7. Возможности человека и техники в системах управления.

С развитием техники происходит последовательная передача машине сначала физических, а затем и некоторых интеллектуальных функций человека.

На настоящем этапе развития техники считается, что профессионально подготовленный человек имеет перед техникой следующие преимущества: готовность приема информации различной модальности; обнаружение и опознание полезных сигналов на фоне помех; опознание сложных образов;

экстраполяция (предвидение) сложных процессов; способность принимать целесообразные решения в условиях дефицита информации; хорошая обучаемость и глубокая адаптация к изменяющимся ситуациям;

использование эвристических методов при решении сложных задач анализа и синтеза; способность к целеобразованию; ответственность за принятые решения; способность человека, участвуя в функционировании системы, придавать ей свойство активности.

Преимущества современной техники: стабильность свойств;

быстрое и точное выполнения однообразных операций в течение длительного времени; реализация больших усилий; быстрая реакция на сигналы; способность одновременно управлять несколькими операциями;

быстрое и точное выполнение вычислительных и формальных логических операций по известным алгоритмам; чувствительность к сигналам, находящимся за пределами возможностей анализаторов человека; нечувствительность к эмоциональным и другим факторам, вызывающим нестабильность деятельности человека; способность надежно функционировать в условиях, опасных для человека.

Сравнение приведенных данных свидетельствует о том, что достоинства человека и современной техники в единой системе гармонично дополняют друг друга. Следовательно, при разработке человеко-машинных систем или автоматизированных систем управления необходимо рационально распределять функции между человеком и машиной, добиваясь для данных эксплуатационных условий наилучшей эффективности.

7. Виды информационных процессов человека и их основные свойства.

Человек, как основное активное звено системы, выполняет свои операторские функции благодаря способности получать, хранить, перерабатывать информацию и использовать результаты этой переработки.

Человек получает информацию о внешних ситуациях посредством системы своих анализаторов. Каждый из них состоит из рецептора - органа, воспринимающего сигналы определенной энергии и превращающего эти сигналы в нервные импульсы, которые поступают в определенные участки коры полушарий мозга. Имеется и обратная связь, через которую нервные импульсы из участков головного мозга поступают обратно на рецептор.

Каждый из анализаторов характеризуется минимальным сигналом, ощущаемым человеком (нижний абсолютный порог); уровнем сигнала, вызывающего при его приращении болевое ощущение (верхний абсолютный порог), а также величиной диапазона воспринимаемых адекватно сигналов.

Помимо того, каждый анализатор имеет свои временные характеристики. Латентный период измеряется временем от момента поступления сигнала на рецептор до возникновения соответствующего ощущения. Латентные периоды анализаторов имеют разное значение и не превышают долей секунды. Кроме того, анализаторы характеризуются временем их полной адаптации к уровню воспринимаемого сигнала.

Анализаторы взаимодействуют между собой. Это взаимодействие может приводить как к отрицательному, так и к положительному эффекту, что важно учитывать при проектировании информационного обеспечения человека-оператора.

Процесс отражения отдельных свойств предмета, определенных анализатором (громкость звука, цвет предмета и т.п.), является простейшим информационным процессом.

Наличие памяти подымает информационные процессы на еще более высокий уровень.

Различают двигательную память (запоминание движений человека), эмоциональную память (запоминание событий, связанных с переживаниями), образную память и словесно-логическую память (запоминание мыслей, текстов, речей).

Оператор использует все виды памяти, но основными из них для него являются образная и двигательная. Для руководителя, лица принимающего решения (ЛПР), основными являются образная и словесно-логическая память. По длительности хранения информации различают непосредственную, оперативную и длительную памяти.

Непосредственная память хранит доли секунд всю поступившую информацию в полном объеме. Ненужная для очередного действия информация затем стирается, а остальная направляется в оперативную память, где сохраняется до полного использования. Если содержание оперативной памяти может быть когда-нибудь полезной, то оно переходит в долговременную память, где может храниться годами. В противном случае она стирается.

Объем оперативной памяти экспериментально определяется при однократном предъявлении информации. Он измеряется количеством запоминаемых символов (сигналов) и мало зависит от их информационного содержания. Запоминанию способствуют рациональная (логическая) группировка материала, укрупнение информационных единиц, нахождение в предъявляемом материале избыточной информации, перекодирование предъявляемых символов в более легкие для запоминания образы.

Забыванию способствует редкое использование находящейся в памяти информации, наложение новой информации на старую, ассоциация содержания памяти с отрицательными переживаниями.

При наличии развитой памяти из ее долговременной части можно извлечь воспринятые ранее образы. В этом случае они называются вторичными. Сопоставляя знакомые вторичные образы с текущими первичными, человек получает возможность распознавать смысл образов, ситуаций.

Вторичные образы, обладая всеми свойствами первичных, отличаются большей абстрактностью, обобщенностью, фрагментарностью и неустойчивостью. Вторичные образы могут управляться и преобразовываться речевой, т.е. мыслительной системой. Таким путем могут создаваться в сознании образы объектов с новыми прогрессивными свойствами. Воображение является основой любого творческого процесса, планирования будущей деятельности.

Зрительный анализатор. Он позволяет дистанционно воспринимать полезную информацию, включая точную, количественную. Это свойство способствует возникновению между наблюдателем и объектом различных помех визуального свойства. Этот анализатор позволяет различать яркость, контраст, цвет, а также пространственно-временные параметры объектов. Острота зрения позволяет наблюдать за мелкими предметами. Важно знать, что некоторые цвета вызывают у человека определенные эмоции.

Существенной особенностью зрительного анализатора является его способность одномоментно отражать данную ситуацию. В настоящее время этот анализатор доставляет оператору в среднем до 90% полезной информации.

Следующим по частоте использования является слуховой анализатор. Опытные операторы по звукам, сопровождающим работу машины, судят о ее режимах. Часто слуховой анализатор несет специально организованную полезную информацию или используется дня обмена речевой информацией.

Слуховой анализатор является также органом дистанционного характера, что способствует включению помех акустического характера в канал на пути от источника звука к его потребителю. Звуковые сигналы всегда используются как аварийные и часто - для привлечения внимания оператора к показаниям какого-либо прибора и для четкого суждения о производимых переключения. Несмотря на дистанционный характер звукового канала, в нем, в отличие от зрительного анализатора, восприятие информации осуществляется не одномоментно. Она последовательно развертывается во времени на что должен планироваться определенный временной интервал. Слуховой анализатор фиксирует громкость звука, величину давления звуковой волны на барабанную перепонку, высоту сигнала по его частоте и тембр, определяемый формой звуковой волны.

Громкость измеряется в децибелах. При уровне 120 дБ человек ощущает дискомфорт, а при 140 дБ - боль.

Ощущение громкости зависит главным образом от интенсивности звукового давления и в меньшей степени от частоты.

Как цвет связан с эмоциональным состоянием человека, так для звукового анализатора мелодии и ритмы способны вызывать соответствующие сильные и тонкие переживания.

Кожный анализатор обеспечивает ощущения давления на кожный покров, боль, тепло и холод. На рабочем месте оператор чаще всего использует ощущение давления на кожу - тактильная чувствительность. С ее помощью он без зрительного контроля может фиксировать определенное состояние органов управления. Кожный анализатор для восприятия информации требует непосредственного контакта с источником сигнала. Зато в этот канал редко попадает посторонняя информация.

Вестибулярный анализатор позволяет человеку определять положение его тела относительно вектора земного притяжения и ощущать изменения скорости тела. Нижний порог ощущения изменения скорости при прямолинейном движении составляет 0,1-0,12 м/с², а при вращательном - 2,4 град /с². Вестибулярный аппарат играет большую роль в тех случаях, когда рабочее место оператора находится на подвижном объекте. Имеются факты ухудшения управления движущимся объектом при переносе рабочего места оператора на неподвижную плоскость (дистанционное управление).

Кинестетический анализатор позволяет человеку без зрительного контроля ощущать положения рук и ног относительно своего тела. Это свойство широко используется операторами при манипулировании органами управления.

Другие анализаторы (вкусовой, обонятельный) играют значительную роль в жизни человека, но не используются в эргатических системах (восприятие информации в естественных образах). Необходимо еще раз отметить, что в действительности анализаторы являются взаимосвязанной системой и при одновременном воздействии на человека сигналов разных модальностей характеристики отдельных анализаторов изменяются. Перед проектированием таких систем требуется проведение соответствующего психологического эксперимента.

Наиболее сложной формой переработки информации человеком является мышление. Мышление представляет собой активный процесс отражения в мозгу человека объективного мира. При наименее абстрактном наглядно-действенном мышлении анализ и синтез ситуации осуществляется одновременно с процессом манипулирования реальными объектами.

Наглядно-образное мышление более характерно для деятельности человека-оператора. При этом происходит сопоставление первичных образов со вторичными образами - эталонами желательных ситуаций, хранящимися в памяти. В результате сопоставления этих образов в сознании человека формируется программа приведения образа текущей ситуации к образу желаемой ситуации.

Наиболее абстрактным является словесно-логическое мышление. Оно функционирует на базе языковых средств, используя при этом понятия и логические конструкции. Этот вид мышления отражает существенные связи между предметами, явлениями и событиями.

Выделяют особый вид мышления - оперативный. Он присущ не только операторам сложных систем, но и руководителям больших предприятий, учреждений и крупным военачальникам, планирующим военные операции. Отличительными чертами оперативного мышления являются его практическая направленность на изменение ситуации, оперирование пространственно-временными параметрами объекта, высокая цена ошибок человека, дефицит времени на принятие и реализацию решений, дефицит исходной информации, опора на какую-либо материальную модель текущей ситуации (географическая карта, график, таблица и т.п.). В мозгу оператора в результате приобретения знаний и тренировок формируется образ желаемой ситуации - концептуальная модель. Их может быть несколько, для разных ситуаций.

Концептуальная модель отражает статические и динамические свойства ситуаций, их связи с различными воздействиями, программы управляющих действий оператора. О текущем, но еще не желаемом, состоянии объекта управления оператор судит по его абстрактной модели, которая называется информационной (СОИ). Для принятия компетентного решения по переводу управляемого объекта (ситуации) в желаемое состояние оператор должен преобразовать в своем сознании символьную информационную модель в знакомые образы реальной ситуации и таким путем оценить действительное ее состояние. После такого декодирования информационная модель может быть сопоставлена с реальным образом концептуальной модели желаемой ситуации. Затем производится выбор (формирование) программы управляющих действий оператора для перевода ситуации в желаемое состояние. Если образ текущей ситуации является для оператора незнакомым, то ему приходится на основе знаний и опыта использовать психологическое моделирование и на его основе формировать новую управляющую программу. При этом он вынужден применять метод проб и ошибок, коррекцию программ.

После реализации любой программы следует контроль за результатом ее реализации, а при необходимости - коррекция ее. В процессе оперативного мышления человек укрупняет информационные единицы, прогнозирует развитие ситуации, формирует свои управляющие воздействия. Информационная модель должна обеспечивать быстрое и точное декодирование ее содержания в реальные образы.