3.Классификация математических моделей операторской деятельности

В общей психологии разработан ряд моделей для структурного описания восприятия, памяти, принятия решения, процессов коммуникации и т. п.

«Применение в инженерной психологии теории автоматов и построение на ее основе моделей деятель­ности оператора основано на представлении ее как процесса функционирования конечного цифрового (дискретного) автомата»⁴. Под ним понимается математическая модель различного рода систем, кото­рые принимают, хранят и перерабатывают в дискрет­ном времени дискретную информацию. Автоматные модели являются удобным средством представления и описания деятельности управляющего типа

Деятельность оператора как процесс функциони­рования дискретного абстрактного автомата может быть представлена следующим образом. Афферентный (от лат. afferens — приносящий) поток дискретной ин­формации х (считывание показаний приборов, воспри­ятие команд и т. п.), поступающий на вход оператора, переводит его как некоторую управляющую систему из состояния y(t) в состояние y(t+1). Результатом тако­го преобразования является дискретный стохастичес­кий поток эфферентности (от лат. efferens — вынося­щий) информации z (нажатие кнопки, установка переключателей, доклад и т. д.); при этом система пе­реходит в новое состояние. Данный процесс цикли­чески повторяется при переходе СЧМ из исходного состояния H₀ в требуемое Н_k, то есть реализуется фун­кция управления

(2)

где D — совокупная деятельность, которую нужно со­вершить в системе для перевода ее из состояния Н₀ в состояние H_k.

Автоматные модели деятельности оператора об­ладают рядом достоинств, среди которых следует от­метить возможность в равной степени описания как машинного, так и человеческого звена в системе «че­ловек-машина», простоту построения модели, возмож­ность ее сопряжения с моделями других типов. В то же время этим моделям присущ и ряд недостатков: описание деятельности с позиций бихевиоризма (от лат. behavior— поведение), т. е. в основе модели ле­жит простейшая поведенческая формула «стимул-ре­акция», поэтому она не может претендовать на пол­ную адекватность описания реальной деятельности, поскольку в ней выпадает ее существенный компо­нент, связанный с высшей нервной деятельностью человека, его сознанием и мышлением. Поэтому при­менение автоматных моделей ограничено лишь теми видами деятельности управляющего типа, имеющими жестко алгоритмический характер.

На базе структурного подхода может быть постро­ена целая группа моделей, условно называемых сете­выми. В основу их построения положены те или иные виды сетей. Наиболее полно разработаны модели, в основу которых положены традиционные методы се­тевого планирования и управления (СПУ). Для постро­ения сетевой модели деятельность оператора разбива­ется на ряд отдельных действий, имеющих вполне определенный смысл, например, нажатие кнопки, включение тумблера, движение руки к органу управ­ления, перемещение взгляда, опознание характерис­тики объекта и т. п. На языке сетевых моделей эти действия называются работами, а моменты их завер­шения — событиями. Каждая работа в конечном итоге должна быть охарактеризована двумя параметрами — математическим ожиданием и дисперсией продолжи­тельности (времени выполнения) работы. «Общее время решения задачи оператором равно продолжительности критического пути. В таком виде модель используется для априорной оценки времени решения задачи опе­ратором, а также для описания и оптимизации группо­вой деятельности операторов»⁵. Основным дос­тоинством сетевой модели является возможность учета последовательно-параллельного характера выполнения отдельных действий оператором (группой операторов). Остальные достоинства и недостатки такие же, как у автоматных моделей.

Еще одной разновидностью сетевых моделей явля­ется описание различных управляющих действий че­ловека (более широко — его поступков) с помощью фреймов. «Фрейм (от лат. frame — рама, скелет) — это иерархически упорядоченная структура данных, кото­рая является минимально необходимой для задания стереотипных ситуаций или данного класса объектов. В инженерной психологии аппарат фреймов использу­ется для описания и анализа ошибочных действий оператора»⁶.

Для построения сетевых моделей деятельности опе­ратора может быть использован также математический аппарат сетей Петри. «Сеть Петри представля­ет математическую модель дискретных систем с парал­лельно функционирующими и асинхронно взаимодей­ствующими компонентами»⁷. Предложены немецким ученым К. Петри в начале 60-х гг. Графически сети Петри (рисунок 1) представляют собой двухдольный ори­ентированный мультиграф с вершинами двух типов: переходами (моделирующими события в дискретной системе) и позициями (моделирующими предусловия выполнения события и постусловия, возникающие пос­ле события). Позиции графически обозначаются кру­жочками, переходы — черточками (рисунок 1).

Рисунок 1 - Графическое изображение сети Петри

С помощью сетей Петри моделируются не времен­ные, а причинно-следственные связи. Они широко при­меняются для моделирования различных систем. В ин­женерной психологии их используют для описания, проектирования и исследования деятельности операто­ра (группы операторов), определения показателей ка­чества деятельности, расчета надежности системы «че­ловек-машина

«На базе структурного подхода строятся также ал­горитмические и структурные модели. Алгоритмичес­кие модели характеризуются использованием алгорит­мического языка, впервые примененного в инженерной психологии Г.М. Зараковским»⁸. Модели этого клас­са в принципе могут использоваться для описания любой целостной деятельности, имеющей дискретный характер.

В ряде случаев модели деятельности оператора могут строится на базе математического аппарата те­ории множеств. Под ней понимается раздел математи­ки, исследующий общее свойство множеств. Множе­ством называется любое объединение в одно целое некоторых определенных и различных между собой объектов нашего восприятия или мысли. Теоре­тико-множественные модели в инженерной психоло­гии предложены К.С. Козловым для описания процес­са информационного поиска оператором, описания процессов обучения.

Абстрактный граф деятельности (АГД) представля­ет собой некоторую конечную совокупность вершин, отображающих элементы деятельности (людей, пред­меты и орудия труда, реализуемые операции), и сопо­ставленную этим вершинам совокупность дуг, харак­теризующих связи между элементами деятельности (материальные, информационные, энергетические).

Помимо использования для построения структур­но-алгоритмических моделей деятельности оператора теория графов используется в инженерной психоло­гии и для решения целого ряда других задач: для оп­тимального размещения людей и машин в рабочих по­мещениях и оборудования на рабочем месте; для описания и анализа потоков информации в систе­мах контроля и управления; для описания и машинного моделирования процессов памяти, опера­тивного мышления и принятия решений; для описания и анализа организационной структуры тру­дового коллектива — формальной и неформальной. Методы теории графов лежат также в основе одного из подходов к построению семантической тео­рии информации.

Для построения моделей оператора может исполь­зоваться и математический аппарат теории игр; такие модели называются игровыми. Теорией игр называет­ся раздел математики, изучающий абстрактные моде­ли конфликтных ситуаций.

Математический аппарат теории игр предлагается также использовать в качестве основного средства для описания и разрешения различного рода конфликтов в системе «человек-машина».

Методы теории информации применяются в инже­нерной психологии при решении ряда задач. Во-первых, количество перерабатываемой информации может ис­пользоваться как мера сложности работы оператора, следовательно, такой способ позволяет сравнивать меж­ду собой различные виды операторской деятельности. Во-вторых, зная количество информации, можно оценить время, которое затрачивает оператор на переработку этой информации, поскольку между ними, как правило, существует линейная зависимость. В-третьих, знание количества информации позволяет согласовать скорость ее выдачи (производительность источника информации) с психофизиологическими возможностями человека по ее приему и обработке.

Применение теории информации для анализа де­ятельности оператора связано с целым рядом трудно­стей. Это обусловлено тем, что теория информации была создана для решения ряда задач в технике связи. Поэтому простой перенос ее методов в другую об­ласть — исследование человеческой деятельности — не всегда дает желаемые результаты.

Для построения моделей деятельности оператора может использоваться также математический аппарат теории массового обслуживания. Информация со средств отображения и от взаимодействующих опера­торов, а также сигналы внешней среды образуют вхо­дящий поток заявок (требований на обслуживание). Обычно предполагается, что входящий поток подчинен закону Пуассона. Такой поток иначе называется про­стейшим. Для его описания требуется знать величину k — плотность входящего потока, которая равняется числу заявок, поступивших в единицу времени. Заявки поступают или прямо к оператору, или становятся в очередь на обслуживание (если оператор занят обслу­живанием предыдущей заявки). Устройством для хра­нения очереди могут быть средства отображения ин­формации или память оператора. В зависимости от организации очереди могут быть различные типы СМО: с ожиданием, или без потерь (любая заявка хранится до тех пор, пока не будет обслужена оператором); с ограниченным ожиданием (заявка хранится в очереди ограниченное время); с ограниченной длиной очереди (в очередь может становиться лишь ограниченное чис­ло заявок); с потерями (заявки, поступившие в момент занятости оператора, в очередь не становятся и к об­служиванию не принимаются).

Применение аппарата теории массового обслужи­вания позволяет учесть ряд специфических особеннос­тей, характерных для деятельности оператора и обуслов­ленных представлением его в качестве обслуживающего аппарата. Так, например, ограниченность объема опера­тивной памяти заставляет рассматривать СМО с ограни­ченной длиной очереди, а ограниченность длительности сохранения информации в памяти — СМО с ограничен­ным временем ожидания. Групповая деятельность опе­раторов может быть учтена при рассмотрении многока­нальных или многофазных СМО в зависимости от вида взаимодействия операторов.

Возможность совершения ошибок оператором и их исправления приводит к необходимости рассмотрения СМО с ненадежным обслуживающим аппаратом. При этом ошибки оператора рассматриваются как поток отказов обслуживающего аппарата, а время их исправ­ления — как время восстановления.

К сожалению, применение методов теории массо­вого обслуживания для построения моделей деятель­ности оператора также связано с целым рядом трудно­стей. Основная из них определяется введением целого ряда ограничений относительно вида входящего пото­ка заявок и закона распределения времени обслужи­вания. Входящий поток на практике часто отличается от простейшего, а закон распределения времени об­служивания — от экспоненциального. Другая труд­ность связана с тем, что в теории массового обслужи­вания не учитывается качественная, содержательная сторона обслуживания. Для оценки качества обслужи­вания необходимо дополнительно применять другие методы.

Заключение

Инженерная психология есть научная дисциплина, изучающая объективные закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техни­ки с целью использования их в практике проектиро­вания, создания и эксплуатации СЧМ. Процессы ин­формационного взаимодействия человека и техники являются предметом инженерной психологии. Значе­ние инженерной психологии при изучения деятельности человека в СЧМ определяется тем, что она иссле­дует процессы приема, хранения, переработки и реа­лизации информации человеком. В системах управления циркуляция и переработка информации имеют фунда­ментальное значение. С одной стороны, от Точности и своевременности приема информации человеком, на­дежности ее хранения и воспроизведения, эффектив­ности переработки в конечном итоге зависят надеж­ность, точность и быстродействие всей СЧМ. С другой стороны, с теми или иными нарушениями информаци­онного взаимодействия человека и машины связана основная масса ошибок, допускаемых человеком. Что­бы система «человек — машина» функционировала надежно и эффективно, необходимо, чтобы информа­ция, адресуемая человеку, передавалась ему в форме, наиболее удобной для ее восприятия, запоминания и осмысливания, а органы управления были бы удобны­ми для организации соответствующих движений.

Список использованной литературы

1.Ананьев Б.Г. О проблемах современного человекознания. - М.: Наука, 2007. – 210 с.

2.Венда В.Ф., Нафтульев А.И., Рубахин В.Ф. Организация труда операторов: инженерно-психологические пробле­мы. - М.: Экономика, 2008. – 297 с.

3.Выщепан Л.И., Выщепан Л.Н. Коэффициент загрузки и надежность оператора // Прикладные вопросы инженер­ной психологии. Вып.2. - Таганрог: ТРТИ, 2005. – 427 с.

4.Гиппенрейтер Ю.Б. Введение в общую психологию. - М.: ЧеРо,1998. – 330 с.

5.Гриншпин И.В. Введение в психологию. - М.: Межд. педагог. академия, 2004. – 390 с.

6.Грановская P.M. Элементы практической психологии. - СПб.: Свет, 1997. – 470 с.

7.Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии. — М.: Академический Проект, 2002. – 259 с.

8.Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Психология труда, профессиональной, информационной и организационной деятельности. Реклама, управление, инженерная психология и эргономика: словарь. – М.: Академический проект, 2005. – 590 с.

9.Инженерная психология: теория, методология, практичес­кое применение / Под ред. Б.Ф. Ломова. - М.: Наука, 2004. – 218 с.

10.Котик М.А. Курс инженерной психологии. - Таллин: Вал­гус, 2005. – 238 с.

11.Крылов А.А. Человек в автоматизированных системах уп­равления. – М.: АСТ, 2007. – 450 с.

12.Очерки по инженерной психологии/ под ред. Б. Ф. Ломова. – М.: "Высшая школа", 1986. – 230 с.

13.Психология: учебник для технических вузов / под ред. В.Н. Дружинина. – М.: Академия, 2000. – 320 с.

14.Стрелков Ю.К. Инженерная и профессиональная психология. – М.: Инфа-М, 2012. – 360 с.

1 Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии. — М.: Академический Проект, 2002. С. 189.

2 Котик М.А. Курс инженерной психологии. - Таллин: Вал­гус, 2005. С. 220.

3 Инженерная психология: теория, методология, практичес­кое применение / Под ред. Б.Ф. Ломова. - М.: Наука, 2004. С. 119.

4 Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии. — М.: Академический Проект, 2002. С. 198.

5 Психология: учебник для технических вузов / под ред. В.Н. Дружинина. – М.: Академия, 2000. С. 120.

6 Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии. — М.: Академический Проект, 2002. С. 126.

7Котик М.А. Курс инженерной психологии. - Таллин: Вал­гус, 2005. С. 215.

8 Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Основы инженерной психологии. — М.: Академический Проект, 2002. С. 128.

20