ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЁННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА ОПЕРАТОРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Заявленная полезная модель относится к устройствам, применяемым для учета человеческого фактора при проектировании и эксплуатации систем управления в интересах решения прикладных задач обеспечения эффективного функционирования таких систем за счет учета оценки напряженности в контуре управления системы и при реализации мероприятий, направленных на обеспечение работоспособности, надежности деятельности, сохранение здоровья и продление профессионального долголетия оператора.

Напряженность труда – это характеристика трудового процесса, отражающая преимущественную нагрузку на центральную нервную систему, то есть определяется нервным, психоэмоциональным напряжением, длительностью и интенсивностью интеллектуальной нагрузки.

Наиболее близким аналогом, известным из уровня техники, является прибор для диагностики напряженности трудового процесса человека (патент на полезную модель RU 227452), состоящий из корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок беспроводного интерфейса; в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании; в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор; накопитель с энергонезависимой памятью, блок беспроводного интерфейса, USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером; блок приема информации, USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором; внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани; причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении; в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены видеокамера, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором; а микрокомпьютер выполнен с возможностями: выдачи информации в систему автоматического управления эргатической системы в параметрический регистратор информации о ее функционировании, адаптивного управления частотой опроса подключенных датчиков, обработки изображения лица человека-оператора, получаемого с видеокамеры, позволяющей получить количественные характеристики эмоций, обработки информации, получаемой с инерциальных датчиков, для расчета углов сгиба рук и ног, угла отклонения туловища от вертикального положения, и расчета оценки функционального состояния человека-оператора эргатической системы по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов, результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, углов сгиба рук и ног и угла отклонения туловища от вертикального положения.

Недостатком этого решения является невозможность автоматизированной персонификации диагностики напряженности трудового процесса человека-оператора из-за отсутствия его автоматизированной идентификации.

Технической задачей полезной модели является развитие арсенала устройств мониторинга напряженности трудового процесса человека в процессе деятельности для решения прикладных задач обеспечения эффективного функционирования систем управления за счет учета оценки напряженности в контуре управления системы и при реализации мероприятий, направленных на обеспечение работоспособности, надежности деятельности, сохранение здоровья и продление профессионального долголетия оператора.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что цифровое устройство для определения напряженности трудового процесса человека-оператора системы управления состоит из: корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок беспроводного интерфейса; в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека-оператора, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, выполненный с возможностью сопряжения с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании; в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор; накопитель с энергонезависимой памятью, блок беспроводного интерфейса, USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека-оператора, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, выполненный с возможностью сопряжения с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером; блок беспроводного интерфейса, USB-разъем, разъем для подключения датчика частоты пульса, разъем для подключения датчика частоты дыхания, разъем для подключения датчика температуры тела, разъем для подключения датчика влажности кожных покровов человека-оператора, десять разъемов для подключения инерциальных датчиков, разъем, выполненный с возможностью сопряжения с системой автоматического управления эрратической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором; внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани; причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении; в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены видеокамера, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором; а микрокомпьютер выполнен с возможностями: выдачи информации в систему автоматического управления системы управления в параметрический регистратор информации о ее функционировании, адаптивного управления частотой опроса подключенных датчиков, обработки изображения лица человека-оператора, получаемого с видеокамеры, выполненной с возможностью получать количественные характеристики эмоций, обработки информации, получаемой с инерциальных датчиков, для расчета углов сгиба рук и ног, угла отклонения туловища от вертикального положения, и расчета оценки функциональной надежности человека-оператора по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов, результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, углов сгиба рук и ног и угла отклонения туловища от вертикального положения, при этом, в корпус встроен и соединен с микрокомпьютером, аккумулятором и накопителем с энергонезависимой памятью блок аутентификации, выполненный с возможностью идентификации пользователя по изображению лица, а микропроцессор выполнен с возможностью определения антропометрических характеристик лица на видеоизображении.

Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в обеспечении возможности автоматизированной персонификации диагностики напряженности трудового процесса человека-оператора за счет реализации его автоматизированной биометрической идентификации.

Составные части заявляемой полезной модели известны из уровня техники:

микрокомпьютер может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2584470;

накопитель с энергонезависимой памятью может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2374704;

аккумулятор может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2810614;

блок беспроводного интерфейса может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2667334;

цифровое табло может быть выполнено согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель RU №201510;

динамик может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2692096;

трехрежимный световой индикатор может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2832487;

крепление может быть выполнено согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель RU №191532;

видеокамера может быть выполнена согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2818867;

датчик температуры воздуха может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель RU №217727;

датчик влажности воздуха может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2809808;

индикатор исправности может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на полезную модель RU №214667;

солнечная батарея может быть выполнена согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2805279;

блок аутентификации может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение RU №2543958.

С помощью кабеля компоненты в корпусе прибора соединены по топологии «активная звезда», центром которой является микрокомпьютер, имеющийся в корпусе.

Перед началом применения заявляемого устройства:

его закрепляют на рабочем месте человека с помощью крепления и/или магнитной боковой грани корпуса так, чтобы табло и трехрежимный индикатор были видны человеку - пользователю устройства;

в экипировку человека - пользователя устройства встраивают датчики показателей, необходимых расчета интегрального показателя напряженности трудового процесса (датчики частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов, а также инерциальные датчики, размещаемые в районах левого плеча, левого предплечья, левого бедра, левой голени, правого плеча, правого предплечья, правого бедра, правой голени, поясницы и шеи), подключая их к корпусу устройства через специально имеющиеся в нем разъемы (дискретность передачи информации в процессе деятельности человека определяется микрокомпьютером, имеющимся в корпусе).

Микрокомпьютер, находящийся в корпусе устройства:

по заранее заданным алгоритмам (формулам) выполняет обработку изображения лица человека, получаемого с видеокамеры, обеспечивая получение количественных характеристик выраженности эмоций, характеризующих психоэмоциональное состояние человека,

по заранее заданным алгоритмам (формулам) выполняет обработку информации с инерциальных датчиков, определяя углы сгиба рук (по изменению положения прямых, описываемых координатами, получаемыми с левого плеча и левого предплечья - для левой руки, с правого плеча и правого предплечья - для правой руки), углы сгиба ног (по изменению положения прямых, описываемой координатами, получаемыми с левого бедра и левой голени - для левой ноги, с правого бедра и правой голени - для правой ноги), угол отклонения туловища от вертикального положения (по изменению положения прямой, описываемой координатами, получаемыми с поясницы и шеи);

по заранее заданным алгоритмам (формулам) рассчитывает оценку напряженности трудового процесса человека по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов, результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, углов сгиба рук и ног и угла отклонения туловища от вертикального положения;

выдает сигнал, определяющий режим свечения трехрежимного светового индикатора, записывает информацию в накопитель с энергонезависимой памятью и через разъем сопряжения передает ее в систему автоматического управления эргатической системой и в параметрический регистратор информации о ее функционировании;

генерирует речевую информацию, которую предъявляют человеку через динамик.

Индикатор исправности, соединенный с микрокомпьютером, показывает исправное (свечение зеленым) и неисправное (свечение красным) состояние устройства.

Блок беспроводного интерфейса служит для взаимодействия с внешними устройствами по беспроводному протоколу.

Солнечная батарея, соединенная с аккумулятором, обеспечивает его подзарядку. Подзарядка аккумулятора и, при необходимости, подключаемых датчиков, также может осуществляться через имеющиеся разъемы.

Информация на табло и текущее свечение индикатора обновляются по команде микрокомпьютера, находящегося в корпусе.

Применяя заявляемое устройство, человека-оператор системы управления обеспечивается информацией о текущей напряженности трудового процесса. Динамика изменения напряженности трудового процесса человека сохраняется в накопителе с энергонезависимой памятью (может быть использована при необходимости анализа динамики интегрального показателя напряженности трудового процесса человека-оператора системы управления), передается в систему автоматического управления эргатической системой через специально имеющийся в корпусе разъем (для возможного учета в законах управления ее функционированием) и в параметрический регистратор информации о ее функционировании (для документирования с возможностью анализа совместно с другой информацией о функционировании системы управления).

Корпус устройства выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении, что обеспечивает его применимость для контроля напряженности трудового процесса человека-оператора любых эргатических систем.

За счет объединения в одном устройстве всех датчиков информации о состоянии человека с возможностью получения и обработки информации в реальном времени обеспечивается мониторинг напряженности трудового процесса человека-оператора системы управления в процессе деятельности.

В корпус встроен и соединен с микрокомпьютером, аккумулятором и накопителем с энергонезависимой памятью блок аутентификации, выполненный с возможностью идентификации пользователя по изображению лица, а микропроцессор выполнен с возможностью определения антропометрических характеристик лица на видеоизображении.

За счет реализации в устройстве автоматизированной биометрической идентификации человека-оператора обеспечивается автоматизированная персонификация диагностики напряженности трудового процесса, тем самым обеспечивается достижение заявленного технического результата.

Таким образом, цель применения заявляемого технического решения достигнута.

Описанные элементы заявляемого технического решения функционально взаимосвязаны, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники - то есть заявляемое техническое решение представляет собой новое техническое решение, обладающее новизной и промышленной применимостью.