36. Модель человека-оператора.

В АСОИУ в отличие от других систем человек-оператор включается в контур управления как важное информационное звено. Именно этот факт определяет характер процесса управления — автоматизированное управление объектами и системами. Причем человеку-оператору отводится решающая роль в процессе управления, тогда как аппаратно-программные средства выполняют вспомогательную, порой весьма сложную роль и выступают в виде аппаратно-программной среды, поддерживающей деятельность конкретного оператора. С таких позиций сегодня рассматривается системодеятельностный подход к общесистемному проектированию АСОИУ.

Известно несколько моделей, служащих для выявления основных этапов деятельности человека-оператора при решении типовых задач в АСОИУ: модели, построенные на основе типовых звеньев систем автоматического управления (линейные и нелинейные); кибернетические модели человека-оператора; нейрокибернетические модели; модели, базирующиеся на системодеятельностном подходе к описанию процесса решения оператором задач управления, и многие другие. Эти модели, используя различный математический аппарат и принципы описания процесса функционирования человека, включенного в контур управления, ориентированы на организацию взаимодействия оператора с технической средой АСОИУ и определение роли и функций аппаратно-программного комплекса АСОИУ по поддержке деятельности человека-оператора на основных этапах реализации им задач (функций) управления.

В качестве примера остановимся на системодеятельностной модели человека-оператора, позволяющей рассмотреть содержательную сторону деятельности оператора и определить функции аппаратно-программных компонентов АСОИУ в процессе реализации им задач управления.

Рассмотрим в обобщенном виде основные этапы деятельности человека-оператора при решении задач оперативного управления, принимая во внимание, что управление объектом или системой осуществляется дистанционно. Это требует включения в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора средств отображения (визуализации) информации.

На первом этапе (рис. 9.1) оператор осуществляет прием информации о состоянии и условиях функционирования объекта или системы управления. Этот этап включает операции:

обнаружения сигналов, пришедших на вход АРМ;

опознания для выделения в сигнале признаков, отвечающих сто­ящей перед оператором задаче;

идентификации, предусматривающей оценку информации, ее ана­лиз и сравнение с заданными значениями контролируемых парамет­ров объекта управления.

Рис. 9.1. Основные этапы деятельности человека-оператора

В качестве входных сигналов для человека-оператора выступают монокодовые и поликодовые информационные модели, визуализи­руемые на экранах устройств отображения АРМ и характеризующие текущее состояние и условия функционирования объекта или систе­мы управления.

Различие между операциями обнаружения и опознания обуслов­лено тем, что явления, связанные с обнаружением сигнала, протека­ют на уровне рецепторных полей воспринимающего звена, тогда как выделение информационного содержания возможно лишь на осно­ве прошлого опыта и специального обучения.

Прием информации с экрана устройств отображения осуществ­ляется и как целостное предметное восприятие. Тогда в нем в скры­той форме будут присутствовать названные операции.

В процессе обучения и тренировок у человека-оператора выраба­тывается способность одномоментного восприятия оперативных еди­ниц информации, которые представляют собой некоторые семанти­ческие образования, включающие различное количество признаков.

При реализации операции идентификации человек-оператор вы­деляет критические ситуации, которые характеризуют объект управ­ления, и устанавливает приоритетность обслуживания объекта. При правильном выборе типа информационной модели и оптимальном объеме предоставляемой оператору информации оценка информа­ции может производиться одновременно с ее восприятием.

На втором этапе оператор принимает решение или вырабатыва­ет стратегию управления. Этот этап предусматривает оценку ситуа­ции и выбор метода воздействия на объект управления в целях нор­мализации процесса функционирования объекта или системы управ­ления. Здесь активно используются интеллектуальные возможности

человека-оператора по неформализованной оценке сложившейся ситуации и способов (или методов) возвращения системы в нормаль­ные условия функционирования.

В некоторых системах деятельность человека на этом этапе опре­делена заранее заданным и известным оператору алгоритмом. Если сложившаяся ситуация не предусмотрена ни одним из алгоритмов, то нахождение способа решения задачи достигается с помощью при­сущего оператору оперативного мышления. Отметим, что принятие решения практически всегда связано с предвидением, мысленным прогнозированием поведения объекта управления или системы в целом после воздействия управляющих сигналов.

Практически все решения, принимаемые на этапе выработки стратегии управления, в сложных АСОИУ можно отнести к логи­ческому типу решений, т. е. к решениям, представляющим собой цепь умозаключений, логическая последовательность которых дает ответ на поставленный вопрос. Как правило, задачи подобного типа имеют конечное множество решений, в связи с чем возникает необ­ходимость выбора оптимального или, во всяком случае, рациональ­ного решения.

В последние годы в связи с интенсивным развитием теории, прак­тики и технологий экспертных систем в АСОИУ для решения задач выработки стратегии управления стали применяться интеллектуаль­ные средства поддержки деятельности человека-оператора. С одной стороны, это дает возможность неопытным операторам использовать в процессе принятия решения знания и опыт экспертов, представ­ленные в формализованном виде в базе знаний системы. С другой стороны, использование образно-пространственного описания ситу­аций позволяет формализовать решение задач оценки ситуации и разработать достаточно эффективные алгоритмы. В идеальном слу­чае человеку-оператору предоставляется аппаратно-программными средствами интеллектуальной поддержки конечное множество реше­ний по выходу из создавшейся ситуации, и его задача — выбрать наи­лучшее с его точки зрения. За оператором остается право принятия самостоятельных решений, в том числе и не предусмотренных в со­ответствующих базах знаний.

Третий этап включает операции, совокупность которых обеспе­чивает приведение принятого решения в исполнение. Реализация решения предусматривает выбор метода воздействия на систему и собственно действие, заключающееся во вводе в объект управления или систему управляющих сигналов.

Задачи, выполняемые оператором на первых двух этапах и в про­цессе выбора метода воздействия на систему (первая задача третьего этапа) или объект управления, реализуются в виде сенсорно-логичес­ких актов в коре головного мозга. И только последняя задача — реа­лизация действия — выступает в виде сенсорно-моторного акта, ис­пользующего мышечную энергию пальцев, рук или иных органов че­ловека. Поэтому интервал между поступлением сигнала на вход мо­дели человека-оператора и началом реализации операции действия на органы управления является скрытым и называется латентным периодом деятельности оператора. В связи с этим нет возможности зафиксировать время, затрачиваемое оператором на выполнение любой из процедур, относящихся к сенсорно-логическим актам. Ос­тается только возможность оценить суммарные затраты времени до начала сенсорно-моторного акта.

Реализация действия осуществляется путем выработки определен­ной совокупности сигналов управления. При этом необходимо учи­тывать, что человек-оператор во многих АСОИУ реализует управле­ние объектом или системой дистанционно, не имея возможности наблюдать реальный объект.

Исходя из этого, необходимо отметить два аспекта. Во-первых, не имея возможности непосредственно воздействовать на объект или систему, человек-оператор достаточно часто использует органы уп­равления для формирования функциональных команд на запуск оп­ределенных программ расчета оптимального соотношения парамет­ров объекта или системы, способных восстановить нормальный ре­жим функционирования объекта управления. При этом могут быть использованы как традиционные органы управления (клавиатура, манипулятор типа мыши и т. д.), так и специализированные сенсор­но-чувствительные экраны и панели с функциональными ячейками (кнопками).

Во-вторых, в модели человека-оператора необходимо предусмот­реть обратную связь, с помощью которой реализуется четвертый этап — контроль. Осуществляется контроль за реальным изменени­ем процесса функционирования объекта после подачи на него выра­ботанных команд управления. Для этих целей обычно используется информационная модель, адекватно отображающая состояние и ус­ловия функционирования объекта или системы управления. Все из­менения в процессе функционирования объекта после подачи управ­ляющих команд должны фиксироваться оператором на первом (при­ем информации) и втором (оценка ситуации) этапах.

Если в результате решения первых четырех задач человек-опера­тор признал ситуацию соответствующей требуемому процессу функ­ционирования объекта управления, то его деятельность по выработ­ке сигналов управления признается успешной.

Если же новое состояние объекта управления отличается от за­планированного оператором, например при наличии ошибки в при­нятии решения и выработке управляющих сигналов, то процесс об­работки информации в звене человек-оператор повторяется. Экспе­риментальные исследования показали, что для правильного приня­тия решения и выработки управляющих сигналов оператору необхо­димо не более трех итераций.

В некоторых АСОИУ подача на объект управления ошибочных сигналов может иметь катастрофические последствия, вплоть до прекращения его функционирования. В этой связи обычно выходной сигнал звена человек-оператор перед подачей на объект управления поступает на блок «Модель объекта управления». И только после того, как оператор убедился в его правильности, сигнал подается на объект.

На схеме рис. 9.1 блок моделирования объекта управления вклю­чен в контур обратной связи, так как результаты моделирования дол­жны контролироваться оператором и используются им при подаче сигналов управления на объект или систему.

Однако необходимо иметь в виду дополнительные временные зат­раты на моделирование поведения объекта после подачи сигналов управления. Если они неприемлемы (например, в АСОИУ динами­ческими объектами), то используются иные способы контроля за правильностью выработки управляющих сигналов.

Различают три характерных типа деятельности человека-опера­тора: операционную, оперативную и тактическую.

Операционная деятельность сводится к восприятию (наблюдению) информации, характеризующей состояние и условия функциониро­вания объекта управления, изменения его реального поведения в свя­зи с изменениями параметров процесса функционирования. Дей­ствия оператора доведены до автоматического навыка, жестко опре­делены регламентом и практически не отклоняются от него. Такую деятельность, когда оператор от восприятия информации сразу пе­реходит к реализации действия, психологи называют информацион­ным поиском с немедленным обслуживанием.

При этом используется «первый» уровень мыслительной деятель­ности оператора, в частности три вида дедукции:

• мороническая (элементарная), при которой определенному сиг­налу соответствует определенная реакция (например, при загорании лампочки необходимо нажать определенную кнопку);

• оптимизирующая (если изменилось положение точки на экра­не — измени положение метки);

• адаптивная (если ускорилось движение яркостной отметки на экране—ускорь движение метки).

Оперативная деятельность предполагает не только наблюдение за состоянием и условиями функционирования объекта управления, но и принятие решения на основе альтернативных вариантов. При этом оператор использует дедуктивные, абдуктивные и индуктивные ре­шения, т. е. может действовать по определенным правилам, храня­щимся в его памяти (абдуктивные решения), либо находить или вы­бирать для визуализируемых ситуаций правила для выполнения дей­ствия (индуктивные решения).

На оценку ситуации, выбор правил, составление плана действий оператор затрачивает определенное время (длительность мыслитель­ного процесса — латентный период), прежде чем приступит к дей­ствиям. Такая деятельность, где от поступления сигнала до обслужи­вания проходит некоторое время (обслуживание начинается с запаз­дыванием), называется информационным поиском с отсроченным обслуживанием. Деятельность оператора в данном случае менее рег­ламентирована, чем операционная деятельность.

Тактическая деятельность является наиболее сложной, поскольку свя­зана с реализацией задач управления на основе логических умозаклю­чений. Данный тип деятельности менее регламентирован, менее оп­ределен, так как процесс принятия решения чрезвычайно трудно фор­мализуется. Это связано с тем, что логические решения должны учи­тывать множество исходных факторов, причем не все факторы могут быть представлены в виде правил и рекомендаций непосредственно в системе управления. Оператор осуществляет выработку прогностичес­ких решений, которые относятся к высшему уровню умственной дея­тельности. Главную роль в этой деятельности играет предвидение: с помощью индукции оператор строит гипотезу (модель поведения сис­темы или объекта управления), дедуктивным способом выводит из нее следствие и находит результат решения, на основе которого возника­ет образ будущей ситуации. Именно оценивая будущую ситуацию, опе­ратор осознанно выбирает управляющие воздействия.

Таким образом, при операционной деятельности в АСОИУ исполь­зуются такие свойства человека по восприятию информации, которые трудно, а порой и невозможно осуществлять техническими сред­ствами. При оперативной деятельности используется способность оператора разрешать конфликтные ситуации на объектах управле­ния. Выбор управленческих решений в этих ситуациях можно возло­жить на аппаратно-программный комплекс АСОИУ, но операторами они разрешаются быстрее, качественнее и с учетом большего числа слабоформализуемых факторов, что характерно для индуктивных решений. При тактической деятельности используются мыслитель­ные способности человека на уровне продуктивного мышления, ба­зирующегося на предвидении, интуиции и т. п., которые присущи только ему как субъекту управления.

Все виды и этапы деятельности человека-оператора поддержива­ются специализированными аппаратно-программными средствами, функционирование которых подчинено единой цели — поддержке деятельности оператора по выработке адекватных (или оптималь­ных) управляющих воздействий на объект или систему управления.

Рассмотренная системодеятельностная модель человека-операто­ра носит в определенной степени условный характер. Во-первых, трудно отделить друг от друга задачи и время их решения в рамках этапов. Во-вторых, конец одного этапа и начало следующего, как пра­вило, не совпадают, и этапы перекрываются. Это связано с особенно­стями человека-оператора как информационного звена, отличного от прочих аппаратно-программных звеньев АСОИУ. Оператор реша­ет не отдельные задачи, а их совокупность: решая одну задачу, он име­ет в виду и последующие.

Тем не менее описанная модель дает возможность более наглядно представить процесс обработки информации в звене человек-опера­тор и понять сущность инженерно-психологических характеристик человека-оператора как звена по обработке информации. Именно на основе анализа поэтапной деятельности оператора оказывается воз­можным сформировать требования как к составу, так и к содержатель­ной стороне процесса обработки информации в АСОИУ.