книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

может выявить, тем больше он имеет шансов найти пра­ вильное решение.

Очевидно, что сигналы, поступающие с индикаторов, важны лишь постольку, поскольку они являются носи­ телями информации об объекте управления (наблюдения) и необходимы для решения поставленной перед операто­ ром задачи. Поэтому прием сигнала человеком включает два взаимосвязанных момента: во-первых, непосредствен­ ное различение и опознание физического процесса, высту­ пающего в роли сигнала; во-вторых, опосредованное опознание объектов и интерпретацию того состояния объекта, информацию о котором данный сигнал несет.

Основным признаком, определяющим форму сигнала, является его соответствие объекту. Все сигналы, адресо­ ванные человеку, можно разбить на два класса: изобра­ жения (сигнал копирует, воспроизводит состояние объ­ екта) и символы, или знаки (сигнал выступает как код

из труднейших мыслительных операций. Выполняя ее, оператор допускает ошибки: неверно оценивает расстоя­ ния, путает объекты и т. д. В результате надежность и пропускная способность звена «человек» снижаются. Одним из важнейших путей повышения эффективности работы оператора является создание индикаторов, кото­ рые позволяли бы перейти от сигналов-символов к сиг­ налам-изображениям. Существенное достижение в реали­ зации этих идей — разработка принципиально нового пульта управления одной из американских атомных лодок, на котором смонтирована система «Коналог» (кон­ тактный аналоговый индикатор). В этой системе на экране одного индикатора непрерывно воспроизводится вся ин­ формация, которую в обычной системе управления вос­ производят отдельные индикаторы комбинированной при­ борной доски.

Внешняя обстановка воспроизводится на экране инди­ катора системы «Коналог» в трех параллельных плоско­ стях, соответствующих: 1) поверхности воды (или задан­ ной минимальной глубине погружения); 2) дну океана (или заданной максимальной глубине погружения);

3)плоскости маршрута (или зоне движения). Изображение на экране индикатора системы «Коналог»

дано на рис. 41.

137

Винформационной системе «Коналог» предусмотрена возможность наблюдать на одном экране одновременно или раздельно несколько различных изображений, а именно изображений, получаемых на экране контактного аналогового индикатора, гидролокационной станции, ра­ диолокатора и телевизионной системы.

Врежиме контактного аналогового индикатора на экране воспроизводятся в наглядной форме команды на

Рис. 41. Изображение на экране индикатора ап­ паратуры «Коналог» при точном удержании под­ водной лодки на курсе.

коррекцию глубины и курса подводной лодки. Путем изменения относительного положения, ориентации и ско­ рости движения фоновых сеток и зоны движения на экране воссоздается информация, характеризующая угол диф­ ферента, скорость уменьшения дифферента, глубину по­ гружения, скорость погружения или всплытия, расстоя­ ние до дна, курс, скорость изменения курса и крен. Опе­ ратор, наблюдающий за изображением на экране инди­ катора, испытывает такие же ощущения, какие он испы­ тывал бы, если бы смотрел через лобовое стекло рубки подводной лодки, находящейся в погруженном состоянии. Получаемая им информация содержит все данные, необ­ ходимые для правильного управления подводной лодкой. Аппаратура «Коналог» имеет также систему визуальной и звуковой сигнализации, подающую сигналы тревоги

138

при возникновении опасных условий маневрирования лодки или при отказе одной из следящих систем.

На передней панели системы расположены также допол­ нительные индикаторы, которыми оператор может вос­ пользоваться для получения точных численных величин, характеризующих дифферент, глубину и курс.’ В необхо­ димых случаях эти индикаторы можно использовать вместо основного.

Подобные системы индикации прошли тщательное психофизиологическое обследование и показали свою высокую эффективность.

Однако использование принципа «картинности» имеет свои границы. Прежде всего точность оценки регулируе­ мых величин при восприятии сигнала-изображения огра­ ничена пределами возможностей измерительной функции зрительного анализатора. В тех случаях, когда управление требует точного знания величин, изображение должно дополняться (а в ряде случаев заменяться) цифровыми знаками. Кроме того, если информация невелика по объему, изображение является неэкономным и ненадеж­ ным средством ее передачи. Свойственная ему избыточ­ ность из средств повышения надежности может превра­ титься в помеху при приеме. Оценивая достоинства и недостатки изображений, надо в каждом конкретном случае исходить из анализа основных задач, решаемых на основании приема и переработки информации.

§ 13.

Принятие решения в человеко-машинных системах

Весьма часто использование автоматов для принятия реше­ ния. . .мотивируется желанием снять с себя прямую ответ­ ственность.

Н. Винер

Важнейшим этапом обработки информации чело­ веко-машинной системой является принятие решения. До настоящего времени во всех системотехнических ком­ плексах функция принятия решения возлагается на чело­ века. Это полностью оправдывается тем обстоятельством, что принятие решения в сложной ситуации требует при­ ведения в действие тех механизмов, которыми распола­

139

гает человеческий мозг и которые пока недостаточно хо­

деляющих процедуру принятия решения, рассмотрим кратко некоторые моменты этой проблемы.

Принятию решения предшествуют подготовительные операции. В их число входит сбор информации, общая оценка ситуации, обращение к памяти, в которой сохра­ няется предыдущий опыт, инструкции, программы, а также обращение (часто в неявном виде) к интуиции. Для человека характерна способность оценивать ситуа­ цию пусть не абсолютно точно, но почти всегда с хорошим приближением к истинному положению вещей. При этом, как правило, человек обходится без численных показа­ телей, используя качественные характеристики, аналогии, приближенные представления о подобии и т. д.

Психология давно занимается проблемой принятия решения человеком. Однако до сих пор многие аспекты этой проблемы только иллюстрируются результатами экспериментов и достоверными примерами и лишь неко­ торые из них охвачены теми или иными психологиче­ скими концепциями.

Достаточно типичный пример, характеризующий

кин долго бился над конструкцией прибора для измере­ ния глубины, созданием которого занимался еще Петр I. Однажды В. В. Шулейкину приснилось, что Петр I сказал ему: «Прибор собрать надо вот так. . .». Проснувшись, Шулейкин записал решение и изумился, насколько про­ стым оно оказалось. Конечно, дело здесь не в том, кто именно приснился изобретателю в связи с идеей прибора (по И. П. Павлову сон — это небывалая комбинация бывалых впечатлений), а в неожиданности развязки — длительная работа мозга закончилась внезапным приня­ тием решения, причем не в период бодрствования, а во время сна.

Из ряда теоретических концепций, объясняющих меха­ низмы принятия решений, можно отметить психофизиоло­ гическую (а в известной мере и кибернетическую) концеп- -цию активности по Н. А. Бернштейну, концепцию акцеп-1

1 С. Я- Д о л е ц к и й . Четвертая высота (о психологии научного

•творчества). — «Наука и жизнь», 1971, № 2, с. 48—54.

140

тора действия по П. К. Анохину, концепцию доминанты 1 по А. А. Ухтомскому и др. Их основу составляет естествен­ ное предположение о том, что активный характер поведе­ ния организма неотделим от предвидения в той или иной форме результатов поведения. Доминанта выполняет при этом важную роль в «наведении порядка» в хаосе возбужде­ ний целого отдела и его частей в центральной нервной системе — человек в каждый момент времени видит мно­ гое, но изучает только то, что для него в данный момент важнее всего. Психофизиологическая концепция актив­ ности предполагает наличие в организме человека физио­ логических механизмов «моделирования будущего», по­ строение предваряющих (прогностических) «внутренних моделей» внешнего мира. Любой акт произвольной дея­ тельности направлен к достижению определенной цели — предвидимой будущей ситуации, закодированную модель которой мозг вырабатывает еще до начала действия. По Бернштейну, мозг, отражая действительность, одно­ временно конструирует на основе знаний о прошлом и настоящем модель ближайшего будущего, определяющую выбор действия. Сенсорная коррекция заключается в на­ правленном сравнении достигнутого результата с моделью будущего.

Естественно, что сказанное не охватывает всех сторон названных выше концепций, не раскрывает в полной мере их пригодность для объяснения и моделирования механиз­ мов принятия решения. Однако это и не входит в нашу задачу. Для подробного ознакомления с этим вопросом можно обратиться к специальной литературе [36].

В современной психологии одна из теорий принятия решения предполагает, что, наряду с моделью-зеркалом, в нашем мозгу имеются эмоциональные модели, отража­ ющие жизненную ценность события или ценность получа­ емой информации. Согласно другой, несколько отличной теории, эмоции стимулируют энергетическое обеспечение тех или иных мотиваций. Какой бы концепции ни при­ держивался исследователь, весьма важен учет эмоцио­ нальных механизмов принятия решения.

Всякое решение — это всегда выбор, хотя концепция У. Р. Эшби и некоторых других кибернетиков о том, что1

1 Доминанта — очаг возбуждения любого отдела центральной нервной системы, изменяющий текущую работу нервных центров путем замыкания на себя импульсов, которые при отсутствии доминанты вызывают другую реакцию организма.

141

к этому и сводится весь механизм принятия решения, является спорной. Реакции выбора осложнены необхо­ димостью отвечать действием только на некоторые из сиг­ налов. При этом в реальной ситуации важной характери­ стикой может явиться время выбора, пропорциональное логарифму числа элементов, из которых производится выбор.

Большое значение имеет и такая характеристика, как время реакции на сообщение, пропорциональное количе­ ству информации, содержащейся в сообщении. Существует достаточно правдоподобная концепция, согласно которой время реакции и точность выбора связаны определенной зависимостью. Качественная характеристика этой зави­ симости может быть определена так: человек, чтобы выиграть время, теряет в точности. И наоборот, стремле­ ние к точности выбора удлиняет время реакции.

Как уже говорилось выше, механизм принятия реше­ ния широко использует аналогии. Некоторые авторы считают метод аналогий основополагающим. Так, напри­ мер, Д. Пойа в известной работе «Математика и правдо­ подобные рассуждения» утверждает, что не существует открытий ни в какой из областей, которые могли бы быть сделаны без аналогии. Точно так же М. М. Бонгард в мо­ нографии «Проблемы узнавания» подробно обосновывает мысль, что ни одну большую и сложную задачу человек не решает как совершенно новую.

При принятии решения велика роль так называемой косвенной информации. Заметим, что при создании ма­ шинных систем обработки информации имеется стремление к отсеву избыточной информации. Этим в принципе огра­ ничивается и использование косвенной информации.

Пониманию механизмов принятия решения препят­ ствует и та особенность мозга, что в сложных процессах переработки информации основная часть ее обрабатывается на подсознательном уровне. Считают, что на подсозна­

Лишь в самые последние годы разработано несколько методик кибернетического исследования механизмов при­ нятия решения. Интересны исследования решающих пра- . вил (решающих функций) [68], которыми пользуется человек при классификации сигналов. Результаты, полу­ ченные при этих исследованиях, позволили Л. А. Чисто-

142

вич и Н. Г. Загоруйко сформулировать гипотезу о линей­ ных решающих правилах, которыми пользуется человек. Эту гипотезу подкрепляют психоакустические экспери­ менты Л. А. Чистович и экспериментальные исследования по классификации цифрового материала Н. Г. Загоруйко. В то же время, как показали исследования, проведенные автором совместно с И. В. Беккер [6], при классификации изображении человек может строить нелинейные реша­ ющие функции. При анализе этого противоречия была высказана гипотеза о существовании своего рода прин­ ципа неопределенности, препятствующего установлению действительного вида решающего правила, которым поль­ зуется человеческий мозг.

В практике функционирования человеко-машинных систем важную роль играет объективный контроль и фиксация решений, принимаемых оператором. Здесь по­ мимо полезных, но достаточно примитивных систем ре­ гистрации типа «кляузника» (встроенной и недоступной для оператора системы регистрации всех его действий в системотехническом комплексе в период дежурства) уже существуют более интересные решения. В качестве одного из примеров можно назвать разработанные в Ин­ ституте математики. Сибирского отделения АН СССР, в лаборатории Н. Г. Загоруйко программы по объектив­ ному (машинному) контролю уверенности действий опе­ ратора при классификации им сигналов. В*основу про­ граммы заложен принцип опознания эмоционального об­ раза, содержащегося в звуках речи оператора.

В заключение следует отметить, что принятое решение должно быть выполнено, т. е. должно закончиться реали­ зацией определенного поведения, чаще всего — воздейст­ вием на управляемую систему. Психологически непра­ вильно отрывать акт принятия решения от его исполнения, так же как не учитывать роли объективного контроля и фиксации решений.

Модели принятия решения еще более осложняются при групповом поведении. Многие из возникающих здесь вопросов рассматриваются уже не инженерной, а социаль­ ной психологией. Эти вопросы становятся актуальными при разработке современных системотехнических ком­ плексов, так как в них звено «человек» представляет собой, как правило, группу операторов.

Этим не исчерпывается многогранная проблема приня­ тия решения. К некоторым аспектам ее мы еще вернемся.

143

Моторная деятельность и ее оптимизация

•

Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гари­ бальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон ми­ ровые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение.

И . М. Сеченов

Инженер-практик склонен видеть в движениях оператора системотехнического комплекса только чисто моторную, исполнительскую деятельность. Фактически движения выполняют и другие функции. Инженерная психология разделяет все возможные движения рук опе­ ратора на три группы:

1) рабочие движения, определяющие моторную, испол­ нительскую деятельность оператора в чистом виде;

2)гностические движения, к которым относятся ося­ зательные движения пальцев рук при обследовании той или иной поверхности;

3)приспособительные движения, определяющие пла­ стичность, адаптивность человеческой руки.

Как всякая классификация, эта схема страдает неко­ торыми недостатками. Так, в ней оказываются замаски­ рованными анализаторные функции двигательного аппа­ рата, определяющие его саморегуляцию.

Научные основы учения о регуляции рабочих движе­

лова нашли дальнейшее развитие в трудах Н. А. Берн­ штейна, П. К- Анохина, Б. Ф. Ломова и др. В многочис­ ленных исследованиях были выявлены конкретные зако­ номерности рефлекторных механизмов двигательного акта, выяснена роль сенсорных коррекций и обратной афферентации 1 в построении движений. Стало ясно, что сен­

1 Афферентная обратная связь является функцией так называемых вторичных афферентных импульсов, т. е. не тех импульсов, которые первично вызвали рефлекторный акт, а импульсов, рождающихся в организме в результате деятельности органов и тканей. Эти импульсы непрерывно поступают в нервные центры, которые в соответствии с импульсами корректируют деятельность двигательного аппарата, приспосабливая ее к изменяющимся условиям.

144

сорные сигналы не только пускают в ход эффекторный аппарат \ но и направляют и регулируют его.

В исследованиях, проведенных в последние годы, все более подчеркивается та роль, которую играют в органи­ зации действия сигналы обратной связи, возникающие при выполнении движений. По современным научным представлениям в основе механизма двигательных актов лежит рефлекторное кольцо. Идеи и методы кибернетики позволили наметить общую схему контура регулирования

руемого параметра; 3 — рецептор, воспринимающий фактические текущие

значения параметра и передающий сигналы о них; 4 — прибор сличения, выявляющий расхождение тре­

буемого и фактического значений параметра; 5 — прибор перекодирования, переводящий данные

прибора сличения в коррекционные импульсы, подаваемые регулятору;

6 — регулятор, управляющий эффектором. Приведенная схема не дает исчерпывающего объясне­

ния механизма регуляции движений. Она нуждается в не- , которых уточнениях и дополнениях. Тем не менее в этой1

1 Эффекторный аппарат включает в себя эффекторные нейроны центральной нервной системы, посылающие импульсы к периферическим органам, а также сами эффекторы — органы, с помощью которых орга­ низм активно действует, отвечая на раздражение, например мышцы и железы.

схеме достаточно четко показаны основные звенья той системы, которая осуществляет регуляцию двигательных актов.

Исключительно большая роль в формировании сигна­ лов обратной связи, а следовательно, и в регуляции дви­ жений принадлежит кинестетическим ощущениям *, а также осязанию, отражающим состояние двигательного аппарата и его взаимодействие с объектом манипуляции в каждый данный момент. Как показывают исследования, если на начальных ступенях образования навыка движения про­ текают под контролем зрения, то впоследствии этот контроль все более переходит к чувствительным элемен­ там, входящим в двигательную систему.

Образ совершаемого движения формируется на основе мышечных, суставных и тактильных ощущений. К сожа­ лению, из-за ряда методических трудностей характери­ стики этих составляющих и их относительная роль в струк­ туре образа изучены недостаточно. Имеющиеся данные позволяют судить о возможностях и особенностях отра­ жения движений пока лишь в общих чертах.

Мы остановились на этих вопросах так подробно по­ тому, что современная общая психология приписывает моторной деятельности человека очень большую роль. Психология восприятия в свою очередь постулирует пер­ вичность и исходную роль тактильно-мышечных ощуще­ ний в построении (создании) образа. Конкретные данные психофизиологических исследований аппарата управле­ ния и регулирования движением имеют большое значение для бионических работ по созданию эффективных манипу­ ляторов и роботов в целом (подробнее этот аспект проблемы рассмотрен в одном из последующих параграфов этой главы). И, наконец, обсуждаемые вопросы имеют большое практическое значение для оптимизации трудовой дея­ тельности оператора в человеко-машинном комплексе, так как раскрывают механизмы не только текущей орга­ низации движений, но и формирования сложных движе­ ний, хотя, как говорилось, система моторной деятельности в целом далеко не проста и многие ее составляющие из­ учены недостаточно полно.1

1 Кинестетическое ощущение — чувство положения и движения от­ дельных частей тела, обусловленное функцией рецепторов, которые реагируют на механическое давление, испытываемое ими при растяже­ нии или сжатии окружающих мышечных клеток и сухожильных волокон.

146