. يتم ضبط المنطقة المراقبة من خلال التعرف على أجسام الاختبار الأسطوانية. النطاق البالغ 3 أمتار يدور أيضًا حول حد ما هو ممكن تقنيًا حاليًا ، حيث يجب أن تحتوي أجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية على أغشية معدنية مغلقة ، نظرًا لظروف عملها القاسية. يتم تحديد متطلبات المراقبة الذاتية لنظام الاستشعار ، حيث لا يمكن تحقيق الهندسة المرصودة المطلوبة إلا من خلال نظام من ثلاثة أجهزة استشعار أو أكثر. يوضح الشكل 5 جهاز تحذير للمنطقة الخلفية يتكون من ثلاثة أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية (Microsonic GmbH 1996). الأمر نفسه ينطبق على جهاز الإعلام في كابينة السائق ونوع إشارة التحذير. محتويات المعيار DIN 75031 موضحة أيضًا في تقرير ISO الفني الدولي TR 12155 ، "المركبات التجارية - جهاز الكشف عن العوائق أثناء الرجوع" (ISO 1994). طور العديد من منتجي أجهزة الاستشعار نماذج أولية وفقًا لهذا المعيار.

الشكل 5. شاحنة متوسطة الحجم مزودة بجهاز تحذير للمنطقة الخلفية (صورة ميكروسونيك).

وفي الختام

منذ أوائل السبعينيات ، عملت العديد من المؤسسات والشركات المصنعة لأجهزة الاستشعار على تطوير وإنشاء "أجهزة كشف التواجد". في التطبيق الخاص "لأجهزة التحذير في المنطقة الخلفية" يوجد معيار DIN 1970 و ISO Report TR 75031. في الوقت الحالي تجري Deutsche Post AG اختبارًا رئيسيًا. قامت العديد من الشركات المصنعة لأجهزة الاستشعار بتجهيز خمس شاحنات متوسطة الحجم بمثل هذه الأجهزة. النتيجة الإيجابية لهذا الاختبار هي إلى حد كبير في مصلحة السلامة المهنية. كما تم التأكيد في البداية ، فإن أجهزة الكشف عن الوجود بالأرقام المطلوبة تمثل تحديًا كبيرًا لتكنولوجيا السلامة في العديد من مجالات التطبيق المذكورة. لذلك يجب أن تكون قابلة للتحقيق بتكلفة منخفضة إذا كانت الأضرار التي لحقت بالمعدات والآلات والمواد ، وقبل كل شيء ، الإصابات التي تلحق بالأشخاص ، والتي غالبًا ما تكون خطيرة جدًا ، ستُحال إلى الماضي.

الرجوع

يجب دائمًا مناقشة أجهزة التحكم والأجهزة المستخدمة في العزل والتبديل فيما يتعلق بـ الأنظمة التقنية، وهو مصطلح يستخدم في هذه المقالة ليشمل الآلات والمنشآت والمعدات. كل نظام تقني يفي بمهمة عملية محددة ومحددة. يلزم وجود أجهزة تحكم وتحويل مناسبة للسلامة إذا كانت هذه المهمة العملية قابلة للتطبيق أو حتى ممكنة في ظل ظروف آمنة. تُستخدم هذه الأجهزة من أجل بدء التحكم أو مقاطعة أو تأخير التيار و / أو نبضات الطاقة الكهربائية والهيدروليكية والهوائية وكذلك الطاقات المحتملة.

العزلة وخفض الطاقة

تستخدم أجهزة العزل لعزل الطاقة عن طريق فصل خط الإمداد بين مصدر الطاقة والنظام الفني. يجب أن ينتج عن جهاز العزل عادةً فصل فعلي لا لبس فيه عن مصدر الطاقة. يجب أيضًا دائمًا الجمع بين فصل مصدر الطاقة وتقليل الطاقة المخزنة في جميع أجزاء النظام الفني. إذا تم تغذية النظام الفني من خلال عدة مصادر للطاقة ، فيجب أن تكون كل خطوط الإمداد هذه قادرة على العزل بشكل موثوق. الأشخاص المدربون على التعامل مع النوع ذي الصلة من الطاقة والذين يعملون في نهاية الطاقة للنظام التقني ، يستخدمون أجهزة العزل لحماية أنفسهم من مخاطر الطاقة. لأسباب تتعلق بالسلامة ، سيتحقق هؤلاء الأشخاص دائمًا للتأكد من عدم وجود أي طاقة خطرة في النظام التقني - على سبيل المثال ، من خلال التأكد من عدم وجود إمكانات كهربائية في حالة الطاقة الكهربائية. لا يمكن التعامل مع بعض أجهزة العزل بدون مخاطر إلا للأخصائيين المدربين ؛ في مثل هذه الحالات ، يجب أن يكون جهاز العزل غير متاح للأشخاص غير المصرح لهم. (انظر الشكل 1.)

الشكل 1. مبادئ أجهزة العزل الكهربائية والهوائية

المفتاح الرئيسي

يقوم جهاز التبديل الرئيسي بفصل النظام الفني عن مصدر الطاقة. على عكس جهاز العزل ، يمكن تشغيله بدون خطر حتى من قبل "المتخصصين من غير الطاقة". يتم استخدام جهاز المفتاح الرئيسي لفصل الأنظمة التقنية غير المستخدمة في لحظة معينة يجب ، على سبيل المثال ، إعاقة تشغيلها بواسطة أشخاص آخرين غير مصرح لهم بذلك. كما أنها تستخدم لإحداث فصل لأغراض مثل الصيانة وإصلاح الأعطال والتنظيف وإعادة الضبط وإعادة التهيئة ، بشرط أن يتم هذا العمل بدون طاقة في النظام. وبطبيعة الحال ، عندما يمتلك جهاز التبديل الرئيسي أيضًا خصائص جهاز العزل ، فيمكنه أيضًا تشغيل و / أو مشاركة وظيفته. (انظر الشكل 2.)

الشكل 2. نموذج توضيحي لأجهزة التبديل الرئيسية الكهربائية والهوائية

جهاز فصل الأمان

لا يقوم جهاز فصل الأمان بفصل النظام التقني بأكمله عن مصدر الطاقة ؛ بدلاً من ذلك ، يزيل الطاقة من أجزاء النظام الحاسمة لنظام فرعي تشغيلي معين. يمكن تخصيص التدخلات قصيرة المدة للأنظمة الفرعية التشغيلية - على سبيل المثال ، لإعداد النظام أو إعادة ضبطه / تجديده ، وإصلاح الأعطال ، والتنظيف المنتظم ، وللحركات الأساسية والمحددة وتسلسلات الوظائف المطلوبة أثناء الدورة من الإعداد أو إعادة الضبط / إعادة التهيئة أو التشغيل التجريبي. لا يمكن ببساطة إيقاف تشغيل معدات ومحطات الإنتاج المعقدة بجهاز مفتاح رئيسي في هذه الحالات ، حيث لا يمكن بدء تشغيل النظام التقني بأكمله مرة أخرى من حيث توقف بعد إصلاح العطل. علاوة على ذلك ، نادرًا ما يوجد جهاز التبديل الرئيسي ، في الأنظمة التقنية الأكثر شمولاً ، في المكان الذي يجب إجراء التدخل فيه. وبالتالي ، فإن جهاز فصل الأمان ملزم باستيفاء عدد من المتطلبات ، مثل ما يلي:

• إنه يقطع تدفق الطاقة بشكل موثوق وبطريقة لا يتم تشغيل الحركات أو العمليات الخطيرة عن طريق إشارات التحكم التي يتم إدخالها عن طريق الخطأ أو إنشاؤها عن طريق الخطأ.
• يتم تثبيته بدقة حيث يجب أن تحدث الانقطاعات في مناطق الخطر للأنظمة الفرعية التشغيلية للنظام الفني. إذا لزم الأمر ، يمكن أن يكون التثبيت في عدة أماكن (على سبيل المثال ، في طوابق مختلفة ، في غرف مختلفة ، أو في نقاط وصول مختلفة على الآلات أو المعدات).
• يتميز جهاز التحكم الخاص به في وضع "إيقاف التشغيل" المحدد بوضوح والذي يتم تسجيله مرة واحدة فقط بعد قطع تدفق الطاقة بشكل موثوق.
• بمجرد الوصول إلى الوضع "إيقاف التشغيل" ، يمكن تأمين جهاز التحكم الخاص به ضد إعادة التشغيل دون إذن (أ) إذا كان لا يمكن الإشراف على مناطق الخطر المعنية بشكل موثوق من منطقة التحكم و (ب) إذا كان الأشخاص الموجودون في منطقة الخطر لا يمكنهم رؤية أنفسهم بأنفسهم جهاز التحكم بسهولة وباستمرار ، أو (ج) إذا كان الإغلاق / الوسم مطلوبًا بموجب إجراءات تنظيمية أو تنظيمية.
• يجب فصل وحدة وظيفية واحدة فقط من نظام تقني موسع ، إذا كانت الوحدات الوظيفية الأخرى قادرة على الاستمرار في العمل بمفردها دون التعرض لخطر على الشخص الذي يتدخل.

عندما يكون جهاز المفتاح الرئيسي المستخدم في نظام تقني معين قادرًا على تلبية جميع متطلبات جهاز فصل الأمان ، يمكنه أيضًا تولي هذه الوظيفة. لكن هذا بالطبع سيكون وسيلة موثوقة فقط في الأنظمة التقنية البسيطة جدًا. (انظر الشكل 3.)

الشكل 3. رسم توضيحي للمبادئ الأساسية لجهاز فصل السلامة

تروس التحكم للأنظمة الفرعية التشغيلية

تسمح تروس التحكم بالحركات والتسلسلات الوظيفية المطلوبة للأنظمة الفرعية التشغيلية للنظام الفني ليتم تنفيذها والتحكم فيها بأمان. قد تكون هناك حاجة لتروس التحكم للأنظمة الفرعية التشغيلية للإعداد (عند تنفيذ عمليات التشغيل التجريبية) ؛ للتنظيم (عند إصلاح الأعطال في تشغيل النظام أو عندما يجب إزالة العوائق) ؛ أو أغراض التدريب (إظهار العمليات). في مثل هذه الحالات ، لا يمكن ببساطة إعادة التشغيل العادي للنظام ، حيث سيتعرض الشخص المتدخل للخطر من خلال الحركات والعمليات التي يتم تشغيلها بواسطة إشارات التحكم إما التي تم إدخالها عن طريق الخطأ أو إنشاؤها عن طريق الخطأ. يجب أن تتوافق معدات التحكم الخاصة بالنظم الفرعية التشغيلية مع المتطلبات التالية:

• يجب أن يسمح بالتنفيذ الآمن للحركات والعمليات المطلوبة للأنظمة الفرعية التشغيلية للنظام الفني. على سبيل المثال ، سيتم تنفيذ حركات معينة بسرعات منخفضة ، تدريجيًا أو بمستويات طاقة أقل (حسب ما هو مناسب) ، وستتوقف العمليات على الفور ، كقاعدة عامة ، إذا لم تعد لوحة التحكم موجودة.
• يجب وضع لوحات التحكم الخاصة به في المناطق التي لا يشكل تشغيلها فيها خطرًا على المشغل ، والتي يمكن من خلالها رؤية العمليات التي يتم التحكم فيها بشكل كامل.
• في حالة وجود العديد من لوحات التحكم التي تتحكم في العمليات المختلفة في مكان واحد ، فيجب تمييزها وترتيبها بوضوح بطريقة مميزة ومفهومة.
• يجب أن تصبح معدات التحكم للأنظمة الفرعية التشغيلية فعالة فقط عندما يتم فصل التشغيل العادي بشكل موثوق ؛ وهذا يعني أنه يجب ضمان عدم إصدار أي أمر تحكم بشكل فعال من التشغيل العادي والإفراط في ركوب معدات التحكم.
• يجب منع الاستخدام غير المصرح به لأجهزة التحكم للأنظمة الفرعية التشغيلية ، على سبيل المثال ، من خلال طلب استخدام مفتاح أو رمز خاص لتحرير الوظيفة المعنية. (انظر الشكل 4.)

الشكل 4. أجهزة التشغيل في تروس التحكم للأنظمة الفرعية التشغيلية الثابتة والمتحركة

مفتاح الطوارئ

تعد مفاتيح الطوارئ ضرورية حيث يمكن أن يؤدي التشغيل العادي للأنظمة التقنية إلى مخاطر لا يستطيع تصميم النظام المناسب ولا اتخاذ احتياطات السلامة المناسبة منعها. في الأنظمة الفرعية التشغيلية ، غالبًا ما يكون مفتاح الطوارئ جزءًا من معدات التحكم في النظام الفرعي التشغيلي. عند التشغيل في حالة الخطر ، يقوم مفتاح الطوارئ بتنفيذ العمليات التي تعيد النظام الفني إلى حالة التشغيل الآمن في أسرع وقت ممكن. فيما يتعلق بأولويات السلامة ، فإن حماية الأشخاص هي الشغل الشاغل ؛ يعتبر منع الضرر الذي يلحق بالمواد أمرًا ثانويًا ، ما لم يكن هذا الأخير عرضة لتعريض الأشخاص للخطر أيضًا. يجب أن يفي مفتاح الطوارئ بالمتطلبات التالية:

• يجب أن يؤدي إلى حالة تشغيل آمنة للنظام الفني في أسرع وقت ممكن.
• يجب أن تكون لوحة التحكم الخاصة بها سهلة التعرف عليها ووضعها وتصميمها بحيث يمكن تشغيلها دون صعوبة من قبل الأشخاص المعرضين للخطر ويمكن أيضًا الوصول إليها من قبل الآخرين الذين يستجيبون لحالة الطوارئ.
• يجب ألا تؤدي عمليات الطوارئ التي تطلقها إلى مخاطر جديدة ؛ على سبيل المثال ، يجب عليهم عدم تحرير أجهزة التثبيت أو فصل تركيبات التثبيت المغناطيسية أو حظر أجهزة الأمان.
• بعد بدء عملية تبديل الطوارئ ، يجب ألا يكون النظام الفني قادرًا على إعادة التشغيل تلقائيًا عن طريق إعادة ضبط لوحة التحكم في مفتاح الطوارئ. بدلاً من ذلك ، يجب أن يكون الإدخال الواعي لأمر تحكم جديد في الوظيفة مطلوبًا. (انظر الشكل 5.)

الشكل 5. رسم توضيحي لمبادئ لوحات التحكم في مفاتيح الطوارئ

جهاز التحكم بتبديل الوظائف

تُستخدم أجهزة التحكم في مفتاح التشغيل لتشغيل النظام الفني للتشغيل العادي وبدء وتنفيذ ومقاطعة الحركات والعمليات المخصصة للتشغيل العادي. يتم استخدام جهاز التحكم في مفتاح الوظيفة حصريًا في سياق التشغيل العادي للنظام التقني - أي أثناء التنفيذ غير المضطرب لجميع الوظائف المعينة. يتم استخدامه وفقًا لذلك من قبل الأشخاص الذين يديرون النظام الفني. يجب أن تفي أجهزة التحكم في مفاتيح الوظائف بالمتطلبات التالية:

• يجب أن تكون لوحات التحكم الخاصة بهم سهلة الوصول وسهلة الاستخدام دون خطر.
• يجب أن تكون لوحات التحكم الخاصة بهم مرتبة بشكل واضح وعقلاني ؛ على سبيل المثال ، يجب أن تعمل مقابض التحكم "بعقلانية" فيما يتعلق بالحركات التي يتم التحكم فيها لأعلى ولأسفل ولليمين ولليسار. (قد تخضع حركات التحكم "العقلانية" والتأثيرات المقابلة للاختلاف المحلي ويتم تحديدها أحيانًا عن طريق النص.)
• يجب تمييز لوحات التحكم الخاصة بهم بشكل واضح وواضح ، مع رموز يسهل فهمها.
• يجب ألا يتم تشغيل العمليات التي تتطلب اهتمامًا كاملاً من المستخدم لتنفيذها الآمن إما عن طريق إشارات التحكم التي تم إنشاؤها عن طريق الخطأ أو عن طريق التشغيل غير المقصود لأجهزة التحكم التي تحكمها. يجب أن تكون معالجة إشارة لوحة التحكم موثوقة بشكل مناسب ، ويجب منع التشغيل غير الطوعي من خلال التصميم المناسب لجهاز التحكم. (انظر الشكل 6).

الشكل 6. تمثيل تخطيطي للعمليات لوحة التحكم

مفاتيح المراقبة

تمنع مفاتيح المراقبة بدء النظام الفني طالما لم يتم استيفاء شروط السلامة المراقبة ، وتقطع التشغيل بمجرد عدم استيفاء شرط السلامة. يتم استخدامها ، على سبيل المثال ، لمراقبة الأبواب في حجيرات الحماية ، للتحقق من الوضع الصحيح لحراس السلامة أو لضمان عدم تجاوز حدود السرعة أو المسار. وفقًا لذلك ، يجب أن تفي مفاتيح المراقبة بمتطلبات السلامة والموثوقية التالية:

• يجب أن يرسل جهاز التبديل المستخدم لأغراض المراقبة إشارة الحماية بطريقة موثوقة بشكل خاص ؛ على سبيل المثال ، قد يتم تصميم مفتاح مراقبة ميكانيكي لمقاطعة تدفق الإشارة تلقائيًا وبموثوقية خاصة.
• يجب تشغيل أداة التبديل المستخدمة لأغراض المراقبة بطريقة موثوقة بشكل خاص عندما لا يتم استيفاء شروط السلامة (على سبيل المثال ، عندما يتم دفع مكبس مفتاح المراقبة مع الانقطاع التلقائي بشكل ميكانيكي وتلقائي إلى وضع المقاطعة).
• يجب ألا يكون مفتاح المراقبة قادرًا على إيقاف التشغيل بشكل غير صحيح ، على الأقل ليس عن غير قصد وليس بدون بعض الجهد ؛ يمكن استيفاء هذا الشرط ، على سبيل المثال ، عن طريق مفتاح ميكانيكي يتم التحكم فيه تلقائيًا مع مقاطعة تلقائية ، عندما يتم تثبيت المفتاح وعنصر التشغيل بشكل آمن. (انظر الشكل 7).

الشكل 7. رسم تخطيطي لمفتاح مع عملية ميكانيكية إيجابية وفصل إيجابي

دوائر التحكم بالسلامة

العديد من أجهزة تبديل الأمان الموصوفة أعلاه لا تنفذ وظيفة الأمان بشكل مباشر ، ولكن بدلاً من ذلك عن طريق إرسال إشارة يتم إرسالها ومعالجتها بعد ذلك بواسطة دائرة التحكم بالسلامة وتصل أخيرًا إلى تلك الأجزاء من النظام الفني التي تمارس وظيفة الأمان الفعلية. جهاز فصل الأمان ، على سبيل المثال ، يتسبب في كثير من الأحيان في فصل الطاقة في النقاط الحرجة بشكل غير مباشر ، في حين أن المفتاح الرئيسي عادة ما يفصل بشكل مباشر إمداد التيار بالنظام الفني.

نظرًا لأن دوائر التحكم في السلامة يجب أن تنقل إشارات الأمان بشكل موثوق ، يجب بالتالي مراعاة المبادئ التالية:

• يجب ضمان السلامة حتى عندما تكون الطاقة الخارجية غير متوفرة أو غير كافية ، على سبيل المثال ، أثناء انقطاع الاتصال أو التسرب.
• تعمل إشارات الحماية بشكل أكثر موثوقية عن طريق انقطاع تدفق الإشارة ؛ على سبيل المثال ، مفاتيح الأمان مع جهة اتصال الفتح أو جهة اتصال الترحيل المفتوحة.
• يمكن تحقيق الوظيفة الوقائية للمضخمات والمحولات وما شابه ذلك بشكل أكثر موثوقية بدون طاقة خارجية ؛ وتشمل هذه الآليات ، على سبيل المثال ، أجهزة التحويل الكهرومغناطيسية أو فتحات التهوية المغلقة عند الراحة.
• يجب عدم السماح بالتوصيلات التي حدثت عن طريق الخطأ والتسريبات في دائرة التحكم في السلامة بأن تؤدي إلى بدايات خاطئة أو معوقات للتوقف ؛ خاصة في حالات حدوث ماس كهربائي بين القنوات الداخلية والخارجية أو تسرب الأرض أو التأريض.
• يجب ألا تتداخل التأثيرات الخارجية التي تؤثر على النظام في إجراء لا يتجاوز توقعات المستخدم مع وظيفة السلامة لدائرة التحكم في السلامة.

يجب أن تقوم المكونات المستخدمة في دوائر التحكم في السلامة بتنفيذ وظيفة السلامة بطريقة موثوقة بشكل خاص. يجب تنفيذ وظائف المكونات التي لا تفي بهذا المطلب عن طريق الترتيب لتنويع التكرار قدر الإمكان ويجب إبقائها تحت المراقبة.

الرجوع

في السنوات القليلة الماضية ، لعبت المعالجات الدقيقة دورًا متزايدًا في مجال تكنولوجيا السلامة. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر بأكملها (أي وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والمكونات الطرفية) متوفرة الآن في مكون واحد مثل "أجهزة كمبيوتر أحادية الشريحة" ، يتم استخدام تقنية المعالجات الدقيقة ليس فقط في التحكم المعقد في الماكينة ، ولكن أيضًا في ضمانات التصميم البسيط نسبيًا (على سبيل المثال ، شبكات الإضاءة وأجهزة التحكم ثنائية اليد وحواف الأمان). يتكون البرنامج الذي يتحكم في هذه الأنظمة ما بين ألف وعدة عشرات الآلاف من الأوامر الفردية ويتكون عادة من عدة مئات من فروع البرنامج. تعمل البرامج في الوقت الفعلي وتتم كتابتها في الغالب بلغة تجميع المبرمجين.

اقترن إدخال الأنظمة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر في مجال تكنولوجيا السلامة في جميع المعدات التقنية واسعة النطاق ليس فقط بمشاريع البحث والتطوير باهظة الثمن ولكن أيضًا بقيود كبيرة مصممة لتعزيز السلامة. (يمكن الاستشهاد هنا بتكنولوجيا الفضاء والتكنولوجيا العسكرية وتكنولوجيا الطاقة الذرية كأمثلة للتطبيقات واسعة النطاق.) لم يتم حتى الآن التعامل مع المجال الجماعي للإنتاج الصناعي الضخم إلا بطريقة محدودة للغاية. ويرجع هذا جزئيًا إلى السبب في أن الدورات السريعة للابتكار المميز لتصميم الآلات الصناعية تجعل من الصعب ، بأي طريقة ولكن بطريقة مقيدة للغاية ، نقل مثل هذه المعرفة التي قد يتم اشتقاقها من المشاريع البحثية المعنية بالاختبار النهائي للمقياس الكبير. أجهزة أمان. وهذا يجعل تطوير إجراءات تقييم سريعة ومنخفضة التكلفة أمرًا مطلوبًا (Reinert and Reuss 1991).

تبحث هذه المقالة أولاً في الآلات والمرافق التي تؤدي فيها أنظمة الكمبيوتر حاليًا مهام السلامة ، وذلك باستخدام أمثلة على الحوادث التي تحدث بكثرة في مجال ضمانات الماكينة لتوضيح الدور المعين الذي تلعبه أجهزة الكمبيوتر في تكنولوجيا السلامة. تعطي هذه الحوادث بعض المؤشرات حول الاحتياطات التي يجب اتخاذها حتى لا تؤدي معدات السلامة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر والتي يتم استخدامها حاليًا على نطاق واسع إلى زيادة عدد الحوادث. يوضح القسم الأخير من المقالة إجراءً سيمكن حتى أنظمة الكمبيوتر الصغيرة من الوصول إلى مستوى مناسب من الأمان التقني على حساب مبرر وفي غضون فترة زمنية مقبولة. يتم حاليًا إدخال المبادئ المشار إليها في هذا الجزء الأخير في إجراءات التقييس الدولية وسيكون لها آثار على جميع مجالات تكنولوجيا السلامة التي تجد فيها أجهزة الكمبيوتر تطبيقًا.

أمثلة على استخدام البرامج وأجهزة الكمبيوتر في مجال ضمانات الماكينة

توضح الأمثلة الأربعة التالية أن البرامج وأجهزة الكمبيوتر تدخل حاليًا بشكل متزايد في التطبيقات المتعلقة بالسلامة في المجال التجاري.

تتكون تركيبات إشارات الطوارئ الشخصية ، كقاعدة عامة ، من محطة استقبال مركزية وعدد من أجهزة إشارات الطوارئ الشخصية. يتم حمل الأجهزة من قبل أشخاص يعملون في الموقع بأنفسهم. إذا وجد أي من هؤلاء الأشخاص الذين يعملون بمفردهم أنفسهم في حالة طوارئ ، فيمكنهم استخدام الجهاز لإصدار إنذار عن طريق إشارة الراديو في محطة الاستقبال المركزية. يمكن أيضًا استكمال هذا الإنذار المعتمد على الإرادة بآلية إطلاق مستقلة عن الإرادة يتم تنشيطها بواسطة أجهزة استشعار مدمجة في أجهزة الطوارئ الشخصية. غالبًا ما يتم التحكم في كل من الأجهزة الفردية ومحطة الاستقبال المركزية بواسطة أجهزة كمبيوتر صغيرة. من المتصور أن فشل الوظائف الفردية المحددة للكمبيوتر المدمج يمكن أن يؤدي ، في حالة الطوارئ ، إلى فشل في إطلاق الإنذار. لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لإدراك هذا الفقد الوظيفي وإصلاحه في الوقت المناسب.

المطابع المستخدمة اليوم لطباعة المجلات هي آلات كبيرة. عادةً ما يتم تحضير الشبكات الورقية بواسطة آلة منفصلة بطريقة تتيح الانتقال السلس إلى لفة ورق جديدة. يتم طي الصفحات المطبوعة بواسطة آلة طي ، ثم يتم العمل عليها من خلال سلسلة من الآلات الأخرى. ينتج عن هذا منصات محملة بمجلات مخيطة بالكامل. على الرغم من أن هذه المصانع مؤتمتة ، إلا أن هناك نقطتين يجب إجراء تدخلات يدوية عندهما: (1) في خيوط مسارات الورق ، و (2) في إزالة العوائق الناتجة عن تمزق الورق في نقاط الخطر على الأسطوانات الدوارة. لهذا السبب ، يجب أن تضمن تقنية التحكم سرعة تشغيل منخفضة أو وضع مسار أو ركض محدود زمنياً أثناء ضبط المكابس. نظرًا لإجراءات التوجيه المعقدة المتضمنة ، يجب أن تكون كل محطة طباعة مفردة مجهزة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الخاصة بها. يجب منع أي فشل يحدث في التحكم في مصنع الطباعة أثناء فتح شبكات الحماية من أن يؤدي إما إلى بدء التشغيل غير المتوقع لآلة متوقفة أو إلى التشغيل بما يتجاوز السرعات المخفضة بشكل مناسب.

في المصانع والمستودعات الكبيرة ، تتحرك المركبات الآلية الموجهة بدون سائق على مسارات محددة بشكل خاص. يمكن للأشخاص السير على هذه المسارات في أي وقت ، أو قد يتم ترك المواد والمعدات عن غير قصد على المسارات ، حيث لا يتم فصلها هيكليًا عن خطوط المرور الأخرى. لهذا السبب ، يجب استخدام نوع من معدات منع الاصطدام لضمان توقف السيارة قبل حدوث أي تصادم خطير مع شخص أو شيء. في التطبيقات الحديثة ، يتم منع الاصطدام عن طريق الماسحات الضوئية فوق الصوتية أو الليزر المستخدمة مع مصد أمان. نظرًا لأن هذه الأنظمة تعمل تحت سيطرة الكمبيوتر ، فمن الممكن تكوين عدة مناطق كشف دائمة بحيث يمكن للسيارة تعديل رد فعلها اعتمادًا على منطقة الكشف المحددة التي يوجد بها الشخص. يجب ألا يؤدي الفشل في جهاز الحماية إلى اصطدام خطير بشخص ما.

تستخدم مقصلة جهاز التحكم في قطع الورق للضغط ثم قطع أكوام الورق السميكة. يتم تشغيلها بواسطة جهاز تحكم ثنائي اليد. يجب على المستخدم الوصول إلى منطقة الخطر بالماكينة بعد إجراء كل عملية قطع. يتم استخدام حماية غير مادية ، عادة ما تكون شبكة خفيفة ، جنبًا إلى جنب مع كل من جهاز التحكم اليدوي ونظام التحكم الآمن في الماكينة لمنع الإصابات عند تغذية الورق أثناء عملية القطع. يتم التحكم تقريبًا في جميع المقصلة الأكبر والأكثر حداثة المستخدمة اليوم بواسطة أنظمة الحواسيب الصغيرة متعددة القنوات. يجب أيضًا ضمان التشغيل اليدوي وشبكة الإضاءة للعمل بأمان.

حوادث مع أنظمة التحكم بالكمبيوتر

في جميع مجالات التطبيقات الصناعية تقريبًا ، تم الإبلاغ عن حوادث مع البرامج وأجهزة الكمبيوتر (Neumann 1994). في معظم الحالات ، لا تؤدي أعطال الكمبيوتر إلى إصابة الأشخاص. لا يتم الإعلان عن مثل هذه الإخفاقات على أي حال إلا عندما تكون ذات مصلحة عامة. وهذا يعني أن حالات الأعطال أو الحوادث المتعلقة بأجهزة الكمبيوتر والبرامج التي تتورط فيها إصابة الأشخاص تشكل نسبة عالية نسبيًا من جميع الحالات المعلن عنها. لسوء الحظ ، لا يتم التحقيق في الحوادث التي لا تسبب الكثير من ضجة الجمهور فيما يتعلق بأسبابها بنفس الشدة مثل الحوادث الأكثر بروزًا ، عادةً في المصانع واسعة النطاق. لهذا السبب ، تشير الأمثلة التالية إلى أربعة أوصاف للأعطال أو الحوادث النموذجية للأنظمة التي يتحكم فيها الكمبيوتر خارج مجال ضمانات الماكينة ، والتي تُستخدم لاقتراح ما يجب أخذه في الاعتبار عند إصدار الأحكام المتعلقة بتكنولوجيا السلامة.

حوادث ناجمة عن أعطال عشوائية في الأجهزة

كان سبب الحادث التالي هو تركيز الأعطال العشوائية في الأجهزة مصحوبًا بفشل البرمجة: مفاعل محموم في مصنع كيميائي ، حيث تم فتح صمامات التنفيس ، مما يسمح بتفريغ محتويات المفاعل في الغلاف الجوي. حدث هذا الحادث بعد وقت قصير من تلقي تحذير بأن مستوى الزيت في علبة التروس كان منخفضًا جدًا. أظهر التحقيق الدقيق في الحادث أنه بعد وقت قصير من بدء المحفز التفاعل في المفاعل - ونتيجة لذلك كان المفاعل يحتاج إلى مزيد من التبريد - قام الكمبيوتر ، على أساس تقرير انخفاض مستويات الزيت في علبة التروس ، بتجميد الكل المقادير الخاضعة لسيطرتها بقيمة ثابتة. أدى ذلك إلى الحفاظ على تدفق الماء البارد عند مستوى منخفض جدًا مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة المفاعل نتيجة لذلك. أظهر مزيد من التحقيق أن مؤشر انخفاض مستويات النفط قد تم الإشارة إليه بواسطة مكون خاطئ.

استجاب البرنامج وفقًا للمواصفات مع إطلاق الإنذار وتثبيت جميع المتغيرات التشغيلية. كان هذا نتيجة لدراسة HAZOP (تحليل المخاطر وقابلية التشغيل) (Knowlton 1986) التي أجريت قبل الحدث ، والتي تطلبت عدم تعديل جميع المتغيرات الخاضعة للرقابة في حالة الفشل. نظرًا لأن المبرمج لم يكن على دراية بالإجراء بالتفصيل ، فقد تم تفسير هذا المطلب على أنه يعني عدم تعديل المشغلات الخاضعة للرقابة (صمامات التحكم في هذه الحالة) ؛ لم يتم إيلاء اهتمام لإمكانية ارتفاع درجة الحرارة. لم يأخذ المبرمج في الاعتبار أنه بعد تلقي إشارة خاطئة ، قد يجد النظام نفسه في موقف ديناميكي من النوع الذي يتطلب التدخل النشط للكمبيوتر لمنع وقوع حادث مؤسف. كان الوضع الذي أدى إلى وقوع الحادث غير محتمل ، علاوة على ذلك ، أنه لم يتم تحليله بالتفصيل في دراسة HAZOP (Levenson 1986). يوفر هذا المثال الانتقال إلى فئة ثانية من أسباب حوادث البرامج والكمبيوتر. هذه هي الإخفاقات المنهجية الموجودة في النظام منذ البداية ، ولكنها تظهر فقط في بعض المواقف المحددة للغاية التي لم يأخذها المطور في الاعتبار.

الحوادث الناجمة عن فشل التشغيل

في الاختبار الميداني أثناء الفحص النهائي للروبوتات ، استعار أحد الفنيين شريط كاسيت لروبوت مجاور واستبدل بآخر آخر دون إبلاغ زميله أنه فعل ذلك. عند عودته إلى مكان عمله ، أدخل الزميل الكاسيت الخطأ. منذ أن وقف بجانب الروبوت وتوقع سلسلة معينة من الحركات منه - تسلسل ظهر بشكل مختلف على حساب البرنامج المتبادل - حدث تصادم بين الإنسان الآلي والإنسان. يصف هذا الحادث المثال الكلاسيكي لفشل التشغيل. دور مثل هذه الإخفاقات في الأعطال والحوادث آخذ في الازدياد حاليًا بسبب التعقيد المتزايد في تطبيق آليات الأمان التي يتحكم فيها الكمبيوتر.

الحوادث الناتجة عن الأعطال المنهجية في الأجهزة أو البرامج

كان من المقرر إطلاق طوربيد برأس حربي لأغراض تدريبية من سفينة حربية في أعالي البحار. بسبب وجود خلل في جهاز القيادة ، ظل الطوربيد في أنبوب الطوربيد. قرر القبطان العودة إلى الميناء الرئيسي لإنقاذ الطوربيد. انفجر الطوربيد بعد فترة وجيزة من عودة السفينة إلى الوطن. كشف تحليل للحادث أن مطوري الطوربيد قد اضطروا إلى بناء آلية في الطوربيد مصممة لمنع عودتها إلى منصة الإطلاق بعد إطلاقها وبالتالي تدمير السفينة التي أطلقتها. كانت الآلية المختارة لذلك على النحو التالي: بعد إطلاق الطوربيد ، تم إجراء فحص ، باستخدام نظام الملاحة بالقصور الذاتي ، لمعرفة ما إذا كان مساره قد تغير بمقدار 180 درجة. بمجرد أن شعر الطوربيد بأنه تحول إلى 180 درجة ، انفجر الطوربيد على الفور ، من المفترض أنه على مسافة آمنة من منصة الإطلاق. تم تشغيل آلية الكشف هذه في حالة الطوربيد الذي لم يتم إطلاقه بشكل صحيح ، مما أدى إلى انفجار الطوربيد بعد أن غيرت السفينة مسارها بمقدار 180 درجة. هذا مثال نموذجي لحادث وقع بسبب عطل في المواصفات. الشرط الوارد في المواصفات أن الطوربيد لا ينبغي أن يدمر سفينته إذا لم يكن تغيير مساره قد صيغ بدقة كافية ؛ وهكذا تمت برمجة الاحتياط بشكل خاطئ. أصبح الخطأ واضحًا فقط في حالة معينة ، لم يأخذها المبرمج في الاعتبار كاحتمال.

في 14 سبتمبر 1993 ، تحطمت طائرة لوفتهانزا إيرباص 320 أثناء هبوطها في وارسو (الشكل 1). أظهر تحقيق دقيق في الحادث أن التعديلات التي أدخلت على منطق هبوط الكمبيوتر الموجود على متن الطائرة بعد وقوع حادث مع طائرة من طراز Lauda Air Boeing 767 في عام 1991 كانت مسؤولة جزئيًا عن هذا الهبوط. ما حدث في حادث عام 1991 هو أن الانحراف الدافع ، الذي يحول جزءًا من غازات المحرك لإيقاف الطائرة أثناء الهبوط ، قد اشتغل أثناء وجوده في الهواء ، مما دفع الماكينة إلى الانزلاق في أنف لا يمكن السيطرة عليه. لهذا السبب ، تم بناء قفل إلكتروني لانحراف الدفع في آلات إيرباص. سمحت هذه الآلية بأن يدخل انحراف الدفع حيز التنفيذ فقط بعد أن أشارت المستشعرات الموجودة في مجموعتي معدات الهبوط إلى ضغط ماصات الصدمات تحت ضغط العجلات التي تلامس لأسفل. بناءً على معلومات غير صحيحة ، توقع طيارو الطائرة في وارسو رياحًا جانبية قوية.

الشكل 1. لوفتهانزا إيرباص بعد حادث في وارسو 1993

لهذا السبب قاموا بإحضار الماكينة بإمالة طفيفة ولمست طائرة إيرباص بالعجلة اليمنى فقط ، تاركة المحمل الأيسر أقل من الوزن الكامل. بسبب القفل الإلكتروني لانحراف الدفع ، رفض الكمبيوتر الموجود على متن الطائرة للطيار لمدة تسع ثوانٍ مثل هذه المناورات التي كانت ستسمح للطائرة بالهبوط بأمان على الرغم من الظروف المعاكسة. يوضح هذا الحادث بوضوح شديد أن التعديلات في أنظمة الكمبيوتر يمكن أن تؤدي إلى مواقف جديدة وخطيرة إذا لم يتم النظر مسبقًا في نطاق عواقبها المحتملة.

يوضح المثال التالي للخلل أيضًا الآثار الكارثية التي يمكن أن يحدثها تعديل أمر واحد في أنظمة الكمبيوتر. يتم تحديد محتوى الكحول في الدم ، في الاختبارات الكيميائية ، باستخدام مصل الدم الصافي الذي تم منه طرد كريات الدم مسبقًا. وبالتالي فإن محتوى الكحول في المصل أعلى (بعامل 1.2) من محتوى الدم الكامل السميك. لهذا السبب يجب تقسيم قيم الكحول في مصل الدم على معامل 1.2 من أجل تحديد الأجزاء الهامة قانونياً وطبياً لكل ألف رقم. في الاختبار المشترك بين المختبرات الذي تم إجراؤه في عام 1984 ، تم التحقق من قيم الكحول في الدم في اختبارات متطابقة أجريت في مؤسسات بحثية مختلفة باستخدام مصل الدم تمت مقارنتها مع بعضها البعض. نظرًا لأنها كانت مسألة مقارنة فقط ، فقد تم محو أمر القسمة على 1.2 من البرنامج في إحدى المؤسسات طوال مدة التجربة. بعد انتهاء الاختبار بين المختبرات ، تم إدخال أمر الضرب في 1.2 خطأً في البرنامج في هذه البقعة. نتيجة لذلك ، تم حساب ما يقرب من 1,500 جزء لكل ألف قيمة غير صحيحة بين أغسطس 1984 ومارس 1985. كان هذا الخطأ حاسمًا للمهن المهنية لسائقي الشاحنات بمستويات كحول في الدم تتراوح بين 1.0 و 1.3 لكل ألف ، نظرًا لأن العقوبة القانونية التي تنطوي على مصادرة رخصة القيادة لفترة طويلة هي نتيجة 1.3 لكل ألف قيمة.

الحوادث الناتجة عن التأثيرات من ضغوط التشغيل أو من الضغوط البيئية

نتيجة للاضطراب الناجم عن جمع النفايات في المنطقة الفعالة لآلة التثقيب والقضم CNC (التحكم الرقمي بالكمبيوتر) ، يقوم المستخدم بتنفيذ "التوقف المبرمج". أثناء محاولته إزالة النفايات بيديه ، بدأ قضيب الدفع الخاص بالماكينة في التحرك على الرغم من التوقف المبرمج وأصاب المستخدم إصابة بالغة. كشف تحليل للحادث أنه لم يكن هناك خطأ في البرنامج. لا يمكن إعادة إنتاج بدء التشغيل غير المتوقع. وقد لوحظت مخالفات مماثلة في الماضي على أجهزة أخرى من نفس النوع. يبدو من المعقول أن نستنتج من هذه أن الحادث يجب أن يكون بسبب التداخل الكهرومغناطيسي. تم الإبلاغ عن حوادث مماثلة مع الروبوتات الصناعية من اليابان (Neumann 1987).

يوضح عطل في المسبار الفضائي فوييجر 2 في 18 يناير 1986 تأثير الضغوط البيئية على الأنظمة التي يتحكم فيها الكمبيوتر. قبل ستة أيام من أقرب اقتراب لأورانوس ، غطت حقول كبيرة من الخطوط بالأبيض والأسود الصور من فوييجر 2. أظهر تحليل دقيق أن بت واحد في كلمة أوامر للنظام الفرعي لبيانات الرحلة قد تسبب في الفشل ، كما لوحظ تم ضغط الصور في المسبار. من المرجح أن هذه القطعة قد خرجت من مكانها داخل ذاكرة البرنامج بسبب تأثير جسيم كوني. تم نقل الصور المضغوطة الخالية من الأخطاء من المسبار بعد يومين فقط ، باستخدام برنامج بديل قادر على تجاوز نقطة الذاكرة الفاشلة (Laeser و McLaughlin و Wolff 1987).

عرض ملخص الحوادث

تظهر الحوادث التي تم تحليلها أن بعض المخاطر التي قد يتم إهمالها في ظل ظروف باستخدام تقنية بسيطة وكهروميكانيكية ، تكتسب أهمية عند استخدام أجهزة الكمبيوتر. تسمح أجهزة الكمبيوتر بمعالجة وظائف السلامة المعقدة والخاصة بالوضع. ولهذا السبب ، تصبح المواصفات الواضحة والخالية من الأخطاء والكاملة والقابلة للاختبار لجميع وظائف السلامة مهمة بشكل خاص. يصعب اكتشاف الأخطاء في المواصفات وغالبًا ما تكون سببًا للحوادث في الأنظمة المعقدة. عادةً ما يتم تقديم عناصر تحكم قابلة للبرمجة بحرية بهدف القدرة على الاستجابة بمرونة وسرعة مع السوق المتغيرة. ومع ذلك ، فإن التعديلات - خاصة في الأنظمة المعقدة - لها آثار جانبية يصعب التنبؤ بها. لذلك يجب أن تخضع جميع التعديلات لإدارة رسمية صارمة لإجراء التغيير حيث يساعد الفصل الواضح بين وظائف السلامة والأنظمة الجزئية غير ذات الصلة بالسلامة في الحفاظ على سهولة مسح نتائج التعديلات على تكنولوجيا السلامة.

تعمل أجهزة الكمبيوتر بمستويات منخفضة من الكهرباء. ولذلك فهي عرضة للتداخل من مصادر الإشعاع الخارجية. نظرًا لأن تعديل إشارة واحدة بين الملايين يمكن أن يؤدي إلى عطل ، فإن الأمر يستحق إيلاء اهتمام خاص لموضوع التوافق الكهرومغناطيسي فيما يتعلق بأجهزة الكمبيوتر.

أصبحت خدمة الأنظمة التي يتحكم فيها الكمبيوتر حاليًا أكثر تعقيدًا وبالتالي أكثر غموضًا. لذلك أصبحت بيئة العمل البرمجية للمستخدم وبرامج التكوين أكثر إثارة للاهتمام من وجهة نظر تكنولوجيا السلامة.

لا يوجد نظام كمبيوتر قابل للاختبار بنسبة 100٪. تتطلب آلية التحكم البسيطة مع 32 منفذ إدخال ثنائي و 1,000 مسار برامج مختلف 4.3 × 10¹² اختبارات لفحص كامل. بمعدل 100 اختبار في الثانية يتم إجراؤها وتقييمها ، يستغرق الاختبار الكامل 1,362،XNUMX عامًا.

إجراءات وتدابير تحسين أجهزة السلامة التي يتحكم فيها الكمبيوتر

تم تطوير الإجراءات خلال السنوات العشر الماضية والتي تسمح بإتقان تحديات محددة متعلقة بالسلامة فيما يتعلق بأجهزة الكمبيوتر. هذه الإجراءات تتعامل مع أعطال الكمبيوتر الموضحة في هذا القسم. توضح الأمثلة الموصوفة للبرامج وأجهزة الكمبيوتر في إجراءات حماية الجهاز والحوادث التي تم تحليلها أن مدى الضرر وبالتالي أيضًا المخاطر التي تنطوي عليها التطبيقات المختلفة متغيرة للغاية. لذلك من الواضح أن الاحتياطات اللازمة لتحسين أجهزة الكمبيوتر والبرامج المستخدمة في تكنولوجيا السلامة يجب أن توضع فيما يتعلق بالمخاطر.

يوضح الشكل 2 إجراءً نوعيًا يمكن بموجبه تحديد الحد الضروري من المخاطر الذي يمكن الحصول عليه باستخدام أنظمة الأمان بشكل مستقل عن مدى وتكرار حدوث الضرر (Bell and Reinert 1992). يمكن ربط أنواع الأعطال في أنظمة الكمبيوتر التي تم تحليلها في قسم "الحوادث مع الأنظمة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر" (أعلاه) مع ما يسمى بمستويات سلامة السلامة - أي ، التسهيلات التقنية للحد من المخاطر.

الشكل 2. الإجراء النوعي لتحديد المخاطر

يوضح الشكل 3 أن فعالية التدابير المتخذة ، في أي حالة معينة ، لتقليل الخطأ في البرامج وأجهزة الكمبيوتر يجب أن تنمو مع زيادة المخاطر (DIN 1994 ؛ IEC 1993).

الشكل 3 ، فعالية الاحتياطات المتخذة ضد الأخطاء بصرف النظر عن المخاطر

يوضح تحليل الحوادث الموضح أعلاه أن فشل الإجراءات الوقائية التي يتحكم فيها الكمبيوتر ناتج ليس فقط عن أخطاء عشوائية في المكونات ، ولكن أيضًا بسبب ظروف تشغيل معينة لم يأخذها المبرمج في الاعتبار. تشكل النتائج غير الواضحة على الفور لتعديلات البرنامج التي تم إجراؤها في سياق صيانة النظام مصدرًا إضافيًا للخطأ. ويترتب على ذلك أنه يمكن أن يكون هناك فشل في أنظمة السلامة التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة والتي ، على الرغم من حدوثها أثناء تطوير النظام ، يمكن أن تؤدي إلى موقف خطير فقط أثناء التشغيل. لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة ضد مثل هذه الأعطال بينما تكون الأنظمة المتعلقة بالسلامة في مرحلة التطوير. يجب اتخاذ تدابير تجنب الفشل هذه ليس فقط خلال مرحلة المفهوم ، ولكن أيضًا في عملية التطوير والتركيب والتعديل. يمكن تجنب بعض حالات الفشل إذا تم اكتشافها وتصحيحها خلال هذه العملية (DIN 1990).

كما يوضح الحادث الأخير الموصوف ، فإن انهيار ترانزستور واحد يمكن أن يؤدي إلى عطل تقني لمعدات آلية شديدة التعقيد. نظرًا لأن كل دائرة مفردة تتكون من عدة آلاف من الترانزستورات والمكونات الأخرى ، يجب اتخاذ العديد من تدابير تجنب الفشل للتعرف على مثل هذه الإخفاقات عند التشغيل وبدء التفاعل المناسب في نظام الكمبيوتر. يصف الشكل 4 أنواع الأعطال في الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة بالإضافة إلى أمثلة على الاحتياطات التي يمكن اتخاذها لتجنب الأعطال في أنظمة الكمبيوتر والتحكم فيها (DIN 1990 ؛ IEC 1992).

الشكل 4. أمثلة على الاحتياطات المتخذة للسيطرة على وتجنب الأخطاء في أنظمة الكمبيوتر

إمكانيات وآفاق الأنظمة الإلكترونية القابلة للبرمجة في تكنولوجيا السلامة

أصبحت الآلات والمصانع الحديثة معقدة بشكل متزايد ويجب أن تحقق مهامًا أكثر شمولاً في فترات زمنية أقصر من أي وقت مضى. لهذا السبب ، استحوذت أنظمة الكمبيوتر على جميع مجالات الصناعة تقريبًا منذ منتصف السبعينيات. ساهمت هذه الزيادة في التعقيد وحدها بشكل كبير في ارتفاع التكاليف التي ينطوي عليها تحسين تكنولوجيا السلامة في مثل هذه الأنظمة. على الرغم من أن البرامج وأجهزة الكمبيوتر تشكل تحديًا كبيرًا للسلامة في مكان العمل ، إلا أنها تتيح أيضًا تنفيذ أنظمة جديدة صديقة للخطأ في مجال تكنولوجيا السلامة.

سوف تساعد الآية المضحكة ولكن الإرشادية التي كتبها إرنست جاندل في شرح المقصود بالمفهوم صديق للخطأ. "Lichtung: Manche meinen lechts und rinks kann man nicht velwechsern ، werch ein Illtum". ("Dilection: لا يمكن تغيير الكثير من الضوء والذكاء ، يا له من ellol".) على الرغم من تبادل الرسائل r و l، يمكن فهم هذه العبارة بسهولة من قبل شخص بالغ عادي. حتى شخص بطلاقة منخفضة في اللغة الإنجليزية يمكنه ترجمتها إلى الإنجليزية. ومع ذلك ، فإن المهمة تكاد تكون مستحيلة بالنسبة لجهاز كمبيوتر مترجم بمفرده.

يوضح هذا المثال أنه يمكن للإنسان أن يتفاعل بطريقة صديقة للخطأ أكثر بكثير من كمبيوتر اللغة. هذا يعني أن البشر ، مثل جميع الكائنات الحية الأخرى ، يمكنهم تحمل الفشل من خلال إحالتهم إلى التجربة. إذا نظر المرء إلى الآلات المستخدمة اليوم ، يمكن للمرء أن يرى أن غالبية الآلات تعاقب فشل المستخدم ليس بحادث ، ولكن مع انخفاض في الإنتاج. تؤدي هذه الملكية إلى التلاعب بالضمانات أو التهرب منها. تضع تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة الأنظمة تحت تصرف سلامة العمل والتي يمكن أن تتفاعل بذكاء - أي بطريقة معدلة. ومن ثم ، فإن مثل هذه الأنظمة تجعل من الممكن أسلوب سلوك غير مناسب للخطأ في الآلات الجديدة. إنهم يحذرون المستخدمين أثناء عملية خاطئة أولاً وقبل كل شيء ويغلقون الجهاز فقط عندما تكون هذه هي الطريقة الوحيدة لتجنب وقوع حادث. يُظهر تحليل الحوادث أن هناك إمكانية كبيرة في هذا المجال لتقليل الحوادث (Reinert and Reuss 1991).

الرجوع

يهدف النظام الآلي الهجين (HAS) إلى دمج قدرات آلات الذكاء الاصطناعي (القائمة على تكنولوجيا الكمبيوتر) مع قدرات الأشخاص الذين يتفاعلون مع هذه الآلات في سياق أنشطة عملهم. تتعلق الاهتمامات الرئيسية لاستخدام HAS بكيفية تصميم النظم الفرعية للإنسان والآلة من أجل الاستفادة المثلى من المعرفة والمهارات لكلا الجزأين من النظام الهجين ، وكيف يجب أن يتفاعل المشغلون البشريون ومكونات الماكينة مع بعضهم البعض للتأكد من أن وظائفهم تكمل بعضها البعض. تطورت العديد من الأنظمة الأوتوماتيكية الهجينة كمنتجات لتطبيقات المنهجيات الحديثة القائمة على المعلومات والتحكم لأتمتة ودمج الوظائف المختلفة للأنظمة التكنولوجية المعقدة في كثير من الأحيان. تم تحديد HAS في الأصل من خلال إدخال الأنظمة القائمة على الكمبيوتر المستخدمة في تصميم وتشغيل أنظمة التحكم في الوقت الفعلي لمفاعلات الطاقة النووية ، ومحطات المعالجة الكيميائية وتكنولوجيا تصنيع الأجزاء المنفصلة. يمكن أيضًا العثور على HAS في العديد من الصناعات الخدمية ، مثل مراقبة الحركة الجوية وإجراءات الملاحة الجوية في مجال الطيران المدني ، وفي تصميم واستخدام أنظمة الملاحة الذكية للمركبات والطرق السريعة في النقل البري.

مع التقدم المستمر في الأتمتة القائمة على الكمبيوتر ، تتحول طبيعة المهام البشرية في الأنظمة التكنولوجية الحديثة من تلك التي تتطلب مهارات إدراكية حركية إلى تلك التي تتطلب أنشطة معرفية ، وهي ضرورية لحل المشكلات ، ولاتخاذ القرار في مراقبة النظام ، ولأجل مهام الرقابة الإشرافية. على سبيل المثال ، يعمل المشغلون البشريون في أنظمة التصنيع المتكاملة بالكمبيوتر في المقام الأول كمراقبين للنظام وحل المشكلات وصانعي القرار. الأنشطة المعرفية للمشرف البشري في أي بيئة HAS هي (1) تخطيط ما يجب القيام به لفترة زمنية معينة ، (2) وضع إجراءات (أو خطوات) لتحقيق مجموعة الأهداف المخطط لها ، (3) مراقبة التقدم من العمليات (التكنولوجية) ، (4) "تعليم" النظام من خلال جهاز كمبيوتر تفاعلي بشري ، (5) التدخل إذا كان النظام يتصرف بشكل غير طبيعي أو إذا تغيرت أولويات التحكم و (6) التعلم من خلال التغذية الراجعة من النظام حول تأثير الإجراءات الرقابية (شيريدان 1987).

تصميم نظام هجين

تتضمن التفاعلات بين الإنسان والآلة في HAS استخدام حلقات الاتصال الديناميكي بين المشغلين البشر والآلات الذكية - وهي عملية تتضمن استشعار المعلومات ومعالجتها وبدء وتنفيذ مهام التحكم واتخاذ القرار - ضمن هيكل معين لتخصيص الوظائف بين البشر والآلات. كحد أدنى ، يجب أن تعكس التفاعلات بين الأشخاص والأتمتة درجة التعقيد العالية للأنظمة الآلية الهجينة ، فضلاً عن الخصائص ذات الصلة للمشغلين البشريين ومتطلبات المهام. لذلك ، يمكن تعريف النظام الآلي الهجين رسميًا على أنه خماسي في الصيغة التالية:

لديه = (T ، U ، C ، E ، أنا)

أين T = متطلبات المهمة (الجسدية والمعرفية) ؛ U = خصائص المستخدم (الجسدية والمعرفية) ؛ C = خصائص الأتمتة (الأجهزة والبرامج ، بما في ذلك واجهات الكمبيوتر) ؛ E = بيئة النظام ؛ I = مجموعة من التفاعلات بين العناصر المذكورة أعلاه.

مجموعة التفاعلات I يجسد جميع التفاعلات الممكنة بين T, U و C in E بغض النظر عن طبيعتها أو قوة ارتباطها. على سبيل المثال ، قد يتضمن أحد التفاعلات المحتملة علاقة البيانات المخزنة في ذاكرة الكمبيوتر بالمعرفة المقابلة ، إن وجدت ، للمشغل البشري. التفاعلات I يمكن أن تكون عنصرية (على سبيل المثال ، تقتصر على ارتباط واحد لواحد) ، أو معقدة ، مثل قد تتضمن تفاعلات بين المشغل البشري ، والبرمجيات المعينة المستخدمة لتحقيق المهمة المطلوبة ، والواجهة المادية المتاحة مع الكمبيوتر.

يركز مصممو العديد من الأنظمة الآلية الهجينة بشكل أساسي على التكامل بمساعدة الكمبيوتر للآلات المتطورة وغيرها من المعدات كأجزاء من التكنولوجيا القائمة على الكمبيوتر ، ونادرًا ما يولون اهتمامًا كبيرًا للحاجة القصوى للتكامل البشري الفعال داخل هذه الأنظمة. لذلك ، في الوقت الحالي ، لا تتوافق العديد من الأنظمة (التكنولوجية) المدمجة بالحاسوب بشكل كامل مع القدرات الكامنة في المشغلين البشريين كما تعبر عنها المهارات والمعرفة اللازمة للتحكم الفعال في هذه الأنظمة ومراقبتها. ينشأ عدم التوافق هذا على جميع مستويات عمل الإنسان والآلة والإنسان والآلة ، ويمكن تحديده في إطار الفرد والمؤسسة أو المنشأة بأكملها. على سبيل المثال ، تحدث مشاكل دمج الأشخاص والتكنولوجيا في مؤسسات التصنيع المتقدمة في وقت مبكر في مرحلة تصميم HAS. يمكن تصور هذه المشكلات باستخدام نموذج تكامل النظام التالي لتعقيد التفاعلات ، Iبين مصممي النظام Dالمشغلين البشريين ، H، أو مستخدمي وتقنية النظام المحتملين ، T:

أنا (ح ، تي) = F [I (H، D)، I (D، T)]

أين I لتقف على التفاعلات ذات الصلة التي تحدث في هيكل HAS معين ، بينما F يشير إلى العلاقات الوظيفية بين المصممين والمشغلين البشريين والتكنولوجيا.

يسلط نموذج تكامل النظام أعلاه الضوء على حقيقة أن التفاعلات بين المستخدمين والتكنولوجيا يتم تحديدها من خلال نتيجة تكامل التفاعلين السابقين - أي (1) تلك بين مصممي HAS والمستخدمين المحتملين و (2) تلك بين المصممين وتكنولوجيا HAS (على مستوى الآلات وتكاملها). وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من وجود تفاعلات قوية عادةً بين المصممين والتكنولوجيا ، يمكن العثور على أمثلة قليلة جدًا من العلاقات المتبادلة القوية بين المصممين والمشغلين البشريين.

يمكن القول أنه حتى في أكثر الأنظمة الآلية ، يظل الدور البشري حاسمًا لنجاح أداء النظام على المستوى التشغيلي. حدد Bainbridge (1983) مجموعة من المشكلات المتعلقة بتشغيل HAS والتي ترجع إلى طبيعة الأتمتة نفسها ، على النحو التالي:

1. المشغلين "خارج دائرة التحكم". يتواجد المشغلون البشريون في النظام لممارسة التحكم عند الحاجة ، ولكن من خلال كونهم "خارج دائرة التحكم" يفشلون في الحفاظ على المهارات اليدوية ومعرفة النظام طويلة المدى التي غالبًا ما تكون مطلوبة في حالة الطوارئ.
2. عفا عليها الزمن "صورة ذهنية". قد لا يتمكن المشغلون البشريون من الاستجابة بسرعة للتغييرات في سلوك النظام إذا لم يكونوا يتابعون أحداث تشغيله عن كثب. علاوة على ذلك ، قد تكون معرفة المشغلين أو الصورة الذهنية لعمل النظام غير كافية لبدء أو ممارسة الاستجابات المطلوبة.
3. اختفاء مهارات الأجيال. قد لا يتمكن المشغلون الجدد من اكتساب المعرفة الكافية حول النظام المحوسب الذي تم تحقيقه من خلال الخبرة ، وبالتالي لن يتمكنوا من ممارسة التحكم الفعال عند الحاجة.
4. سلطة الأتمتة. إذا تم تنفيذ النظام المحوسب لأنه يمكن أن يؤدي المهام المطلوبة بشكل أفضل من المشغل البشري ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه ، "على أي أساس يجب أن يقرر المشغل أن القرارات الصحيحة أو غير الصحيحة يتم اتخاذها بواسطة الأنظمة الآلية؟"
5. ظهور أنواع جديدة من "الأخطاء البشرية" بسبب الأتمتة. تؤدي الأنظمة المؤتمتة إلى أنواع جديدة من الأخطاء وبالتالي حوادث لا يمكن تحليلها في إطار تقنيات التحليل التقليدية.

توزيع المهام

تتمثل إحدى القضايا المهمة لتصميم HAS في تحديد عدد الوظائف أو المسؤوليات التي يجب تخصيصها للمشغلين البشريين وأيها وعددها لأجهزة الكمبيوتر. بشكل عام ، هناك ثلاث فئات أساسية من مشاكل تخصيص المهام التي يجب أخذها في الاعتبار: (1) المشرف البشري - تخصيص مهام الكمبيوتر ، (2) تخصيص المهام بين الإنسان والبشر و (3) تخصيص المهام الإشرافية بين الكمبيوتر والكمبيوتر. من الناحية المثالية ، ينبغي اتخاذ قرارات التخصيص من خلال بعض إجراءات التخصيص المنظمة قبل البدء في تصميم النظام الأساسي. لسوء الحظ ، نادرًا ما تكون مثل هذه العملية المنهجية ممكنة ، لأن الوظائف التي سيتم تخصيصها قد تحتاج إما إلى مزيد من الفحص أو يجب أن يتم تنفيذها بشكل تفاعلي بين مكونات النظام البشري والآلة - أي من خلال تطبيق نموذج التحكم الإشرافي. يجب أن يركز تخصيص المهام في الأنظمة الآلية المختلطة على مدى المسؤوليات الإشرافية للإنسان والكمبيوتر ، ويجب أن يأخذ في الاعتبار طبيعة التفاعلات بين المشغل البشري وأنظمة دعم القرار المحوسبة. يجب أيضًا مراعاة وسائل نقل المعلومات بين الآلات وواجهات المدخلات والمخرجات البشرية وتوافق البرامج مع قدرات حل المشكلات المعرفية البشرية.

في الأساليب التقليدية لتصميم وإدارة الأنظمة الآلية الهجينة ، كان يُنظر إلى العمال على أنهم أنظمة مدخلات ومخرجات حتمية ، وكان هناك ميل لتجاهل الطبيعة الغائية للسلوك البشري - أي السلوك الموجه نحو الهدف الذي يعتمد على اكتساب المعلومات ذات الصلة واختيار الأهداف (Goodstein et al. 1988). لكي تكون ناجحًا ، يجب أن يعتمد تصميم وإدارة الأنظمة الآلية الهجينة المتقدمة على وصف الوظائف العقلية البشرية اللازمة لمهمة محددة. يقترح نهج "الهندسة المعرفية" (الموصوف بمزيد من التفصيل أدناه) أن أنظمة الإنسان والآلة (الهجينة) تحتاج إلى تصور وتصميم وتحليل وتقييم من حيث العمليات العقلية البشرية (أي أن النموذج العقلي للمشغل للأنظمة التكيفية يؤخذ في الاعتبار الحساب). فيما يلي متطلبات النهج المتمحور حول الإنسان لتصميم وتشغيل HAS كما صاغها Corbett (1988):

1. التوافق. يجب ألا يتطلب تشغيل النظام مهارات لا علاقة لها بالمهارات الحالية ، ولكن يجب أن تسمح للمهارات الحالية بالتطور. يجب على المشغل البشري إدخال واستقبال المعلومات التي تتوافق مع الممارسة التقليدية حتى تتوافق الواجهة مع المعرفة والمهارة السابقة للمستخدم.
2. الشفافية. لا يمكن للمرء التحكم في نظام دون فهمه. لذلك ، يجب أن يكون المشغل البشري قادرًا على "رؤية" العمليات الداخلية لبرنامج التحكم في النظام إذا كان سيتم تسهيل التعلم. يسهل النظام الشفاف على المستخدمين بناء نموذج داخلي لوظائف صنع القرار والتحكم التي يمكن للنظام أن يؤديها.
3. الحد الأدنى من الصدمة. يجب ألا يقوم النظام بأي شيء يراه المشغلون غير متوقع في ضوء المعلومات المتاحة لهم ، مع توضيح الحالة الحالية للنظام.
4. السيطرة على الاضطرابات. يجب أن تكون المهام غير المؤكدة (على النحو المحدد في تحليل هيكل الاختيار) تحت سيطرة المشغل البشري مع دعم اتخاذ القرار بالكمبيوتر.
5. القابلية للخطأ. لا ينبغي تصميم المهارات والمعرفة الضمنية للمشغلين البشريين خارج النظام. لا ينبغي أبدًا وضع المشغلين في وضع يجعلهم يشاهدون بلا حول ولا قوة البرنامج يوجه عملية غير صحيحة.
6. قابلية عكس الخطأ. يجب أن توفر البرامج تغذية كافية مسبقًا للمعلومات لإبلاغ المشغل البشري بالنتائج المحتملة لعملية أو استراتيجية معينة.
7. مرونة التشغيل. يجب أن يوفر النظام للمشغلين البشريين حرية مقايضة المتطلبات وحدود الموارد عن طريق تغيير استراتيجيات التشغيل دون فقدان دعم برنامج التحكم.

هندسة العوامل البشرية المعرفية

تركز هندسة العوامل البشرية المعرفية على كيفية اتخاذ المشغلين البشريين للقرارات في مكان العمل وحل المشكلات وصياغة الخطط وتعلم مهارات جديدة (هولناجل وودز 1983). يمكن تصنيف أدوار المشغلين البشريين الذين يعملون في أي نظام HAS باستخدام مخطط Rasmussen (1983) إلى ثلاث فئات رئيسية:

1. السلوك القائم على المهارة هو الأداء الحسي الحركي الذي يتم تنفيذه أثناء الأعمال أو الأنشطة التي تحدث دون تحكم واعي مثل أنماط سلوك سلسة وآلية ومتكاملة للغاية. تعتبر الأنشطة البشرية التي تندرج تحت هذه الفئة بمثابة سلسلة من الأعمال الماهرة المكونة لموقف معين. وبالتالي ، فإن السلوك القائم على المهارة هو تعبير عن أنماط السلوك المخزنة إلى حد ما أو التعليمات المبرمجة مسبقًا في مجال الزمكان.
2. السلوك القائم على القواعد هي فئة أداء موجهة نحو الهدف تم تنظيمها عن طريق التحكم المغذي من خلال قاعدة أو إجراء مخزن - أي ، أداء مرتب يسمح بتكوين سلسلة من الإجراءات الفرعية في حالة عمل مألوفة. عادةً ما يتم تحديد القاعدة من التجارب السابقة وتعكس الخصائص الوظيفية التي تقيد سلوك البيئة. يعتمد الأداء المستند إلى القواعد على المعرفة الواضحة فيما يتعلق باستخدام القواعد ذات الصلة. تتكون مجموعة بيانات القرار من مراجع للتعرف وتحديد الحالات أو الأحداث أو المواقف.
3. السلوك القائم على المعرفة هي فئة من الأداء الذي يتحكم فيه الهدف ، حيث يتم صياغة الهدف صراحةً بناءً على معرفة البيئة وأهداف الشخص. يتم تمثيل البنية الداخلية للنظام من خلال "نموذج عقلي". يسمح هذا النوع من السلوك بتطوير واختبار خطط مختلفة في ظل ظروف تحكم غير مألوفة وبالتالي غير مؤكدة ، ويكون مطلوبًا عندما تكون المهارات أو القواعد إما غير متوفرة أو غير كافية بحيث يجب استدعاء حل المشكلات والتخطيط بدلاً من ذلك.

في تصميم وإدارة نظام HAS ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار الخصائص المعرفية للعمال من أجل ضمان توافق تشغيل النظام مع النموذج الداخلي للعامل الذي يصف وظائفه. وبالتالي ، يجب تحويل مستوى وصف النظام من الجوانب القائمة على المهارات إلى الجوانب المستندة إلى القواعد والقائمة على المعرفة للأداء البشري ، ويجب استخدام الأساليب المناسبة لتحليل المهام المعرفية لتحديد نموذج المشغل للنظام. من القضايا ذات الصلة في تطوير HAS تصميم وسائل نقل المعلومات بين المشغل البشري ومكونات النظام الآلي ، على المستويين المادي والمعرفي. يجب أن يكون نقل المعلومات هذا متوافقًا مع أنماط المعلومات المستخدمة على مستويات مختلفة من تشغيل النظام - أي المرئية أو اللفظية أو اللمسية أو الهجينة. يضمن هذا التوافق المعلوماتي أن الأشكال المختلفة لنقل المعلومات ستتطلب حدًا أدنى من عدم التوافق بين الوسيط وطبيعة المعلومات. على سبيل المثال ، يعد العرض المرئي هو الأفضل لنقل المعلومات المكانية ، بينما يمكن استخدام المدخلات السمعية لنقل المعلومات النصية.

غالبًا ما يطور المشغل البشري نموذجًا داخليًا يصف تشغيل ووظيفة النظام وفقًا لخبرته وتدريبه وتعليماته فيما يتعلق بنوع معين من واجهة الإنسان والآلة. في ضوء هذا الواقع ، يجب أن يحاول مصممو نظام HAS أن يبنوا في الآلات (أو أنظمة اصطناعية أخرى) نموذجًا للخصائص الفيزيائية والمعرفية للمشغل البشري - أي صورة النظام للمشغل (Hollnagel and Woods 1983) . يجب أن يأخذ مصممو HAS في الاعتبار أيضًا مستوى التجريد في وصف النظام بالإضافة إلى الفئات المختلفة ذات الصلة بسلوك المشغل البشري. مستويات التجريد هذه لنمذجة الأداء البشري في بيئة العمل هي كما يلي (Rasmussen 1983): (1) الشكل المادي (التركيب التشريحي) ، (2) الوظائف الجسدية (الوظائف الفسيولوجية) ، (3) الوظائف المعممة (الآليات النفسية والمعرفية) والعمليات العاطفية) ، (4) الوظائف المجردة (معالجة المعلومات) و (5) الغرض الوظيفي (هياكل القيم ، الأساطير ، الأديان ، التفاعلات البشرية). يجب أن يتم النظر في هذه المستويات الخمسة في وقت واحد من قبل المصممين من أجل ضمان أداء HAS الفعال.

تصميم برمجيات النظام

نظرًا لأن برنامج الكمبيوتر هو مكون أساسي لأي بيئة HAS ، يجب أيضًا مراعاة تطوير البرامج ، بما في ذلك التصميم والاختبار والتشغيل والتعديل ، ومشكلات موثوقية البرامج في المراحل الأولى من تطوير HAS. بهذه الطريقة ، يجب أن يكون المرء قادرًا على خفض تكلفة اكتشاف أخطاء البرامج والقضاء عليها. ومع ذلك ، من الصعب تقدير موثوقية المكونات البشرية لنظام HAS ، بسبب القيود في قدرتنا على نمذجة أداء المهام البشرية ، وعبء العمل المرتبط والأخطاء المحتملة. قد يؤدي عبء العمل العقلي المفرط أو غير الكافي إلى الحمل الزائد للمعلومات والملل ، على التوالي ، وقد يؤدي إلى تدهور الأداء البشري ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء وزيادة احتمالية وقوع الحوادث. يجب على مصممي نظام HAS استخدام واجهات تكيفية تستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي لحل هذه المشكلات. بالإضافة إلى التوافق بين الإنسان والآلة ، يجب مراعاة مسألة القدرة على التكيف بين الإنسان والآلة مع بعضها البعض من أجل تقليل مستويات الإجهاد التي تحدث عندما يتم تجاوز القدرات البشرية.

نظرًا للمستوى العالي من التعقيد للعديد من الأنظمة الآلية الهجينة ، فإن تحديد أي مخاطر محتملة تتعلق بالأجهزة والبرامج والإجراءات التشغيلية والتفاعلات بين الإنسان والآلة لهذه الأنظمة يصبح أمرًا بالغ الأهمية لنجاح الجهود التي تهدف إلى تقليل الإصابات وتلف المعدات . من الواضح أن مخاطر السلامة والصحة المرتبطة بالأنظمة الآلية الهجينة المعقدة ، مثل تكنولوجيا التصنيع المتكاملة بالحاسوب (CIM) ، هي أحد أكثر الجوانب أهمية في تصميم النظام وتشغيله.

قضايا سلامة النظام

البيئات الآلية الهجينة ، مع إمكاناتها الكبيرة للسلوك غير المنتظم لبرنامج التحكم في ظل ظروف اضطراب النظام ، تخلق جيلًا جديدًا من مخاطر الحوادث. نظرًا لأن الأنظمة الآلية الهجينة أصبحت أكثر تنوعًا وتعقيدًا ، فإن اضطرابات النظام ، بما في ذلك مشاكل بدء التشغيل والإغلاق والانحرافات في التحكم في النظام ، يمكن أن تزيد بشكل كبير من احتمالية حدوث خطر جسيم على المشغلين من البشر. ومن المفارقات ، في العديد من المواقف غير الطبيعية ، يعتمد المشغلون عادة على الأداء السليم لأنظمة الأمان الفرعية المؤتمتة ، وهي ممارسة قد تزيد من مخاطر الإصابة الشديدة. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة الحوادث المتعلقة بأعطال أنظمة التحكم الفنية أن حوالي ثلث تسلسل الحوادث تضمنت تدخلًا بشريًا في حلقة التحكم في النظام المضطرب.

نظرًا لأن تدابير السلامة التقليدية لا يمكن تكييفها بسهولة مع احتياجات بيئات HAS ، فإن استراتيجيات التحكم في الإصابات والوقاية من الحوادث بحاجة إلى إعادة النظر في ضوء الخصائص الكامنة في هذه الأنظمة. على سبيل المثال ، في مجال تكنولوجيا التصنيع المتقدمة ، تتميز العديد من العمليات بوجود كميات كبيرة من تدفقات الطاقة التي لا يمكن للمشغلين البشريين توقعها بسهولة. علاوة على ذلك ، تظهر مشكلات السلامة عادةً عند السطوح البينية بين الأنظمة الفرعية ، أو عندما تتقدم اضطرابات النظام من نظام فرعي إلى آخر. وفقًا للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO 1991) ، تختلف المخاطر المرتبطة بالمخاطر بسبب الأتمتة الصناعية باختلاف أنواع الآلات الصناعية المدمجة في نظام التصنيع المحدد وطرق تثبيت النظام وبرمجته وتشغيله وصيانته. وإصلاحه. على سبيل المثال ، أظهرت مقارنة الحوادث المتعلقة بالروبوتات في السويد بأنواع الحوادث الأخرى أن الروبوتات قد تكون أكثر الآلات الصناعية خطورة المستخدمة في الصناعة التحويلية المتقدمة. كان معدل الحوادث المقدر للروبوتات الصناعية حادثًا خطيرًا واحدًا لكل 45 عامًا من الروبوتات ، وهو معدل أعلى من معدل المطابع الصناعية ، والذي تم الإبلاغ عنه بأنه حادث واحد لكل 50 سنة آلية. وتجدر الإشارة هنا إلى أن المطابع الصناعية في الولايات المتحدة كانت مسؤولة عن حوالي 23٪ من جميع الوفيات المرتبطة بآلات تشغيل المعادن في الفترة 1980-1985 ، حيث احتلت مكابس الطاقة المرتبة الأولى فيما يتعلق بمنتج شدة التردد للإصابات غير المميتة.

في مجال تكنولوجيا التصنيع المتقدمة ، هناك العديد من الأجزاء المتحركة التي تشكل خطورة على العمال لأنها تغير موقعها بطريقة معقدة خارج المجال البصري للمشغلين البشريين. خلقت التطورات التكنولوجية السريعة في التصنيع المتكامل بالحاسوب حاجة ماسة لدراسة آثار تكنولوجيا التصنيع المتقدمة على العمال. من أجل تحديد المخاطر التي تسببها المكونات المختلفة لبيئة HAS ، يجب تحليل الحوادث السابقة بعناية. لسوء الحظ ، يصعب عزل الحوادث التي تنطوي على استخدام الروبوت عن تقارير الحوادث المتعلقة بالآلات التي يديرها الإنسان ، وبالتالي ، قد تكون هناك نسبة عالية من الحوادث غير المسجلة. تنص قواعد الصحة والسلامة المهنية في اليابان على أن "الروبوتات الصناعية ليس لديها في الوقت الحالي وسائل موثوقة للسلامة ولا يمكن حماية العمال منها ما لم يتم تنظيم استخدامها". على سبيل المثال ، أظهرت نتائج الدراسة الاستقصائية التي أجرتها وزارة العمل اليابانية (Sugimoto 1987) للحوادث المتعلقة بالروبوتات الصناعية عبر 190 مصنعًا تم مسحها (مع 4,341 روبوتًا عاملاً) أن هناك 300 اضطراب متعلق بالروبوت ، منها 37 حالة. من الأعمال غير الآمنة أسفرت عن بعض الحوادث القريبة ، 9 كانت حوادث مسببة للإصابة ، و 2 كانت حوادث مميتة. تشير نتائج الدراسات الأخرى إلى أن التشغيل الآلي المستند إلى الكمبيوتر لا يؤدي بالضرورة إلى زيادة المستوى العام للسلامة ، حيث لا يمكن جعل أجهزة النظام آمنة من الفشل من خلال وظائف الأمان في برنامج الكمبيوتر وحده ، كما أن أجهزة التحكم في النظام ليست دائمًا موثوقة للغاية. علاوة على ذلك ، في HAS المعقدة ، لا يمكن للمرء أن يعتمد حصريًا على أجهزة استشعار السلامة للكشف عن الظروف الخطرة واتخاذ استراتيجيات مناسبة لتجنب المخاطر.

آثار الأتمتة على صحة الإنسان

كما نوقش أعلاه ، فإن أنشطة العمال في العديد من بيئات HAS هي في الأساس تلك الخاصة بالرقابة الإشرافية والمراقبة ودعم النظام والصيانة. يمكن أيضًا تصنيف هذه الأنشطة إلى أربع مجموعات أساسية على النحو التالي: (1) مهام البرمجة ، أي ترميز المعلومات التي توجه وتوجه تشغيل الآلات ، (2) مراقبة إنتاج HAS ومكونات التحكم ، (3) صيانة مكونات HAS لمنع أو التخفيف من أعطال الآلات ، و (4) أداء مجموعة متنوعة من مهام الدعم ، وما إلى ذلك ، خلصت العديد من المراجعات الحديثة لتأثير HAS على رفاهية العمال إلى أنه على الرغم من أن استخدام HAS في منطقة التصنيع قد يقضي على المهام الثقيلة والخطيرة ، العمل في بيئة HAS قد يكون غير مرضي ومرهق للعمال. تضمنت مصادر الإجهاد المراقبة المستمرة المطلوبة في العديد من تطبيقات HAS ، والنطاق المحدود للأنشطة المخصصة ، والمستوى المنخفض من تفاعل العمال الذي يسمح به تصميم النظام ، ومخاطر السلامة المرتبطة بطبيعة المعدات التي لا يمكن التنبؤ بها والتي لا يمكن السيطرة عليها. على الرغم من أن بعض العمال الذين يشاركون في أنشطة البرمجة والصيانة يشعرون بعناصر التحدي ، والتي قد يكون لها آثار إيجابية على رفاههم ، غالبًا ما يتم تعويض هذه التأثيرات من خلال الطبيعة المعقدة والمتطلبة لهذه الأنشطة ، بالإضافة إلى الضغط التي تبذلها الإدارة لإكمال هذه الأنشطة بسرعة.

على الرغم من أنه في بعض بيئات HAS ، تتم إزالة المشغلين البشريين من مصادر الطاقة التقليدية (تدفق العمل وحركة الماكينة) أثناء ظروف التشغيل العادية ، لا يزال يتعين تنفيذ العديد من المهام في الأنظمة الآلية في اتصال مباشر مع مصادر الطاقة الأخرى. نظرًا لأن عدد مكونات HAS المختلفة يتزايد باستمرار ، يجب التركيز بشكل خاص على راحة العمال وسلامتهم وعلى تطوير أحكام فعالة للتحكم في الإصابة ، لا سيما في ضوء حقيقة أن العمال لم يعودوا قادرين على مواكبة تعقيد وتعقيد هذه الأنظمة.

من أجل تلبية الاحتياجات الحالية للسيطرة على الإصابات وسلامة العمال في أنظمة التصنيع المتكاملة للكمبيوتر ، اقترحت لجنة الأيزو لأنظمة الأتمتة الصناعية معيار أمان جديدًا بعنوان "سلامة أنظمة التصنيع المتكاملة" (1991). يهدف هذا المعيار الدولي الجديد ، الذي تم تطويره للتعرف على المخاطر الخاصة الموجودة في أنظمة التصنيع المتكاملة التي تتضمن الآلات الصناعية والمعدات المرتبطة بها ، إلى تقليل احتمالات إصابات الأفراد أثناء العمل على نظام تصنيع متكامل أو بجواره. تظهر المصادر الرئيسية للمخاطر المحتملة للمشغلين البشريين في CIM المحددة بواسطة هذا المعيار في الشكل 1.

الشكل 1. المصدر الرئيسي للمخاطر في التصنيع المتكامل بالحاسوب (CIM) (بعد ISO 1991)

أخطاء بشرية ونظامية

بشكل عام ، يمكن أن تنشأ المخاطر في نظام HAS من النظام نفسه ، أو من ارتباطه بالمعدات الأخرى الموجودة في البيئة المادية ، أو من تفاعلات الأفراد مع النظام. الحادث هو واحد فقط من النتائج العديدة للتفاعلات بين الإنسان والآلة التي قد تنشأ في ظل ظروف خطرة ؛ الحوادث القريبة وحوادث التلف أكثر شيوعًا (Zimolong and Duda 1992). يمكن أن يؤدي حدوث الخطأ إلى إحدى هذه النتائج: (1) يبقى الخطأ دون أن يلاحظه أحد ، (2) يمكن للنظام تعويض الخطأ ، (3) يؤدي الخطأ إلى تعطل الجهاز و / أو توقف النظام أو (4) ) يؤدي الخطأ إلى وقوع حادث.

نظرًا لأنه ليس كل خطأ بشري ينتج عنه حادث خطير سوف يتسبب في وقوع حادث فعلي ، فمن المناسب التمييز بشكل أكبر بين فئات النتائج على النحو التالي: (1) حادثة غير آمنة (أي ، أي حدث غير مقصود بغض النظر عما إذا كان يؤدي إلى إصابة أو ضرر أو خسارة) ، (2) حادث (أي حدث غير آمن ينتج عنه إصابة أو ضرر أو خسارة) ، (3) حادث ضرر (أي حدث غير آمن ينتج عنه نوع من الضرر المادي فقط) ، (4) أ حادث قريب أو "كاد أن يخطئ" (أي حدث غير آمن تم فيه تجنب الإصابة أو الضرر أو الخسارة بالصدفة بهامش ضيق) و (5) وجود حادث محتمل (أي أحداث غير آمنة يمكن أن تؤدي إلى إصابة أو ضرر ، أو الخسارة ، ولكن ، بسبب الظروف ، لم تسفر حتى عن وقوع حادث قريب).

يمكن للمرء أن يميز ثلاثة أنواع أساسية من الخطأ البشري في HAS:

1. الهفوات والانزلاقات القائمة على المهارات
2. الأخطاء المستندة إلى القواعد
3. أخطاء المعرفة.

يعتمد هذا التصنيف ، الذي ابتكره Reason (1990) ، على تعديل تصنيف Rasmussen لقاعدة المهارات والمعرفة للأداء البشري كما هو موضح أعلاه. على المستوى القائم على المهارات ، يخضع الأداء البشري لأنماط مخزنة من التعليمات المبرمجة مسبقًا والممثلة في الهياكل التناظرية في مجال الزمكان. المستوى القائم على القواعد قابل للتطبيق على معالجة المشكلات المألوفة التي تحكم الحلول فيها القواعد المخزنة (تسمى "المنتجات" ، حيث يتم الوصول إليها أو إنتاجها عند الحاجة). تتطلب هذه القواعد إجراء تشخيصات (أو أحكام) معينة ، أو اتخاذ إجراءات علاجية معينة ، نظرًا لظهور ظروف معينة تتطلب استجابة مناسبة. في هذا المستوى ، ترتبط الأخطاء البشرية عادةً بسوء تصنيف المواقف ، مما يؤدي إما إلى تطبيق قاعدة خاطئة أو إلى استدعاء غير صحيح للأحكام أو الإجراءات اللاحقة. تحدث الأخطاء القائمة على المعرفة في المواقف الجديدة التي يجب أن يتم التخطيط للإجراءات من أجلها "عبر الإنترنت" (في لحظة معينة) ، باستخدام عمليات تحليلية واعية ومعرفة مخزنة. تنشأ الأخطاء في هذا المستوى من محدودية الموارد والمعرفة غير الكاملة أو غير الصحيحة.

يمكن استخدام أنظمة نمذجة الخطأ العامة (GEMS) التي اقترحها Reason (1990) ، والتي تحاول تحديد أصول أنواع الخطأ البشري الأساسية ، لاشتقاق التصنيف العام للسلوك البشري في HAS. يسعى GEMS إلى دمج مجالين متميزين من البحث عن الأخطاء: (1) الانزلاقات والسفرات ، حيث تنحرف الإجراءات عن النية الحالية بسبب فشل التنفيذ و / أو فشل التخزين و (2) الأخطاء ، التي قد تعمل فيها الإجراءات وفقًا للخطة ، لكن الخطة غير كافية لتحقيق النتيجة المرجوة.

تقييم المخاطر والوقاية منها في CIM

وفقًا لمعيار ISO (1991) ، يجب إجراء تقييم المخاطر في CIM لتقليل جميع المخاطر والعمل كأساس لتحديد أهداف وتدابير السلامة في تطوير البرامج أو الخطط لإنشاء بيئة عمل آمنة ولضمان سلامة وصحة الموظفين كذلك. على سبيل المثال ، يمكن وصف مخاطر العمل في بيئات HAS القائمة على التصنيع على النحو التالي: (1) قد يحتاج المشغل البشري إلى دخول منطقة الخطر أثناء التعافي من الاضطراب ، ومهام الخدمة والصيانة ، (2) يصعب تحديد منطقة الخطر ، للإدراك والتحكم ، (3) قد يكون العمل رتيبًا و (4) غالبًا ما تكون الحوادث التي تحدث داخل أنظمة التصنيع المتكاملة بالكمبيوتر خطيرة. يجب تقييم كل خطر تم تحديده من حيث مخاطره ، ويجب تحديد وتنفيذ تدابير السلامة المناسبة لتقليل هذا الخطر. يجب أيضًا التحقق من المخاطر فيما يتعلق بجميع الجوانب التالية لأي عملية معينة: الوحدة المفردة نفسها ؛ التفاعل بين الوحدات المفردة ؛ أقسام تشغيل النظام ؛ وتشغيل النظام الكامل لجميع أوضاع وظروف التشغيل المقصودة ، بما في ذلك الظروف التي يتم بموجبها تعليق وسائل الحماية العادية لعمليات مثل البرمجة أو التحقق أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها أو الصيانة أو الإصلاح.

تتضمن مرحلة تصميم إستراتيجية السلامة ISO (1991) لـ CIM ما يلي:

• مواصفات حدود معلمات النظام
• تطبيق استراتيجية السلامة
• تحديد المخاطر
• تقييم المخاطر المصاحبة
• إزالة المخاطر أو تقليل المخاطر بقدر المستطاع.

يجب أن تتضمن مواصفات سلامة النظام ما يلي:

• وصف وظائف النظام
• تخطيط و / أو نموذج النظام
• نتائج المسح الذي تم إجراؤه للتحقيق في تفاعل عمليات العمل المختلفة والأنشطة اليدوية
• تحليل تسلسل العملية ، بما في ذلك التفاعل اليدوي
• وصف للواجهات مع خطوط النقل أو النقل
• مخططات تدفق العملية
• خطط التأسيس
• خطط لتوريد الأجهزة والتخلص منها
• تحديد المساحة المطلوبة لتوريد المواد والتخلص منها
• سجلات الحوادث المتاحة.

وفقًا لـ ISO (1991) ، يجب مراعاة جميع المتطلبات اللازمة لضمان تشغيل نظام CIM الآمن عند تصميم إجراءات تخطيط السلامة المنهجية. وهذا يشمل جميع التدابير الوقائية للحد بشكل فعال من المخاطر ويتطلب:

• تكامل واجهة الإنسان والآلة
• التحديد المبكر لموقف أولئك الذين يعملون على النظام (في الزمان والمكان)
• النظر المبكر في طرق تقليل العمل المعزول
• مراعاة الجوانب البيئية.

يجب أن يعالج إجراء تخطيط السلامة ، من بين أمور أخرى ، قضايا السلامة التالية الخاصة بـ CIM:

• اختيار أوضاع تشغيل النظام. يجب أن تحتوي معدات التحكم على أحكام لأنماط التشغيل التالية على الأقل: (1) الوضع العادي أو وضع الإنتاج (أي ، مع توصيل وتشغيل جميع الضمانات العادية) ، (2) التشغيل مع تعليق بعض الضمانات العادية و (3) التشغيل في أي نظام أو بدء يدوي عن بعد للحالات الخطرة يتم منعه (على سبيل المثال ، في حالة التشغيل المحلي أو عزل الطاقة أو الانسداد الميكانيكي للظروف الخطرة).
• التدريب والتركيب والتكليف والاختبار الوظيفي. عندما يُطلب من الأفراد التواجد في منطقة الخطر ، يجب توفير تدابير السلامة التالية في نظام التحكم: (1) الاحتفاظ بالتشغيل ، (2) جهاز التمكين ، (3) السرعة المنخفضة ، (4) انخفاض الطاقة و (5) ) توقف طارئ متحرك.
• الأمان في برمجة النظام وصيانته وإصلاحه. أثناء البرمجة ، يجب السماح للمبرمج فقط بالتواجد في المساحة المحمية. يجب أن يكون للنظام إجراءات فحص وصيانة لضمان استمرار التشغيل المقصود للنظام. يجب أن يأخذ برنامج الفحص والصيانة في الاعتبار توصيات مورد النظام وتوصيات موردي العناصر المختلفة للأنظمة. نادراً ما يحتاج إلى ذكر أن الأفراد الذين يقومون بالصيانة أو الإصلاح على النظام يجب أن يتم تدريبهم على الإجراءات اللازمة لأداء المهام المطلوبة.
• القضاء على خطأ. عندما يكون التخلص من الخطأ ضروريًا من داخل المساحة المحمية ، فيجب إجراؤه بعد الفصل الآمن (أو ، إذا أمكن ، بعد تشغيل آلية الإغلاق). ينبغي اتخاذ تدابير إضافية ضد البدء الخاطئ في المواقف الخطرة. حيث يمكن أن تحدث المخاطر أثناء إزالة الأعطال في أقسام النظام أو في آلات الأنظمة أو الآلات المجاورة ، يجب أيضًا إخراجها من التشغيل وحمايتها من بدء التشغيل غير المتوقع. عن طريق التعليمات وعلامات التحذير ، يجب الانتباه إلى التخلص من الأخطاء في مكونات النظام التي لا يمكن ملاحظتها تمامًا.

التحكم باضطراب النظام

في العديد من تركيبات HAS المستخدمة في مجال التصنيع المتكامل بالكمبيوتر ، عادة ما تكون هناك حاجة إلى مشغلين بشريين لغرض التحكم أو البرمجة أو الصيانة أو الإعداد المسبق أو الصيانة أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها. تؤدي الاضطرابات في النظام إلى مواقف تجعل من الضروري دخول العمال إلى المناطق الخطرة. في هذا الصدد ، يمكن افتراض أن الاضطرابات تظل السبب الأكثر أهمية للتدخل البشري في CIM ، لأن الأنظمة في كثير من الأحيان سيتم برمجتها من خارج المناطق المحظورة. من أهم القضايا المتعلقة بسلامة CIM منع الاضطرابات ، حيث تحدث معظم المخاطر في مرحلة استكشاف الأخطاء وإصلاحها في النظام. إن تجنب الاضطرابات هو الهدف المشترك فيما يتعلق بكل من السلامة وفعالية التكلفة.

الاضطراب في نظام CIM هو حالة أو وظيفة من نظام ينحرف عن الحالة المخطط لها أو المرغوبة. بالإضافة إلى الإنتاجية ، فإن الاضطرابات أثناء تشغيل CIM لها تأثير مباشر على سلامة الأشخاص المشاركين في تشغيل النظام. أظهرت دراسة فنلندية (Kuivanen 1990) أن حوالي نصف الاضطرابات في التصنيع الآلي تقلل من سلامة العمال. كانت الأسباب الرئيسية للاضطرابات هي الأخطاء في تصميم النظام (34٪) ، فشل مكونات النظام (31٪) ، الخطأ البشري (20٪) والعوامل الخارجية (15٪). كانت معظم حالات فشل الماكينة ناتجة عن نظام التحكم ، وفي نظام التحكم ، حدثت معظم الأعطال في أجهزة الاستشعار. تتمثل إحدى الطرق الفعالة لزيادة مستوى أمان تركيبات CIM في تقليل عدد الاضطرابات. على الرغم من أن الأفعال البشرية في الأنظمة المضطربة تمنع وقوع الحوادث في بيئة HAS ، إلا أنها تساهم أيضًا في حدوثها. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة الحوادث المتعلقة بأعطال أنظمة التحكم الفنية أن حوالي ثلث تسلسل الحوادث تضمنت تدخلًا بشريًا في حلقة التحكم في النظام المضطرب.

قضايا البحث الرئيسية في منع اضطراب CIM تتعلق بـ (1) الأسباب الرئيسية للاضطرابات ، (2) المكونات والوظائف غير الموثوق بها ، (3) تأثير الاضطرابات على السلامة ، (4) تأثير الاضطرابات على وظيفة النظام ، ( 5) الأضرار المادية و (6) الإصلاحات. يجب التخطيط لسلامة HAS في وقت مبكر في مرحلة تصميم النظام ، مع مراعاة التكنولوجيا والأفراد والمنظمة ، وأن تكون جزءًا لا يتجزأ من عملية التخطيط الفني الشاملة لـ HAS.

تصميم HAS: تحديات المستقبل

لضمان الاستفادة الكاملة من الأنظمة الآلية الهجينة كما تمت مناقشته أعلاه ، هناك حاجة إلى رؤية أوسع لتطوير النظام ، والتي تستند إلى تكامل الأشخاص ، والتنظيم والتكنولوجيا. يجب تطبيق ثلاثة أنواع رئيسية من تكامل النظام هنا:

1. تكامل الناس، من خلال ضمان التواصل الفعال بينهما
2. التكامل بين الإنسان والحاسوب، من خلال تصميم واجهات مناسبة والتفاعل بين الناس وأجهزة الكمبيوتر
3. التكامل التكنولوجي، من خلال ضمان التفاعل والتفاعل الفعال بين الآلات.

يجب أن يتضمن الحد الأدنى من متطلبات التصميم للأنظمة الآلية المختلطة ما يلي: (1) المرونة ، (2) التكيف الديناميكي ، (3) تحسين الاستجابة ، و (4) الحاجة إلى تحفيز الناس والاستفادة بشكل أفضل من مهاراتهم وأحكامهم وخبراتهم . يتطلب ما ورد أعلاه أيضًا تطوير الهياكل التنظيمية لـ HAS وممارسات العمل والتقنيات للسماح للأشخاص على جميع مستويات النظام بتكييف استراتيجيات عملهم مع مجموعة متنوعة من مواقف التحكم في الأنظمة. لذلك ، يجب تصميم المنظمات وممارسات العمل وتقنيات HAS وتطويرها كنظم مفتوحة (Kidd 1994).

النظام الآلي الهجين المفتوح (OHAS) هو نظام يتلقى المدخلات من بيئته ويرسل المخرجات إليها. يمكن تطبيق فكرة النظام المفتوح ليس فقط على معماريات النظام والهياكل التنظيمية ، ولكن أيضًا على ممارسات العمل والواجهات بين الإنسان والحاسوب والعلاقة بين الأشخاص والتقنيات: يمكن للمرء أن يذكر ، على سبيل المثال ، أنظمة الجدولة وأنظمة التحكم و أنظمة دعم القرار. النظام المفتوح هو أيضًا نظام تكيفي عندما يسمح للأشخاص بدرجة كبيرة من الحرية لتحديد طريقة تشغيل النظام. على سبيل المثال ، في مجال التصنيع المتقدم ، يمكن تحقيق متطلبات النظام الآلي الهجين المفتوح من خلال مفهوم التصنيع البشري والحاسوب المتكامل (HCIM). من وجهة النظر هذه ، يجب أن يعالج تصميم التكنولوجيا الهيكل العام لنظام HCIM ، بما في ذلك ما يلي: (1) اعتبارات شبكة المجموعات ، (2) هيكل كل مجموعة ، (3) التفاعل بين المجموعات ، (4) طبيعة البرامج الداعمة و (5) احتياجات الاتصال والتكامل التقني بين وحدات البرامج الداعمة.

لا يقيد النظام الآلي الهجين التكيفي ، على عكس النظام المغلق ، ما يمكن أن يفعله المشغلون البشريون. يتمثل دور مصمم نظام HAS في إنشاء نظام يلبي التفضيلات الشخصية للمستخدم ويسمح لمستخدميه بالعمل بالطريقة التي يجدونها أكثر ملاءمة. الشرط الأساسي للسماح بإدخال المستخدم هو تطوير منهجية التصميم التكيفي - أي ، OHAS الذي يسمح بتمكين التكنولوجيا المدعومة بالكمبيوتر لتنفيذها في عملية التصميم. تعد الحاجة إلى تطوير منهجية للتصميم التكيفي أحد المتطلبات الفورية لتحقيق مفهوم OHAS في الممارسة العملية. يجب أيضًا تطوير مستوى جديد من تكنولوجيا التحكم الإشرافي البشري التكيفي. يجب أن تسمح هذه التكنولوجيا للمشغل البشري "برؤية" نظام التحكم غير المرئي بطريقة أخرى لوظيفة HAS - على سبيل المثال ، عن طريق تطبيق نظام فيديو تفاعلي عالي السرعة في كل نقطة من التحكم في النظام وتشغيله. أخيرًا ، هناك حاجة ماسة أيضًا إلى منهجية لتطوير دعم ذكي وعالي التكيف وقائم على الكمبيوتر للأدوار البشرية والأداء البشري في الأنظمة الآلية الهجينة.

الرجوع