4.Классификация деятельности в системе "ч–м–с"

4.1. Классификация систем "ч–м–с"

Эргономическая классификация систем "Ч–М–С" определяется степенью автоматизации деятельности (ручная, машинная, автоматизированная), технологическим оборудованием и предметами труда. Последние включают объекты физической и интеллектуальной природы, а именно объекты окружающей среды, человеческие знания, представления, образы и понятия. Комплексного подхода, объединяющего все вышеперечисленные параметры не разработано, поэтому на современном этапе развития эргономики в основу классификации деятельности положен принцип распределения функций выработки и преобразования энергетических, информационных потоков между человеком и технической средой в системе "Ч–М–С", а именно процессов приёма, обработки информации и управления объектом, процессом.

Различают два типа систем "Ч–М–С": "Человек–объект" ("Ч–О") и "Человек–система" ("Ч–С"). Для систем "Ч–О" характерен высокий уровень физической нагрузки, а для работы с автоматизированными системами–умственной.

В системе "Ч–О" управление осуществляется посредством простых орудий труда на основе непосредственного сенсорного восприятия объекта человеком, переработке информации о нём и сенсомоторной реакцией на органы управления. Такие системы называются также неавтоматизированными, включающими ручные и механизированные системы управления. Один объект управления в них обслуживает один или несколько операторов, выполняющих различные функции. Структурная схема системы "Ч–О" представлена на рис. 4.1,а. На основе полученной информации о состоянии объекта с помощью органов чувств (рецепторов) у оператора формируется модель поведения объекта (М) и исполнительная модель решения (ИР), которую он реализует с помощью эффекторов (рук, ног, голоса) посредством органов управления. Деятельность оператора в таких системах определяется концептуальной^* моделью (КМ), формирующейся в результате профессионального опыта в типовых ситуациях, который определяет множество альтернативных вариантов ИР в процессе управления. Для систем ручного и машинного управления основными требованиями, предъявляемыми к оператору, является достаточный уровень знаний об используемом оборудовании и моторных навыков. Для систем автоматизированного управления потребность в моторных способностях оператора меньше, но увеличиваются требования к профессиональным и общим теоретическим знаниям в различных областях деятельности человека.

Система "Ч–О" включает четыре вида взаимодействия, в основе классификации которых заложены различные виды функций, выполняемые с помощью простых орудий труда, а именно:

• инструментов (эффективные орудия), которыми человек воздействует на управляемый объект (УО) с помощью немеханизированных средств труда, посредством моторной реакции (слесари, электрики, наладчики станков и т.д.);

• афферентных орудий, отображающих природный образ УО в нераспознаваемом органами чувств виде за счёт изменения размеров изображения, частоты звучания и т.п. К данному типу оборудования относятся: оптическое оборудование (микроскопы, телескопы, фотоаппаратура), эхолокаторы, тепловизоры, компасы, акустические установки и т.д. В такой системе у человека в результате обучения вырабатывается набор специальных эталонов восприятия, отличных от естественных;

• орудий памяти (графическая и текстовая информация в виде чертежей, рисунков, фотографий, рентгеновских снимков, записей), требующих от человека знаний искусственного кода представляемой информации;

• простейших орудий преобразования информации (счёты, логарифмическая линейка).

При переходе к автоматизированным системам управления "Ч–С" количество операторов, обслуживающих УО, по сравнению с системой "Ч–О" уменьшается, например, один человек может одновременно контролировать работу нескольких агрегатов. В таких системах основными элементами выступают оператор и автоматическое устройство или автоматизированная система управления (АСУ). Уточним сначала понятие "система управления". В общем виде схема системы управления приведена на рис. 4.1,а. Она включает вычислительный комплекс (ВК) выполняющий функции обработки и анализа информации по заложенной модели поведения объекта управления на основе показателей, поступающих от совокупности датчиков. На основе модели, определяется необходимость регулировки системы, которая осуществляется либо полностью самой системой с помощью блока управления (БУ), либо частично с привлечением оператора и органов управления, голосовой связи. Таким образом, для АСУ характерно в основном дистанционное управление, начиная от простых регуляторов напряжения до систем авиакосмического пилотирования.

Функции управления АСУ выполняет оператор системы. Он осуществляет наблюдение, контроль над соответствием параметров работающей системы (температура, скорость, влажность, частота и т.п.) нормативным показателям и вносит необходимые корректировки при отклонении от них. Характерной чертой операторской деятельности является использование закодированной информации, поступающей к нему по разным каналам связи, анализаторам и работа в режиме реального времени (немедленного обслуживания). Режим реального времени подразумевает работу в условиях жёсткого лимита времени, отводимого на принятие решения и его выполнение по мере поступления информации о сбоях в системе. Информационный поиск в системах "Ч–С" может вестись также в режиме отсроченного обслуживания, т.е. с накоплением информации в блоках памяти системы и её предъявлении на СОИ по запросу оператора. В зависимости от времени выполнения операций поиска информации и обслуживания системы изменяется динамика деятельности и степень использования различных психических процессов. Так, для режима реального времени нагрузка на оперативную память минимальна, а совместимость стимула и реакции оператора играет главенствующую роль. Во втором случае нагрузка меняется в диаметрально противоположном направлении по сравнению с режимом немедленного обслуживания.

Структурная схема системы "Ч-С" показана на рис. 4.1,б. Модель поведения системы (М) или данные о состоянии УО предъявляется человеку в виде информационной модели (ИМ), которая представляет систему воспроизводства информации, имитирующую состояние объекта с помощью различных средств отображения информации (СОИ), например, стрелочных СОИ, дисплеев, мнемосхем и т.д. Также на СОИ отображается и ИР с которой оператор может либо согласится, либо выработать собственную ИР в соответствии с концептуальной моделью. При разработке АСУ проектирование модели поведения объекта, органично согласованной с концептуальной моделью оператора является основной задачей. Концептуальная модель отображает представление оператора о сложившейся, реальной на УО ситуации и методах её разрешения на основе эталонов памяти, особенностей мышления и других психологических составляющих. При проектировании современных АСУ ставится вопрос об эффективном использовании не только психофизиологических особенностей человека, но и мыслительных способностей, включая синтетическое мышление, предвидение, прогнозирование и интуицию, т.е. способности, характерные только для человека как субъекта управления. Выбранная ИР реализуется либо самой системой, если оператор с ней согласен, либо изменения вносит сам оператор с помощью органов управления. Однако доля принимаемых оператором ИР в таких системах минимальна и сводится в основном к наблюдению и контролю над системой. В зависимости от степени автоматизации системы изменяются уровень умственной нагрузки оператора, характер его информационного взаимодействия, а следовательно и процессы мышления, эмоциональное напряжение.

Все системы автоматического управления могут быть классифицированы в зависимости от объёма выполняемых функций управления на четыре вида:

• с простой репродуктивной машиной, в которой автоматизирована только функция сбора информации об УО. Структурная схема такой АСУ приведена на рис. 4.2. В таких системах информация о состоянии УО полностью предъявляется оператору индивидуальными средствами отображения информации (СОИ), регулируемыми персональными ОУ. Каждое СОИ отражает состояние одного параметра объекта управления (температура, давление, месторасположение), а ОУ выполняет одно управляющие действие (подъём, поворот).

• В таких системах оператор включён в контур обслуживания технологического процесса. Он самостоятельно обрабатывает поступившую информацию, принимает решение на основе инструкций и исполняет его с помощью органов управления. Фактически операторы выполняют функцию перекодирования информации в машинный код. Все действия оператора строго регламентированы и выполняются в соответствии с положениями инструкций, в которых описываются все типовые (штатные) и возможные аварийные (нештатные) ситуации. Управление осуществляется дистанционно в режиме реального времени. Дистанционное управление, прежде всего, связано с вредными факторами среды: токсичностью технологических процессов, повышенной температурой, давлением в зоне производства (установки химических производств, металлургические и энергетические агрегаты, конвейерные линии) или с необходимостью передачи информации на большие расстояния (диспетчера энергетических, коммуникационных систем). К данной системе можно отнести операторов различных транспортных средств. При необходимости контроля большого количества параметров системы для сокращения времени поиска и обработки информации применяются различные методы группировки СОИ по целевому или функциональному признаку и мнемосхемы. Функции репродуктивных систем могут выполняться роботами и манипуляторами, при работе с которыми используется мышечная энергия оператора (рис. 4.2).

• с репродуктивно–преобразующей машиной (рис. 4.3). Информация о состоянии системы предъявляется оператору с помощью ИМ, отображающейся на индивидуальных и комплексных СОИ. Последние автоматически контролируют несколько параметров системы и регулируются одним ОУ. Необходимые для работы объекта данные задаются оператором в соответствии с заранее заложенной в систему моделью поведения объекта и на основе КМ. Оператор выполняет также функции слежения и контроля за параметрами системы и их изменение в случае отклонений от нормативных показателей. Действия оператора, также как и в первой системе, подчиняются правилам и инструкциям. Здесь требуется высокий уровень знаний о поведении контролируемой системы и факторах, влияющих на безопасную эксплуатацию особенно в экстремальных ситуациях. Такой вид деятельности характерен для операторов сложных транспортных систем (авиационных, железнодорожных, космических), операторов слежения радиолокационных установок и т.д. Недостатком систем с комплексными СОИ является увеличение времени поиска причины неполадки или отклонения системы от заданных параметров.с регулируемым потоком информации или системой–советчиком. Структурная схема данного вида взаимодействия оператора с системой приведена на рис. 4.4. Этот класс технических систем характеризуется практически абсолютной изоляцией человека от объекта управления и процессов его регулирования. Информация о состоянии УО с помощью блока распределения информации (БРИ) вычислительного комплекса делится на несколько потоков, которые воспроизводятся на комплексных СОИ (ИМ), регистрирующих одновременно несколько параметров последовательно, по степени важности или по показателям, требующим регулировки. В отличие от предыдущих систем, где оператор по показания м СОИ самостоятельно принимает решение, данная система рекомендует, какие параметры следует изменить, а какие оставить на прежнем уровне. Рекомендуемые изменения, отражаемые ИМ, представляют собой информационную модель решения (ИР), с которой оператор может либо согласится, либо отказаться от неё и реализовать собственное решение в соответствии со своей КМ и с помощью ОУ. Для изменения параметров процесса оператор должен по искусственному коду воспроизвести состояние УО и процессов, управляемых АСУ. При такой организации ИМ в случае "сбоя" системы осложняется поиск его причины, т.к. требуется автономно проводить пошаговый поиск по всей системе при ограниченной площади СОИ. Положительными чертами данных систем является регулируемость информационных потоков в соответствии с объёмом оперативной памяти оператора, а также уменьшение размеров ИМ, панелей управления и соответственно количества СОИ на них.

• с продуктивно–преобразующей машиной–компьютером (самоорганизующиеся кибернетические устройства, искусственный интеллект), представленных на рис. 4.5. В данной группе рассматриваются следующие системы: "человек–компьютер", "человек–компьютер–человек", "человек–компьютер–процесс", "человек–интерфейс, программное обеспечение (ПО)". Данный вид взаимодействия ещё называют совместной работой при поддержке компьютера (computer supported collaborative work–CSCW). Связь операторов в интерактивном режиме ("человек–интерфейс, программное обеспечение, Интернет"), так называемое HCI (Human–Computer Interaction) взаимодействие рассматривается как в рамках данной группы, так и отдельно. Исследования в области HCI позволили применять технологии гипертекста в броузерах системы Интернет, что позволяет контактировать с миром простым манипулированием "мыши".

В данных системах функции управления практически все возложены на систему. ИМ и ИР предъявляются в отличии от предыдущих систем не на нескольких СОИ, а на одном мониторе. ИР определяется системой самостоятельно и также самостоятельно реализуется. Взаимодействие человека в такой системе носит характер коммуникативно–информационного обмена по замкнутой информационной цепочке от оператора к системе и наоборот. Основная функция оператора при этом заключается в контроле или наблюдении за процессом, отображаемом аналоговыми устройствами, имитаторами реальных объектов, процессов и ИМ, структура представления и управления которыми заложена в интерфейсе. Компьютерные средства управления переключателями, блокирующими устройствами и другими агрегатами должны быть согласованы с системами индивидуального программного обеспечения и с системой управления в целом, чтобы гарантировать высокий уровень безопасности и надежности.

Интерфейс является связующим звеном между оператором и управляемым объектом, процессом, т.е. служит "языком общения". Он выполняется в соответствии с КМ оператора. Оптимальным вариантом является интерфейс, который позволяет настраивать систему управления в соответсвии с КМ конкретного оператора. Наиболее распространённым является интерфейс Microsoft Windows 2001, который базируется на разработках Macintosh, Xerox PARC и др. Любой интерфейс включает аппаратно–программный комплекс (АПК) и протоколы взаимодействия. АПК состоит из различных аппаратных блоков видео–дисплейного терминала, компонентов программного обеспечения, модулей локальных программных средств и выполняет функции: преобразования данных в цифровой двоичный код, представление его на ИМ, обновления данных в ИМ, обеспечения диалога оператора с элементами АСУ, преобразования команд в цифровой код с помощью координационных устройств и реализацию протоколов взаимодействия (согласование форматов данных, контроль ошибок и т.д.). Программные комплексы, работающие в режимах разделения времени, характеризуются более сложным программным обеспечением по сравнению с ПО реального времени. Терминалы и компьютеры в определённые промежутки времени могут обращаться к услугам по работе с базами данных, к системе интерактивных вычислений, редактированию и преобразованию массивов, засекречиванию информации и т.д. Необходимый регламент этих обращений определяется различными протоколами, особенности которых устанавливает режим диалога оператора и АПК. Таким образом, протоколы взаимодействия определяют способ контакта оператора и системы с учётом соответствующей прагматической, семантической и сигматической информации. Прагматическая составляющая информации должна характеризовать для оператора ценность сообщения с точки зрения цели управления системой для оператора, семантическая – единство формы и характера содержания сообщения, т. е. логику построения информации, стигматическая–отношение, уровень ассоциативности информации и отражаемого ею УО. В конечном итоге, язык протокола дублируется на ИМ и виртуальных органах управления АСУ, т.е. он взаимосвязан с соответствующими техническими средствами, основными из которых являются СОИ и ОУ. Прямой интерфейс обработки данных строится в иерархическом порядке, т.е. оператор может просмотреть как общий вид, состояния объекта, системы или процесса, так и его элементов. Для упрощения манипулирования объектом протокол интерфейса включает координатные устройства (мышь), окна, кнопки. В состав окна обычно включены "иконки"–иконическое (знаковое) кодирование символов, процессов и динамические меню с пунктами, которые отображаются в программном окне (рис. 4.6.). Такой интерфейс наиболее распространён для пользователей всех направлений.

Приведённые элементы интерфейса служат для выбора, вывода требуемой информации об объекте на экран, её увеличения и вида представления (текст, таблица, график, диаграмма, трёхмерное изображение, мнемосхема и т.д.). В настоящее время в АСУ широко применяется трёхмерное генерирование изображений (3D–моделирование), которые отображают ход процесса или состояние объекта (температура, герметичность и т.д.) в объёме (трёхмерной картинке).

Непосредственное управление объектом осуществляется двумя классами координатных устройств- мобильных и "жёстких". К первой группе относятся: клавиатуры, световые перья, мыши, ручки управления (джойстики), планшеты, экраны для управления касанием, сканеры речи, текста, рисунка пальцев, глаз, виртуальные шлемы и т.д. С помощью них осуществляется физический выбор иконок, пункта или подпункта меню, степени масштабности, захват объекта, его перемещение, поворот, включение и т.д. Ко второму классу относятся ОУ с жёсткой схемой: кнопки "пуск–остановка", включения, регулировки яркости, контрастности, связанные с вспомогательным оборудованием–пультами связи, и ОУ управления дополнительными средствами ввода–вывода информации–сканерами, принтерами.

Основной особенностью данного комплекса управления является также групповая работа операторов в локальной сети, объединяющей компьютеры и другое оборудование (принтеры) в единый контур взаимодействия. Работа в сети позволяет: работать с файлами и их модулями, хранящимися на любом компьютере сети, модифицировать, редактировать и транслировать их и ПО, получать цифровые и распечатанные данные с любого другого компьютера сети и т.д. В случае использования Интернета возможно совместное управление процессом с различных точек света. Работа с базами данных и файловыми системами осуществляется по командам сетевого ПО, вклющающего специальные средства типа справочников, адресных ссылок, восстановления и сжатия данных, обеспечения прозрачности диалога и виртуальности терминалов.

Интерактивное взаимодействие пользователей системы реализуется ПО диалога. Основными являются операции управления ввода-вывода, сбора и хранения данных, обеспечения режимов и форм ведения диалога по командам запроса-ответа к базам данных, идентификация, вставка переменных параметров и выдача их на экран. Взаимодействие должно быть психологически простым, согласованным с КМ оператора, и должно допускать возможности модификаций форматов (расширения - doc, jpeg, cdr, koi) данных, определяющих способ размещения переменной информации.

Операции редактирования данных реализуются с помощью процедур форматирования данных в соответствии с определённым расширением документов, заполнением экрана и удобством чтения оператором через функцию "Сохранить информацию в формате …". Формат выбирается в процессе установления сеанса связи оператором или системой. Данные должны быть отформатированы так, чтобы на экране другого оператора воспроизводилась информация (печатный документ, графическое изображение, схема, характеристики) в оригинальном виде. Редактирование выполняется обычно ВДТ или компьютером при участии оператора.

В большинстве случаев оператор имеет доступ к требуемым средствам и ресурсам сети через стандартизированные интерфейсы. Программа управления должна обеспечивать выполнение базовых операций, основными из которых является обмен данными между прикладными программами, находящимися в компьютерах и ВДТ. В стандартных оконных интерфейсах кнопки различных диалогов подразумевают функцию нажатия. Причём для всех иконок с разными функциями, символьным изображением (пиктограммы, текст) мотивация к нажатию практически одинакова вследствии одинакового размера кнопок. При этом в кнопках диалогов используется в основном текстовое кодирование, исключая форму, размер, цвет и т.д. Исключение составляет кнопка OK, надпись на которой во всех известных локализациях идёт на английском языке. Кроме того, в стандартных интерфейсах динамические меню содержат от 10 до 16 позиций (рис. 4. 6.), что увеличивает нагрузку на оператора вследствии несоблюдения принципа соответствия объёмов предъявляемой информации и оперативной памяти человека. Этот же недостаток характерен и при решении панелей инструментов. Например, такой интерфейсный элемент как линейка прокрутки находится в противоречии с одним из основных принципов психологии восприятия: у человека может быть только одна точка активного внимания. При использовании же линейки прокрутки оператору приходится одновременно смотреть в две различные точки – на прокручиваемое изображение и на линейку прокрутки. Следствием этого противоречия является непопадание мыши при прокрутке в нужную точку или "соскакивание" мыши с линейки.

Однако человек воспринимает в данный момент времени в основном информацию, которую хотел бы видеть и опираясь на неё он осуществляет управляющие действия. При этом запрашиваемая информация всегда связана с реальной, наиболее вероятной опасностью и носит характер постоянно запрашиваемой (первоочередной) или периодической, с отсроченными временными запросами. Поэтому, при разработке диалоговых интерфейсов, и в первую очередь анимационных интерфейсов всегда следует закладывать систему динамических визуальных сигналов.

В зависимости от степени участия разработчиков интерфейса в написании программного обеспечения (ПО) они классифицируются на: программиста–аналитика, программиста–математика, программиста–оператора, системного программиста и просто программиста. Часть из них создаёт собственные языки программирования, другая часть использует существующие программы-сценарии или кодовые средства написания интерфейса, включая межсетевой интерфейс: программные библиотеки и инструментальные средства. При этом следует отметить что операторы с различными стилями мышления предпочитают использовать различные языки программирования. Например, при решении задач символьной обработки одни предпочитают языки функционального типа- LISP, а другие используют языки, основанные на идее сличения с образцом-REFAL или SNOBOL.

Направление эргономики, связанное с разработкой протоколов взаимодействия, ПО, проектированием пользовательских интерфейсов в виде веб–сайтов, средств и методов разработки (языки программирования), стандартов с учётом эргономических принципов называется Usability (юзабилити) или GUI–проектирование. Оптимально спроектированный интерфейс структурно и логически понятен для большинства пользователей при обращении к его ПО нему и не вызывает зрительного и психологического утомления оператора при работе "окном" ПО. Основная проблема при разработке интерфейсов заключается в различном представлении о логических связях программиста и пользователя ПО. Это, например, относится к Флэш-технологии, используемой при создании веб-сайтов. Поэтому, для оптимальной работы системы, интерфейсы целесообразно дополнять функцией взаимного обучения, при которой малоопытный оператор, взаимодействуя с системой, обучается у неё, а натренированный оператор сам закладывает знания в АСУ и обучает систему. При этом возможно и рациональное проектирование диалога между оператором и машиной с учётом лексических особенностей речи оператора. С целью реализации этих принципов юзабилити-специалистами сформулированы следующие эргономические, функциональные правила создания веб-сайтов, позволяющих уменьшить умственную нагрузку:

Правило 1. Не использовать Флэш когда можно решить задачи сайта с помощью стандартного DHTML, например, при озвучивании нажатия кнопки, небольшой анимации, текстовых эффектах и т.д. Разрабатывать простой в обращении сайт, не требующий установки дополнительного ПО.

Правило 2. Не открывайть новое окошко для вашего Флэш-сайта, так как пользователь до загрузки закрывает выскакивающие окна рекламы. При необходимости рекламы, следует на ней оставлять статусную строку и элементы навигации (кнопки состояния окна и пр.). В интерфейс нового Флэш-"броузера" не забудьте включить кнопку "закрыть окно".

Правило 3. Максимально минимизируйте время загрузки модулей сайта – старайтесь не перегружать элементы интерфейса полностью, подгружайте их поблочно, по мере запроса в уже загруженные оболочки интерфейса сайта. Оболочку сайта старайтесь писать в отдельном файле, чтобы при переходе к другому блоку сайта происходила ее подгрузка из кэша браузера.

Правило 4. Разбивайть сайт на блоки при большом объёме информации на нём, открывайте каждый новый раздел сайта в следующем (или текущем) окне браузера, изменяя при этом адрес страницы блока. Это позволит посетителю упростить процесс повторного обращения к требуемой информации путём закладок. Сообщать о новостях сайта следует заранее, в специальном разделе, в который посетитель попадает при нажатии кнопки "пропустить интро".

Правило 5. Подгружать большие текстовые файлы извне. Активно использовать системные шрифты, делать возможными операции выделения, копирования, распечатки больших фрагментов текста. Не использовать шрифты меньше 8-10 пунктов и неконтрастные с фоном цвета.

Правило 6. Выделять цветом активные элементы, отличным от цвета всех остальных элементов, и изменение их состояния (нажатие, перетаскивание). Наиболее оптимально обеспечить курсор соответствующими подсказками, возникающими в момент пересечения активных областей, и дающими пользователю справку о возможных изменениях при активации области. Сохраняйте цветовые схемы при переходе от блока к блоку сайта.

Правило 7. На первой странице ставить скрипт, который подгружал бы вариант сайта в соответствии с разрешением монитора посетителя. Использовать процентное соотношение, задавая размеры окна сайта. Не оставлять пустого места вокруг окна с информацией.

Правило 8. При создании мультимедийного сайта предусмотреть функцию отключения звука до загрузки ролика путём введения в интерфейс сайта понятной и легко находимой пиктограммы. Отключенные звуковые сообщения следует дублировать титрами.

Правило 9. Помните: пользователь пришёл на сайт не развлекаться с новым интерфейсом, и не изучать его, а работать – т. е. выполнять те задачи, для которых и предназначен сайт (например, найти требуемую информацию, например по приобретению и эргономическим показателям предлагаемых мониторов и т.д.).

Положительными характеристиками рассматриваемых систем управления являются: переработка машиной огромного количества информации в единицу времени по сравнению с психофизиологическими возможностями оператора, и предъявление обработанной информации оператору в соответствии с его пропускной способностью, сокращение информационных площадей СОИ и ОУ, возможность переналадки и программирования в соответствии с заданным режимом и т.д.

По мере увеличения объёмов памяти и скорости обработки информации (процессор) компьютером вид взаимодействия "ч–интерфейс", "ч–компьютер" будет наиболее востребован. В интерфейсы будут закладываться функции сканирования и генерации жестов, речи в цифровой код, психологически адаптивных интерфейсов, видео, и многих других технологий, которые позволят существенно упростить работу оператора в АСУ.