Эргономика и инженерная психология

Психическое напряжение и степень информационной загрузки опе­ ратора и ЛПР можно определить по результатам решения предложенных им дополнительных логических задач различной сложности.

Ни один из рассмотренных методов не дает достаточно надежного представления о психофизиологическом состоянии человека. В связи с этим рекомендуется одновременно использовать несколько методов. По­ лезно также иметь в виду, что изменение психофизиологического состоя­ ния человека отражается в таких показателях его деятельности, как быст­ рота, точность, стабильность и т.д.

Для определения личностных характеристик человека используются различные психологические тесты.

11.3.Методы математического моделирования

Впериод всеобщего увлечения кибернетикой делались многочис­ ленные попытки математического описания действий человека в системах управления.

Попытки использования теории информации выявили невозмож­ ность сводить информационные единицы человека-оператора - образы - к математическим единицам - битам. Принципиальные причины аналогич­ ного характера не позволили применять в тех же целях теорию массового обслуживания.

Более успешными были попытки использования методов теории управления для математического описания связи управляющих действий человека с поступающей к нему информацией. Эти зависимости получа­ лись в результате математической обработки результатов экспериментов, в ходе которых человек с определенной целью управлял в определенных ус­ ловиях объектами, имеющими конкретные свойства.

Такие математические модели достаточно точно описывали усред­ ненные управляющие действия (перемещения органов управления) чело­ века в условиях данного эксперимента.

При изменении задачи управления, способа подачи информации, конструкции органов управления и свойств объекта управления действия человека-оператора тоже изменялись, вследствие чего ранее полученная математическая модель становилась неадекватной новым условиям, ее нельзя было использовать.

Таким образом, подобные модели не могут быть использованы для проектирования новых человеко-машинных систем, отличающихся новы­ ми свойствами. Универсальные же модели, вследствие бесконечного большого числа сочетаний условий деятельности человека, создать невоз­ можно.

Предлагаемый рядом исследователей метод алгоритмического моде­ лирования управляющих действий человека предусматривает описание управляющих действий в виде совокупности отдельных, но связанных ме­ жду собой операций, в том числе и психических. Недостаток этого метода заключается в трудности определения психических операций человека, тем более в новых для него условиях, и в том, что с его помощью невозможно получить количественные данные.

11.4. Комбинированное имитационное моделирование

Наибольшие трудности при моделировании эргатических систем вы­ зывает формализация управляющих действий человека-оператора. В связи с этим целесообразно, имея идентифицированную имитационную модель подсистемы объект управления - технологическая среда (ОУ - ТС), ис­ пользовать не модель управляющих действий человека, а реального, обла­ дающего необходимой подготовкой оператора. В этом случае модель ука­

занной подсистемы должна функционировать в естественном масштабе времени, а оператор должен иметь информацию, адекватную реальной си­ туации.

Такое моделирование эргатических систем назовем комбинирован­ ным имитационным, а сами модели и метод моделирования будем обозна­ чать КИМ.

Моделирование подсистем ОУ - ТС можно осуществлять на аналогоцифровых вычислительных комплексах (АЦВК) или только на одной циф­ ровой ЭВМ.

На рис. 11.1 представлена структурная схема КИМ с использованием АЦВК.

Рис. 11.1. Структурная схема моделирующего комплекса

Специально обученный оператор воспринимает образы различной модальности о текущем состоянии системы * 0бр> формируемые с помо­

щью СОИ. На основании этой информации и в соответствии с целью дея­ тельности он с помощью реальных органов (ОУ) управляет (ху) моделью

объекта, реализуемой на АВМ. Управляющая цифровая ЭВМ (УЦВМ), соединенная с другими элементами модели с помощью преобразователей

аналог-код (ПАК) и код-аналог (ПКА), используется для генерирования случайных и детерминированных свойств среды ;сср, формирования обра­

зов в СОИ, автоматического сбора и статистической обработки информа­ ции о режимах модели и физиологическом состоянии оператора Хф.

Руководитель исследования, имея двустороннюю вербальную связь с оператором и информацию (посредством дисплея) о протекании процессов в модели эргатической системы, может вмешиваться в ход эксперимента.

Возможности современной вычислительной техники позволяют за­ носить основную информацию в память ЭВМ и производить некоторую ее обработку в процессе самого моделирования. Если исследуемый режим эр­ гатической системы носит периодический характер, то паузы между цик­ лами используются для занесения в память ЭВМ показателей, характери­ зующих весь технологический цикл в целом (продолжительность цикла, количество управляющих движений оператора за цикл, расход электро­ энергии за цикл и т.д.) и для некоторых расчетов. Окончательные стати­ стические расчеты с помощью ЭВМ моделирующего комплекса произво­ дятся после накопления достаточного количества информации.

Современная вычислительная техника позволяет реализовывать мо­ делирование подсистемы объект управления среда только на цифровой ЭВМ. Но и в этом случае понадобится преобразователь ПАК для ввода в

ЭВМ информации об управляющих действиях оператора и о его физиоло­ гическом состоянии.

Метод идентификации СОИ зависит от типа моделируемой системы. Наиболее просто задача идентификации решается при моделировании систем с опосредованным техническими средствами (СОИ) восприятием оператором текущей ситуации. В данном случае при моделировании должны быть использованы те же СОИ, что и в реальных условиях. К та­

кому типу относятся все АСУ, системы диспетчеризации, системы дистан­ ционного управления.

Соблюдение всех рассмотренных выше требований к идентификации гарантирует при моделировании систем данного класса адекватность всех внешних средств деятельности человека.

Гораздо более сложную задачу представляет собой синтез образов ситуации при моделировании систем с непосредственной формой воспри­ ятия информации человеком. К этому классу относится большинство эргатических систем управления горными, транспортными, грузоподъемными и строительными машинами.

Адекватность восприятия ситуации при моделировании таких систем достигается синтезом образов ситуации в СОИ моделирующего комплекса и формированием соответствующих внутренних средств деятельности операторов, привлекаемых к моделированию. Перед синтезом образов си­ туации производится исследование в реальных условиях информационных сигналов, воспринимаемых оператором, на их значимость. Это исследова­ ние может производиться путем изоляции оператора от тех или иных сиг­ налов, а также путем оценки степени корреляционной связи данного сиг­ нала с управляющими действиями оператора. Затем производится анализ модальностей значимых сигналов и их параметров. Эти модальности и па­ раметры должны быть воспроизведены в СОИ при моделировании.

При синтезе образов моделируемой ситуации не должны быть ис­ пользованы рекомендации, разработанные для синтеза СОИ эргатических систем, так как в последнем случае преследуется цель оптимального ин­ формационного обеспечения оператора, а не адекватного моделирования реально воспринимаемых образов. В данном случае следует использовать известные свойства первичных образов и характеристики соответствую­ щих анализаторов человека.

Формированию внутренних средств деятельности операторов, при­ влекаемых к моделированию, должен предшествовать отбор кандидатов для этой работы.

Индивидуальность каждого человека проявляется тем ярче, чем большей интеллектуальной сложностью отличается его деятельность. Из этого следует, что отбор кандидатов для моделирования деятельности ЛПР должен производиться строже, чем для моделирования деятельности опе­ раторов. Желательно делать отбор кандидатов из той социальной среды, из которой отбираются операторы реальных систем. Проще и надежнее всего привлекать к натурному эксперименту (получение исходной информации для оценки модели) и к моделированию одних и тех же лиц. Причем, в эту группу целесообразно включать лиц разного возраста с различными инди­ видуальными стилями деятельности.

По каждому оператору как в натурных условиях, так и при модели­ ровании должен быть накоплен достаточный объем статистической ин­ формации, собранный при стабильных показателях деятельности. Большая дисперсия показателей требует большого объема информации. Сравнивая результаты натурного эксперимента и моделирования для каждого опера­ тора по проверяемым статистическим гипотезам, оценивают степень адек­ ватности всей модели эргатической системы.

Опыт свидетельствует о том, что операторы с очень значительным стажем работы с трудом адаптируются к условиям моделирования (осо­ бенно для систем непосредственного восприятия информации). Малое время адаптации к моделям при хороших показателях деятельности полу­ чают чаще всего для операторов с рабочем стажем 1-2 года.

Для создания необходимой мотивации деятельности при моделиро­ вании, помимо формирования у испытуемых адекватных концептуальных моделей, желательно реализовать для них систему поощрений за хорошие результаты.

В качестве критериев оценки адекватности функционирования эргатической системы в натурных условиях и при моделировании целесооб­ разно принимать показатели, в наибольшей степени связанные с назначе­ нием системы (производительность, быстродействие, точность и т.д.), а также показатели управляющих действий оператора (количество элемен­ тарных движений за цикл или за единицу времени).

Одним из эффективных современных методов исследования слож­ ных систем, адекватные модели которых нельзя или затруднительно созда­ вать чисто аналитическими методами, является сочетание регрессионного анализа с планируемым факторным экспериментом [15].

Разработка новых эргатических систем всегда включает в себя боль­ шой объем исследований. Основная трудность создания эффективных ме­ тодов исследования и конструирования эргатических систем заключается в необходимости количественного учета деятельности человека-оператора в новых условиях.

Использование для этих целей таких традиционных методов, как теория информации, теория массового обслуживания, теория автоматиче­ ского управления, должно производиться с большей осторожностью. Их можно рекомендовать только Для разработки некоторых простых моделей, создаваемых по результатам эксперимента. Такие модели не являются универсальными, они адекватны только условиям данного эксперимента и не могут быть использованы для синтеза новых эргатических систем.

Разработке новой эргатИЧеской системы должен предшествовать на­ турный эксперимент, имеющий целью сформулировать гипотезу о воз­ можных факторах повышения эффективности ближайшего действующего прототипа новой системы. ДЯЧ этого используются также различные мо­ дификации экспертных оценок и лабораторный эксперимент.

Для суждения о состоянии оператора в данных условиях его дея­ тельности используется комплекс психофизиологических методов. При проектировании новых эргатических систем исключительно важное значе­ ние имеет правильный методологический подход к роли оператора в сис­ теме и рациональное распределение функций между ним и техническими средствами.

При современном состоянии науки и техники наиболее точное про­ гнозирование свойств новых эргатических систем дает комбинированное имитационное моделирование (КИМ), основанное на привлечении к управлению имитационной моделью подсистемы объект управления - сре­ да специально подготовленных операторов. В сочетании с планируемым факторным экспериментом такое моделирование позволяет осуществлять синтез качественных и количественных параметров эргатической системы при объективном учете возможностей человека-оператора. Использование при КИМ современных ЭВМ позволяет легко автоматизировать процесс исследования и проектирования.

КИМ объединяет в целостный процесс основные этапы исследования и проектирования новых эргатических систем, разработку эффективных методов и технических средств подготовки операторов создаваемых сис­ тем и тем самым значительно сократить сроки и трудоемкость их внедре­ ния [2].

Контрольные вопросы

1. Какое место в эргономике отводится методам опроса, анкетирова­ ния, натурному и лабораторному эксперименту?

2. Назначение психофизиологических методов исследования, их со­ держание.

3. Математические методы моделирования. Оценка их использова­

ния в эргономике.

4.Может ли существовать универсальная модель управляющей дея­ тельности человека, пригодная для всех условий?

5.Суть метода комбинированного имитационного моделирования. Его возможности.

12.СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

ИТЕХНИКИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

На начальном этапе проектирования человеко-машинных (эргатических) систем формулируется техническое задание, в котором определяют­ ся назначения и основные показатели функционирования системы.

В отличие от проектирования чисто технических устройств, в техни­ ческом задании на проектирование человеко-машинных систем должны быть, в основном, распределены функции между человеком и техникой. Этому может способствовать перечень принципиальных преимуществ че­ ловека перед техникой и современной техники по сравнению с возможно­ стями человека. При этом следует учитывать конкретные требования к проектируемой системе и условия ее эксплуатации. Необходимо иметь в виду, что современная техника быстро развивается и при неизменных воз­ можностях человека она со временем сможет конкурировать с ним в реа­ лизации каких-либо новых функций.

На настоящем этапе развития техники считается, что профессио­ нально подготовленный человек имеет перед ней следующие преимущест­ ва:

-готовность к приему информации различной модальности;

-обнаружение и опознание полезных сигналов на фоне помех;

-опознание сложных образов;

-экстраполяция (предвидение) развития сложных процессов;

-способность принимать целесообразные решения в условиях де­ фицита информации;

-хорошая обучаемость и адаптация к изменившимся условиям;

-использование эвристических методов мышления при решении сложных задач анализа и синтеза;

-способность к целеобразованию;

-способность нести ответственность за принятые решения.

Обобщая все указанные свойства, можно утверждать, что человек, включаясь в функционирование системы, придает ей свойства внутренней активности вплоть до саморазвития.

Преимущества современной техники:

-высокая стабильность свойств;

-быстрое и точное выполнение однообразных операций в течение длительного времени;

-реализация больших усилий и скоростей;

-быстрая реакция на сигналы;

-способность одновременно управлять несколькими операциями;

-быстрое и точное выполнение формальных логических и вычис­ лительных операций по известным алгоритмам;

-чувствительность к сигналам, находящимся за пределами воз­ можностей анализаторов человека;

-нечувствительность к эмоциональным и другим факторам, вызы­ вающим нестабильность деятельности человека;

-способность надежно функционировать в условиях, опасных для

человека.