Преобразование информации в кратковременной памяти человека-оператора

Человеку — оператору АСУ в заданные промежутки времени требуется обрабатывать большие объемы пос­тупающей информации. Так как длительность этого процесса в значительной степени определяет опера­тивность процесса принятия решения, работу человека-оператора характеризуют количеством обрабатываемой информации. В связи с этим одной из первых задач, решаемых инженерной психологией для человеко-машин-ных интерфейсов, является за­дача определения «пропускной способности» человека-оператора.

Пропускная способность человека-оператора ограни­чена. Она существенно зависит от способа представле­ния информации, способа кодирования и других факто­ров.

В обычной обстановке человек в течение дня более 100 тыс. раз изменяет направление взгляда и фикси­рует множество различных ситуаций, знакомится с новы­ми явлениями. Однако если привычную обстановку и происходящие в ней изменения представить чело­веку-оператору в закодированном виде, то его пропуск­ной способности окажется недостаточно.

Поэтому возникает необходимость в целях оптими­зации условий работы человека-оператора с устрой­ствами отображения осуществлять согласование предъ­являемой человеку-оператору информационной модели с реальными объектами, информацию о котором она со­держит.

Одну и ту же обстановку или поведение объекта управления можно отобразить разными способами. Так, информация о воздушной обстановке в районе аэро­порта на диспетчерском пункте может быть представ­лена оператору в виде книги-справочника, листая ко­торую он отыскал бы необходимую информацию, либо в виде справочной таблицы на электронном табло или периферийных устройствах ЦВМ, где условные обозна­чения самолетов дополняются буквенно-цифровыми дан­ными о параметрах их движения. Во всех случаях будет соблюдено требование объективности информаци­онной модели отображаемой обстановки. Однако вре­менные затраты на решение поставленной задачи в каж­дом случае различны. В связи с этим особую ак­туальность приобретает задача определения пропуск­ной способности операторов не вообще, а для конк­ретных типовых условий работы, и тесно связанная с ней задача оптимизации процесса взаимодействия человека-оператора и устройств отображения информа­ции.

Оперативность приема, декодирования и переработки информации может быть повышена путем адекватности информационной модели не только реальной обста­новки, но и возможностям оператора.

Оператор, работающий с информационной моделью, должен с ее помощью создать свое собственное пред­ставление о состоянии управляемых объектов или всей системы в целом. Это собственное представление че­ловеком-оператором состояния объектов или обстановки называют концептуальной моделью. Концептуальная мо­дель строго индивидуальна. Однако в представлениях об одном и том же явлении у разных людей есть общие элементы. В связи с этим можно говорить о некоторой обобщенной концептуальной модели, харак­терной для определенной категории людей, прошедших, положим, специальную подготовку.

Для решения правильного соотношения информаци­онной и концептуальной моделей необходимо знать и понимать состав операций, с помощью которых осуществляется преобразование информационной модели в концептуаль­ную. Для создания оптимальных условий оператив­ного управления следует сблизить структуру информаци­онной и концептуальной моделей, их содержания и, следовательно, сократить количество операций, требу­ющихся для перехода к концептуальной модели. Это возможно лишь на базе знания процессов переработки информации человеком-оператором.

В связи с тем, что пропускная способность чело­века-оператора определяется не только субъективными особенностями, но и способом кодирования, видом информационной модели и другими факторами, общего решения проблемы определения количества информа­ции, которые одновременно можно предъявить оператору не существует.

Теоретико-информационный подход к изучению реак­ции оператора в условиях множественного выбора привел к установлению единиц измерения и количественного выражения объема воспринимаемой человеком информа­ции. Исследования процессов приема и обработки бук­венно-цифровой информации человеком-оператором пока­зали, что зависимость между временем реакции, т. е. эле­ментарным сенсорно-моторным актом, и количеством ин­формации может быть приближенно описано соотноше­нием:

T = a + blogn(*)

где а— постоянная, эквивалентная времени простой реакции, возникающей при наличии временной неопре­деленности в экспериментальной ситуации;b— угол на­клона прямой, характеризующей прирост времени реак­ции с увеличением стимульной неопределенности;n— число альтернативных выборов решений.

Приведенное соотношение получено без учета степени значимости сигнала, степени зрительной различимости отображаемой информации, эффекта ожидания сигнала оператором и других факторов.

Экспериментальное исследование факторов вносит существенные корректировки в уравнение (*). Предло­жено при расчетах пропускной способности оператора использовать не только понятие среднего количества ин­формации, рассчитываемой по формуле

,

где Н— среднее количество информации, отнесенное к элементу сообщения;p_i— вероятностьi-го сообщения, но и учитывать меру неопределенности одного сообще­ния, которую можно определить как индивидуальную информацию, характеризующую емкость каждого из име­ющихся сигналов.

Эмпирическая зависимость времени восприятия инди­видуальной информации оказалась обратно пропорцио­нальной вероятности сигнала. Это объясняется тем, что под влиянием поставленной задачи оператор при испыта­ниях стимулирует процесс восприятия маловероятных сигналов, заранее подготавливаясь к их появлению. Од­нако при этом он проигрывает в скорости восприятия частых сигналов. Время реакции в этом случае определя­ется соотношением

T = a + bJ,

где J- количество информации в отдельном стимуле, являющееся функцией вероятности появления сигнала.

Однако применять информационные методы посред­ством переноса понятий и количественных оценок, заим­ствованных из теории связи, в область человеческой деятельности продуктивно лишь в тех случаях, когда можно четко установить перечень возможных сигналов и вычислить их вероятность. Но возникают существенные трудности, когда необходимо знать условную вероятность событий, обусловленную предшествующим опытом чело­века и его индивидуальными различиями. В связи с этим при определении количества информации, получае­мой человеком, вводят различные допущения, а отсюда существует несколько способов расчета получаемой при восприятии объекта информации: по числу категорий, к которым можно отнести воспринимаемый объект; по ко­личеству градаций отдельных признаков объекта; по чис­лу элементов контура объекта. Эффективность примене­ния каждого из этих способов определяется их адекват­ностью свойствам изучаемого явления. При вычислении пропускной способности системы используют следующие способы подсчета информации: по минимальному време­ни экспозиции сигнала, необходимому для безошибочного опознания; по времени реакции выбора, представляющей собой промежуток времени между началом предъявле­ния сигнала и началом ответной реакции; по среднему времени опознания сигнала из целого ряда предъявля­емых. В связи с различием применяемых способов существует значительная разница и в полученных резуль­татах.

Пропускная способность зрительной системы, рас­считанная способом категоризации при кратковременной экспозиции сигналов, оказалась в пределах 50 - 70 бит/с. Если временным показателем служило время реакции, то максимальная скорость передачи информации находи­лась в диапазоне 5 - 45 бит/с. Расхождение получен­ных данных объясняется не только разными способами подсчета. Результаты многочисленных исследований показали зависимость скорости опознавания от характе­ра предъявляемых сигналов и других факторов.

В ходе проведенного сравнительного исследова­ния процесса тренировки опознания зрительных изображе­ний разных алфавитов (местоположение точки в поле зрения, буквы русского алфавита, геометрические фи­гуры — условные знаки) было выявлено, что первона­чальная зависимость времени опознания от числа предъ­являемых стимулов, т. е. от количества информации, приходящейся на стимул, может исчезнуть в результате тренировки. Наименьшие характеристики опознания были свойственны буквам, любое изменение опознаваемого на­бора стимулов приводило к увеличению времени опозна­ния, т. е. тренировка конкретного набора изображений одного алфавита не переносится полностью на другой набор изображений этого же алфавита.

Зависимость пропускной способности от вида выпол­няемой работы отчетливо показана на примере работы человека с печатным текстом: при корректировке текста скорость переработки информации равна 18 бит/с, при громком чтении — 30 бит/с, а при чтении «про себя» — 45 бит/с. Однако величины мгновенных значений пропускной способности не дают возможности определить допустимую скорость передачи информации человеку, включенному в систему управления. Для этого необходи­мо знание процессов изменения пропускной способности человека-оператора в ходе деятельности.

Весьма интересно протекает деятельность человека-оператора при повышении темпа предъявления ему ин­формации, на основе анализа которой он должен произ­водить определенные управленческие действия. При тем­пе предъявления информации, соответствующей его про­пускной способности, процент ошибочных действий сох­раняется практически постоянным и достаточно низким. При повышении темпа предъявления информации чело­век-оператор, ответственно относящийся к выполняемым функциям, за счет увеличения психофизиологической на­грузки продолжает сохранять прежнее качество работы. При дальнейшем увеличении темпа предъявления информации оператор продолжает выполнять свои функции с небольшим ухудшением качества. Это ему удается за счет включения дополнительных анализаторов (например, слуха и т. п.). При продолжении увеличения темпа оператор начинает как бы отставать в своих действиях от динамики изменения управляемого процесса. Это при­водит к росту процента ошибочных действий за счет про­пуска некоторых показаний, за счет управления по укруп­ненным, обобщенным показателям. Если продолжить уве­личение темпа, то наступает момент, когда человек отка­зывается выполнять какие-либо действия — наступает стрессовая ситуация срыва деятельности. Казалось бы, уменьшение темпа предъявления информации должно по­высить качество работы операторов, снизить процент ошибочных действий. Однако наблюдения показали, что при низких темпах поступления информации вновь начи­нается рост ошибочных действий. Это объясняется, ви­димо, тем, что оператор расслабляется при малых пос­туплениях информации, на изменения которой он должен реагировать. Он непроизвольно отключается (притупля­ется его внимание) от выполняемых обязанностей и ему трудно сразу включиться вновь в работу: происходит как бы «засыпание» операторов. Учитывая сказанное и вид графика на рис. 7, можно поставить вопрос о поиске оптимального темпа деятельности операторов, об оптимальной зоне изменения темпа предъявления информации. Кстати, при необходимости работы операто­ров при низких темпах изменения информации необхо­димо принимать меры для активизации внимания опера­торов в промежутки времени, когда информация не меня­ется. Например были случаи, когда оператора заставляли возить тележку.

Рис. 7. Зависимость восприятия информации от темпа ее предъявления.

В процессе деятельности человек-оператор сталкивается с необходимостью в те­чение определенного интер­вала времени хранить в своей памяти некоторый объем информации, требуемой для выполнения стоящей перед ним задачи. Под кратковре­менной памятью понимают способность оператора в те­чение небольшого интервала времени хранить информа­цию, поступающую через зрительную систему или слуховой анализатор. На рис. 8 приведена схема, поясняю­щая процесс преобразования информации в кратковремен­ной памяти. В преобразовании информации участвуют следующие функциональные блоки: сенсорная память, первичная память (оперативная), вторичная память (долговременная), блок повторения, блок ответа.

Рис. 8. Структура преобразования информации в кратковременной памяти.

Информация поступает в зрительную, слуховую или двигательную сенсорную память. В сенсорной памяти фиксируются энергетические и пространственные характеристики поступающих сигналов. Указанное деление сенсорной памяти основывается на виде сохраняющего­ся в ней послеобраза. Важным свойством послеобраза является его невербализованность (Под вербализованностью понимается представление исходного образа в ви­де словесных символов, словесного описания).

Емкость зрительной сенсорной памяти достигает 36 эле­ментов, слуховой памяти — 12. Емкость двигательной сенсорной памяти не установлена.

Длительность хранения послеобраза в зависимости от типа памяти может быть различной. В слуховой памяти хранится 1—2 с. В двигательной сенсорной памяти след хранится до 120 с. Для зрительной памяти длительность следа яркости послеобраза составляет 40—50 мс и опре­деляется яркостью экспозиционного поля и другими фак­торами.

После опознания и перекодирования информация пос­тупает в первичную память. Скорость перекодирования достигает значения 180 буквенно-цифровых символов в секунду. Одновременно с перекодированием в аку­стическую форму происходит другое преобразование ин­формации: формируются новые единицы информации. В основе этого процесса лежит смысловая обработка материала. Если длина предъявляемого ряда символов не превышает 7—9, то оператор переводит поступающую информацию в акустическую форму и запоминает ее, если же длина ряда больше, то оператор пытается сфор­мировать новые единицы.

Если сформированный в сенсорной памяти послеобраз за интервал времени между двумя последовательными сигналами не был перекодирован, то он попадает в раз­ряд потерянных. Так как конец процесса кодирования зависит от момента предъявления следующего сигнала, а начало — от формирования сенсорного послеобраза, то вероятность запоминания сигнала в кратковременной па­мяти зависит от способа предъявления и интервала меж­ду сигналами.

Запоминание в первичной памяти происходит по следующей схеме: при поступлении в первичную память первый кодированный образ запоминается в r-й ячейке. При поступлении последующих образов новый образ за­полняетr-ю ячейку, вызывая смещение уже находящихся в первичной памяти образов на одну ячейку в глубину. Этот процесс продолжается до полного заполнения памя­ти, т. е. до накопления в нейrобразов. Если первич­ная память заполнена, то поступающий в нее образ вы­тесняет содержимое некоторой ячейки, причем предпочте­ние отдается более «внешним» ячейкам.

Вероятность абсолютной потери любого i-го образа при последовательном приеме какого-то числа сигналов можно описать уравнением

p_i,n = p_iq_n(τ),

где p_i- вероятность вытесненияi-го сигнала из первич­ной памяти;q_n(τ)- вероятность того, что до начала реализации вытесненный кодированный образ не перей­дет в долговременную память.

Особенностями деятельности операторов обусловлено деление памяти на разные виды. Особо важное значение приобрела классификация памяти по временным ее ха­рактеристикам: кратковременная (иконическая и опера­тивная) идолговременная память (как память в ЭВМ).

Кратковременная память может удерживать лишь небольшое количество нформации в виде структурированных единиц. За короткий период наблюдения человек может запомнить и повторить наз­вание от 5 до 9 знакомых объектов или 7 ± 2. Однако позже было доказано, что человек при ограниченном вре­мени наблюдения способен воспринять больше чем 7 ± 2 объекта, но забывает их быстрее, нежели успевает сказать о них. Дальнейшие исследования позволили уточнить характеристики памяти: в иконической памяти в течение 300 мс сохраняется практически вся воспринятая информация, однако она быстро теряется, в результате чего через 1 с она уже в ограниченном объеме (7 ±2) переходит в оперативную память и сохраняется в ней от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от конкретных задач оператора.

Долговременная память обеспечивает хранение ин­формации длительное время. Ее объем ограничивается уже не числом сигналов, а количеством сохраняемой информации.

Операторы в своей практической деятельности обычно принимают и передают информацию в виде цифровых групп и чисел. Ошибка хотя бы в одной цифре числа существенно искажает информацию, содержащуюся во всем числе. Поэтому при решении задачи деятельности оператора важно определить возможности первичной па­мяти человека по сохранению и воспроизведению чисел. На рис. 9 показаны кривые распределения людей, имеющих определенную операторскую подготовку, в зави­симости от результатов успешности воспроизведения дву- и трехзначных чисел. Приведенные графики свидетель­ствуют о том, что рассматриваемые распределения людей являются обобщением нормального распределения Пуас­сона.

Рис. 9. Распределение людей по успешности воспроизведения двузначных (а) и трехзначных (б) чисел.

Помимо воспроизведения цифрового и числового ма­териала первичная (оперативная) память обладает спо­собностью запоминать и воспроизводить пространствен­ную ситуацию. Оперативное запоминание пространствен­ного положения сигнала определяется не только коли­чеством предъявляемых сигналов, но и количеством сигналов в группах, объединенных по тем или иным приз­накам.

Вероятность сохранения и воспроизведения кодиро­ванного образа в первичной памяти в значительной степени зависит от положения сигнала (элемента) в группе, от материала, поступающего до и после основно­го ряда, и от трудности интерферирующей задачи.

Влияние материала, предъявленного раньше основно­го ряда, обычно бывает отрицательным и называется проактивным торможением. На воспроизведение данного элемента могут влиять до четырех предыдущих элемен­тов. Это влияние приводит к ошибкам акустического смещения и смещения по формальным признакам. Проактивное торможение является результатом соревнования кодированных образов при воспроизведении.

Высказанное выше соображение подтверждено много­численными экспериментальными данными исследований оперативной памяти человека при работе его с буквен­но-цифровой информацией, предъявляемой на табло кол­лективного пользования. При использовании сигналов более сложной формы (изображений или их фрагментов) указанный выше количественный показатель может изме­ниться, хотя общая тенденция сохраняется.

Влияние материала, предъявленного после основного ряда (ретроактивное торможение), проявляется двояко: во-первых, предъявление дополнительного материала де­лает невозможным повторение основного материала и способствует его забыванию; во-вторых, возникают ошибки смешения образов по каким-либо признакам.

Большое значение для правильного воспроизведения материала имеет трудность задачи, решаемой в проме­жутке между предъявлением основного материала и его воспроизведением. С увеличением трудности этой задачи вероятность правильного воспроизведения резко падает. Это объясняется тем, что повторению доступна лишь ог­раниченная часть поступающей информации. Чем большую часть занимает промежуточная задача, тем больше веро­ятность забывания. Вероятность воспроизведения инфор­мации зависит от степени новизны интерферирующего материала. Новый неожиданный элемент, требующий сложной обработки, способствует ухудшению воспроиз­ведения основного материала, а предъявление высоко­ вероятностного элемента — его улучшению.

Контроль над информацией, содержащейся в первич­ной (оперативной) памяти, осуществляется с помощью повторения. Процедура повторения информации дает воз­можность переводить ее из оперативной памяти в долго­временную (вторичную) для сохранения в течение дли­тельного времени. С помощью повторения осуществляют­ся восстановление информации и выдача ее в блок отве­та. Повторение способствует циркуляции сохраняемых кодированных образов внутри кратковременной памяти и более длительному их хранению. Во время повторения формируется способ группировки материалов, который используется затем при воспроизведении.

Кодированный образ (след) в первичной (оператив­ной) памяти с течением времени угасает и к моменту восстановления может быть забытым. В связи с этим ва­жен порядок восстановления. Различают свободное вос­становление, восстановление в порядке предъявления и восстановление в обратном порядке.

При свободном восстановлениипрежде всего выдает­ся содержимое первичной памяти ОП, после чего проис­ходит обращение ко вторичной памяти. Для каждого из оставшихся невосстановленными образов формируется множество поиска, состоящее из копий, содержащихся во вторичной памяти, кроме тех, чьи образы имеются в пер­вичной памяти. За определенное время восстановления оператор в состоянии произвести во вторичной памяти некоторое число случайных проб в поисках нужной ко­пии. Если этот поиск оканчивается неудачно, то форми­руется новое множество поиска, состоящее из всех объ­ектов того класса, которому принадлежат предъявленные образы (цифры, буквы и т. д.), за исключением заполнен­ных в первичной памяти, и из этого множества наудачу выбирается некоторый объект в качестве ответа на дан­ный образ.

В случае восстановления в порядке предъявления восстановление происходит последовательно, независимо от того, в какой памяти фиксируется очередной кодиро­ванный образ. Поэтому восстановление образов из пер­вичной памяти зависит от числа образов, восстановлен­ных до него из вторичной памяти и требующих значи­тельных затрат времени по сравнению с восстановлением из первичной памяти. Кроме того, множество поиска со­держит большее количество объектов, чем при свободном восстановлении, вследствие неполного извлечения содер­жимого из первичной памяти.

Случай восстановления в обратном порядке отлича­ется от предыдущего тем, что в более неблагоприятном положении оказываются не последние, а первые кодиро­ванные образы. Эффект первичности и недавности можно объяснить следующим образом. Первые образы, попав в первичную память, не могут быть вытеснены из нее до полного заполнения, т. е. до этого момента их образы могут давать копии во вторичную память, причем с отно­сительно большей вероятностью, поскольку первичная память заполнена не до конца. Другое обстоятельство заключается в механизме продвижения информации в не­заполненной первичной памяти: заполненные позднее об­разы оказываются ближе к периферийной, более доступ­ной при последующих вытеснениях части первичной памя­ти, а в то время как вероятность вытеснения из первичной памяти образов, предъявленных позднее, гораздо ниже, чем у предшествующих. Область проявления эффекта недавности зависит от степени предпочтительности пери­ферийных ячеек при вытеснении из заполненной первич­ной памяти.

В общем случае вероятность правильного ответа на i-йсигнал можно оценить по соотношению

p_i = Q_iπ_i(t_i) + (1-Q_i)[Π_i + (1 – Π_i)q_i],

где Q_i- вероятность сохранения в первичной памяти образаi-го сигнала к моменту восстановления;π_i(t_i)- вероятность восстановления в первичной памяти образаi-го сигнала;t_i- момент восстановленияi-го сигнала из первичной памяти;q_i- вероятность угадыванияi-го сигнала;Π_i- вероятность успешного поиска копии обра­за во вторичной памяти.

В режиме опознания восстановление сводится к срав­нению предъявленного сигнала или его образа с образа­ми сигналов, хранящихся в памяти. При этом процесс восстановления осуществляется за время, продолжитель­ность которого зависит от количества образов, зафикси­рованных в памяти, степени знакомости сигналов и дру­гих факторов.

Считают, что формирование ответа — двухэтапный процесс: сначала происходит восстановление кодирован­ного образа, затем принимается решение. При опознавании предъявленных цифр из числа запомненных время формирования ответа определяется соотношением

T = t_I + N t_Z,

где t_I- суммарное время кодирования и выбора ответа;N— количество операций сравнений;t_Z- время, необхо­димое для сравнения вновь сформированного кодиро­ванного образа с образами, хранящимися в кратковре­менной памяти оператора.

Характерно, что время формирования отрицательного и положительного ответа одинаково.

Рассмотренная схема преобразования информации в кратковременной памяти оператора базируется на микро­структурном анализе сложившейся системы операций, когда временные и вероятностные характеристики и связи между операциями определяются решаемой задачей и на интервале ее решения остаются неизменными.

Знание процессов преобразования, запоминания и восстановления информации в кратковременной памяти оператора и их характеристик дает возможность решить проблему оптимизации ввода информации, определить структуру и количество элементов в группах сигналов при их последовательном предъявлении, правильно вы­брать ограничения по объему информации, требующей запоминания, при выработке стратегии управления.

Изучение взаимосвязи процессов восприятия, памяти и мышления показывает, что взаимоотношение психиче­ских функций складывается по-разному при решении кон­кретных задач. В одних случаях ведущую роль играют процессы восприятия, в других — память, в третьих — мыслительные процессы.

Характеристики сенсорно-моторной деятельности оператора

Современные устройства ввода информации и управ­ление ими еще достаточно сложны, и обращение с ними требует определенных навыков. В связи с этим возникает вопрос о характеристиках моторной деятельности челове­ка, о возможностях двигательного аппарата, обусловли­вающих требования к организации исполнительской дея­тельности оператора, к конструкции органов управления и устройств ввода информации.

Моторная деятельностьпо своему проявлению пред­ставляет собой комплекс операций, действий и движений, осуществляемых человеком в процессе решения той или иной задачи, и характеризуется формами траекторий движений, скоростью, силой и точностью движений, а также энергетическими затратами. При выполнении опе­ратором управленческих действий от него требуется не только быстрая и точная переработка информации, но и быстрая и точная реакция на сигналы.

Точность и скорость движений определяются как ме­ханическими свойствами двигательного аппарата, так и механизмами регуляции движений.

Простейшим элементом двигательного органа являет­ся кинематическая пара — совокупность двух звеньев те­ла, взаимно ограничивающих движение. Рука человека состоит из нескольких последовательно соединенных ки­нематических пар, где наибольшую свободу движений имеет последнее концевое звено — кисть и пальцы. Кисть по отношению к плечевому поясу имеет семь степеней свободы, а подвижность кончика пальца относительно грудной клетки достигает 16 степеней свободы. Мышеч­ная и суставная чувствительность обеспечивает все ос­новные качества движений: скорость, силу, точность, ам­плитуду, траекторию и т. д. Двигательные (или кинетиче­ские) ощущения наряду с тактильными (ощущения прикосновения), выступая в качестве сигналов обратной связи, играют существенную роль в построении движе­ний, обеспечивая их регулирование и корректировку.

Факторы, влияющие на центральную организацию от­ветных реакций, в основном изучались на примере реак­ции выбора. Реакцию, которая осуществляется в услови­ях предъявления одного заранее известного сигнала и по­лучения одного определенного ответа, называют простой сенсорно-моторной реакцией. Время простой реакции на звуковой сигнал составляет приблизительно 140—160 мс, на световой сигнал (при световой адаптации) в цент­ральной части сетчатки 160—180 мс, в периферической части сетчатки 180—220 мс. Реакция выбора обозначает реакцию, которая производится в условиях предъявления нескольких сигналов, на каждый из которых нужно отве­тить определенным действием. Результаты исследования реакций выбора показали, что время реакции (ВР) выбо­ра прямо пропорционально количеству информации, при­ходящейся на сигнал (закон Хика).

Кроме количества сигналов на скорость ответных реакций существенно влияет совместимость между требу­емым ответным движением на сигнал и тем движением, которое является привычным, естественным для человека. Чем более совместимы требуемые и привычные ответные реакции, тем меньше ВР. Зависимость ВР от числа предъявляемых сигналов может исчезнуть при трениров­ке их опознания. Время реакции также зависит от таких субъективных факторов, как ожидание, готовность, пред­видение сигналов и т.д. При чередовании и повторении сигналов у человека возникает состояние ожидания или готовности к их появлению, что приводит к снижению ВР. Временные характеристики, определяющие время выпол­нения человеком отдельных действий, приводятся в спра­вочниках по инженерной психологии.

В общем случае время двигательной реакции опреде­ляется соотношением

,

где а, b— константы, числовые значения которыхa≈ 0,07 с;b≈ 0,074 с;R— расстояние, на которое пере­мещается рука;W— ширина органа управления;Т_р— комплексный индекс трудности.

Силовые характеристики движений обусловлены уси­лием, развиваемым в процессе движения. При ручном вводе они важны для определения допустимого сопро­тивления органа управления. Установлено, что самостоя­тельное выявление человеком своих ошибок (до 70%) при вводе информации с клавиатуры преимущественно основывается на кинестезии. Когда при перемещении органа управления не требуется преодолевать никакого сопротивления, т. е. отсутствуют сигналы обратной связи о результатах действий, то уменьшается точность, а следовательно, и эффективность ввода информации. Сейчас стало общепризнанным, что сопротивление, фор­му и размеры органов управления необходимо рассчиты­вать с учетом обеспечения тактильно-кинестетической сигнализации руки.

Скоростные характеристики движений определяются видом и направлением движения. Диапазон скоростей движения руки очень широк (0,01 —8000 см/с). Мини­мальное время занимают движения пальцами, затем движения кисти, предплечья и плеча. Скорость движения больше в направлении к себе, чем от себя, в вертикаль­ной плоскости, чем в горизонтальной, сверху вниз, чем снизу вверх, вперед-назад, чем вправо-влево, слева-на­право для правой руки и справа-налево для левой, чем наоборот. Вращательные движения в 1,5 раза быст­рее поступательных. Максимальный темп ударных движе­ний пальцами варьируется от 5 до 14 уд/с, оптимальным является темп до 5 уд/с.

Одна из характерных форм деятельности человека-оператора на нижних уровнях иерархии АСУ — слеже­ние. Существо этой операции заключается в таком воз­действии оператора на органы управления, которое по­зволяет устранить (или свести до некоторого минимума) рассогласование между необходимым и реальным состоя­нием объекта. В отличие от реакций, которые носят дискретный характер, операция слежения представляет собой внешне непрерывный процесс.

Различают два основных вида операций слежения. В первом случае оператор воспринимает входной и вы­ходной сигналы в течение определенного промежутка времени, имеет возможность выявить его особенности и основные закономерности. Более того, в ряде случаев оказывается возможным осуществлять прогнозирование изменений сигнала на некоторый интервал времени вперед.

Основными характеристиками процесса слежения яв­ляются: время инерции, время совпадения маркера с визуальным сигналом, ошибка слежения, плавность сле­жения.

Установлено, что время инерции колеблется в преде­лах 0,65—1,25 с. Время совпадения маркера и визуаль­ного сигнала составляет 5—7 % всего времени слежения. По мере обучаемости это время может быть повышено до 20 % и выше.

Средняя ошибка слежения лежит в пределах 0,15— 0,20 с при скорости движения яркостной отметки 2мм/с и 0,05—0,15 — при V— 10 мм/с. Наибольший удельный вес в процессе слежения составляют операции опереже­ния (40—50%). Из-за наличия внутренних шумов и ограничений в точности реализации сенсорно-моторной операции процесс слежения носит колебательный харак­тер (1,5—5 Гц).

Пространственные характеристики движений включа­ют амплитуду и траекторию движения. При большом числе степеней свободы дистальные части руки могут выполнять движения любой амплитуды и в любом на­правлении в пределах, ограниченных размером тела. Из траекторий движения анатомо-физиологически более выгодными являются эллиптические и круговые. Максимальное рабочее пространство руки приближается к полусфере, радиус которой соответствует ее длине. Значения оптимальных зон досягаемости для выполнения работ в положении сидя приведены в ГОСТ 12.2.032 — 78.

При анализе пространственных характеристик в целях их совершенствования необходимо учитывать зависи­мости суставных углов руки в процессе работы оператора от времени и вида движения.

Важное значение имеет функциональная симметрия-асимметрия человека. Это свойство рода человеческого желательно учитывать не только при проектировании индивидуальных рабочих мест операторов; но и проекти­ровании серийных рабочих мест. В табл. 1 приведены данные применительно к деятельности операторов.

Таблица 1