Тема 1. Эргономика

1.1. Человеко-машинный интерфейс

и его характеристики

Человеко-машинный интерфейс - это важнейший элемент технических систем. Как следует из названия, назначение этого интерфейса – обеспечить обмен информацией между оператором/пользователем и технической системой. Хорошо организованный интерфейс не только делает рабочую обстановку более комфортной, но и помогает уменьшить число ошибок и таким образом ограничить возможный ущерб управляемой системы. Более того, хороший интерфейс дает человеку возможность понять функции технической системы. Если система спроектирована на основе последовательных и логичных правил, человек сможет с ней быстро разобраться и начать работу.

Интерфейс пользователя – видимая часть системы управления и единственная, с которой реально взаимодействует человек. Операторы больше не должны считывать показания приборов и задавать опорные значения, непосредственно контактируя с управляемым процессом. Вместо этого, они отвечают целиком за процесс, состояние которого они наблюдают на экранах мониторов в центре управления. Количество персонала уменьшается, а ответственность при этом возрастает. Интерфейс пользователя должен способствовать повышению ответственности, облегчать работу, снижать стресс и уменьшать вероятность ущерба от человеческих ошибок.

Интерфейс должен быть прост для понимания и удобен для применения. Чем проще интерфейс, тем легче управлять. Простота означает, что вместе с важными данными не выводится бесполезная, несущественная или избыточная информация. То есть не следует создавать изощренный интерфейс с окнами, пиктограммами и цветной графикой, чтобы пользователь не отвлекался на то, как работает интерфейс, а полностью сконцентрировался на работе.

Кроме того, интерфейс пользователя никогда не должен приближаться или превосходить пределы человеческого восприятия в части памяти и концентрации внимания. Бессмысленно выводить на экран сотни характеристик процесса, возлагая на пользователя ответственность за их анализ и выводы.

С другой стороны, интерфейс, который является "слишком простым", тоже плох. Такой интерфейс не дает оператору возможности набираться опыта и поддерживать навыки, необходимые для работы в непредвиденной ситуации.

Следует отметить, что сложность и удобство являются противоречивыми требованиями, которые должны быть сопоставлены друг с другом. Трудности при более сложной организации экрана и аббревиатуре команд можно преодолеть, если есть возможность интенсивного обучения, т.е. в результате целенаправленных интеллектуальных усилий. Таким образом, сложность – это частично объективное свойство системы и частично субъективный опыт пользователя. Дополнительно усложнение структуры экрана за счет большего объема выводимой информации или за счет более мощного (а значит, и изощренного) командного языка может дать выигрыш в скорости работы.

Рассмотрим химический реактор. Обычно процесс характеризуется несколькими десятками переменных - температура, расход реагентов, концентрация и т. д. Если каждая из них выводится на панель управления, регистрируется вручную и является частью каких-либо вычислений, то на оператора ложится значительная нагрузка. Главная цель оператора заключается в том, насколько текущие значения соответствуют опорным. Сравнение текущих значений сотен контролируемых величин с опорными ЭВМ легко выполнит несколько раз в секунду. Одной логической операции достаточно для общей индикации, работает ли реактор в целом правильно или нет. Оператор освобождается от ручной работы, и в то же время он в состоянии проверить текущие данные, если это необходимо, с любой степенью подробности. В результате один оператор может одновременно управлять несколькими реакторами.

Второй важной характеристикой интерфейса является его адекватность. Уже на аппаратном уровне интерфейс должен соответствовать количеству и точности передаваемых данных. Именно количество и тип данных диктуют вид интерфейса, а не наоборот.

Если процесс характеризуется всего лишь несколькими событиями на протяжении часа, а число входных и выходных переменных - мало, то для управления вполне подойдет небольшое печатающее устройство или панель управления, т.к. если технический процесс не порождает достаточного количества данных, дисплей утомляет и вызывает скуку.

Помимо этого, интерфейс должен быть наглядным, т.е. в идеале пользователь должен иметь ощущение прямого контакта с техническим процессом, а не с автоматизированной системой управления. Процесс, "видимый" через интерфейс автоматизированной системы управления, должен быть проще, чем процесс, наблюдаемый с помощью обычных измерительных средств. Именно здесь кроются большие возможности применения вычислительной техники в управлении. Наиболее часто управляющие ЭВМ используются для простой замены контрольно-измерительной аппаратуры по принципу "один датчик - одна наблюдаемая величина". Главное преимущество при этом заключается в более удобной организации рабочего места и автоматической регистрации данных. Однако по сравнению с использованием обычных контрольно-измерительных приборов, оператор теряет чувство непосредственного контакта с оборудованием - на экране все приборы и механизмы имеют один размер. В реальной жизни разница между граммами и тоннами, киловаттами и мегаваттами, миллилитрами и литрами является очевидной, а в виртуальной реальности компьютерного экрана разница часто сводится к изменению положения десятичной запятой.

Современные средства отображения измерительной информации - результат нескольких десятилетий развития. Стрелочные приборы дают немедленную информацию об относительной величине параметров и тенденции их изменения; цифровые приборы показывают информацию с большей точностью, но она не воспринимается так же быстро.

В некоторых системах наглядность достигается с помощью графических метафор - пиктограмм, связанных с повседневным опытом. Пиктограмма на экране кодирует операцию на основе очевидных ассоциаций, например, ручка обозначает что-либо, связанное с записями, а увеличительное стекло - устройство масштабирования для детального просмотра информации. Изображение не обязательно точно соответствует тому, что стоит за ним в обычной жизни, оно создает ассоциации между назначением известных объектов и похожими операциями в компьютерной среде - символы дают визуальные подсказки о функциях и операциях. Для управления процессом, вероятно, более приемлемо использовать пиктограммы в их прямом значении и не смешивать разные подходы. Применение в одном контексте метафор из разных областей усложняет восприятие и приводит к путанице.

Рассмотрим пример. Устройства дистанционного управления для телевизоров, видеомагнитофонов и CD-плейеров часто являются примерами плохо спроектированного интерфейса пользователя. Нередко можно встретить пульт управления, содержащий от 30 до 50 кнопок, из которых по-настоящему важны только некоторые (громкость, выбор программы, отключение звука), а другие используются от случая к случаю (яркость, контрастность, регулировка тембра у CD-плейера). Большинство кнопок используются крайне редко (программирование таймера или открытия крышки у CD-плейера). В чем смысл дистанционного управления крышкой проигрывателя, когда все равно пользователь должен быть рядом, чтобы снять или поставить новый диск? Но все же производители полагают - и не без причины - что количество клавиш на панели и пульте дистанционного управления произведет нужное впечатление на покупателя и повысит показатели продаж. Это действительно завораживает многих, когда они видят, что их друзья восхищаются количеством кнопок на последней модели стереопроигрывателя не меньше, чем самой музыкой.

Пульт дистанционного управления, спроектированный в соответствии с требованиями простоты и удобства, должен содержать только наиболее важные функции управления (громкость, тембр, переключатель программ и немногие другие) и оставить на главной панели все клавиши управления функциями, которые редко используются на протяжении всего срока службы устройства (например, программирование часов), или те, которые требуют непосредственного участия пользователя (как на магнитофоне, в котором кассета устанавливается вручную и соответствующие команды можно выдать непосредственно с панели управления устройства).

Еще одной характеристикой интерфейса является последовательность. Она означает, что для отображения одинаковых или аналогичных элементов системы применяются однотипные обозначения. Последовательность, пожалуй, наиболее трудно реализуемая характеристика интерфейса пользователя. Для ее достижения необходимо классифицировать используемые сущности, а затем применять одинаковые правила (язык, сокращения, цвет) для идентификации объектов каждого класса. Принцип последовательности, с другой стороны, требует, чтобы количество классов было сведено к минимуму.

Важный способ обеспечить последовательность - применение стандартных интерфейсов. Первоначальная анархия, связанная с появлением большого количества программных продуктов, несколько улучшилась после того, как определенные разработки Microsoft Windows, IBM Standard Application Architecture обеспечили унифицированную основу для интерфейса.