Определение инженерной психологии

В рассмотренных исследованиях  технические усовершенствования касались в основном принципов расположения клавиш и не затрагивали собственно структуру клавиатур. Однако, по словам П. Холдена, как раз структура  клавиатуры может оказать наибольшее влияние на работу АСУ.

Основываясь на ряде экспериментальных  исследований, в которых были выявлены конкретные причины инженерно-психологического несоответствия устройств ввода  информации требованиям пользователя, П. Холден предлагает следующие принципы их конструирования: минимум новых  навыков; небольшой размер и эргономическая приемлемость; отсутствие сложных входных  последовательностей; автоматизация  навыка и максимальная концентрация внимания на средствах отображения  данных; минимальное число операций (операция – законченное действие или ряд связанных между собой действий, направленных на решение определенной задачи) и естественность их выполнения. Большинству этих требований удовлетворяют так называемые полуфункциональные, или аккордные, клавиатуры. Не случайно, по-видимому, большинство исследователей проблемы ввода информации в ЭВМ (Т. Элден, Р. Даниэлс, А. Чапанис, К. Грине и др.) обращают внимание на необходимость самого широкого использования полуфункциональных клавиатур. Это заключение вытекает из анализа многочисленных теоретических и экспериментальных данных, подтверждающих гипотезу о том, что клавиатуры, в которых минимизирована амплитуда достигающих движений, позволяют осуществлять самый быстрый ввод информации.

В настоящее время одним  из основных принципов организации  клавишных панелей является так  называемый раздельный принцип, когда  каждый символ возможного сообщения (реже два или три символа) вводится посредством специально предусмотренной  клавиши. Типичными представителями  такого рода организации панелей  являются клавиатуры пишущих машинок, некоторые вводные устройства в  электронных вычислительных машинах  и т. д. Клавиатуры с подобной организацией определим как монофункциональные. Ясно, что возникает вопрос о габаритах  панелей для монофункциональных клавиатур сложных эргатических систем, алфавит которых содержит десятки и сотни символов. При  этом проблема отнюдь не исчерпывается  трудностями размещения многоклавишных панелей и получением приемлемых весовых характеристик пультов, хотя и эти соображения могут  оказаться решающими, например, для  летательных аппаратов, подводных  лодок и подобных объектов. 

Анализ  и синтез многокомпонентных систем отображения информации

В инженерной психологии наметился  переход от изучения отдельных средств  отображения и ввода информации к попыткам создания обобщенной инженерно-психологической  теории “сопряжения” оператора с  аппаратурой. К настоящему времени  достаточно четко вырисовалось несколько  концепций анализа и синтеза  средств отображения информации. Одна из них – структурно-психологическая  концепция синтеза информационных моделей – сформулирована В. Ф. Вендой. Другая – концепция анализа средств отображения информации на основе так называемого системно-лингвистического подхода – предложена А. Г. Чачко. Проблема оптимизации СОИ здесь неразрывно связывается с построением целостной системы. Пренебрежение системным подходом приводит к тому, что конструируются щиты и пульты, перегруженные хаотически расположенными элементами, каждый из которых слабо сочетается с другими, а все вместе – трудно “сопрягаются” и с людьми, и с машинами.

Основная посылка системно-лингвистической  концепции состоит в том, что  ключевым этапом проектирования СОИ  является выбор языка взаимодействия человека с объектом управления. В  силу этого в качестве первоочередных выступают задачи: определения набора знаков, оценки необходимости использования  цвета, изменения яркости или  акустических сигналов, выделения основных форм организации кодов и структуры. Методика, позволяющая выбрать язык взаимодействия, включает инженерно-психологические  приемы и формализм математической лингвистики. Они помогают выработать правила иерархической организации  кодов и структур, на основе которых  формулируется порождающая грамматика языка взаимодействия. На основе этой грамматики и формируются типичные объединения структур – гипертексты. Поскольку правила грамматики являются не предписаниями, а разрешениями, множество  гипертекстов всегда оказывается большим, чем это необходимо операторам для  принятия решений. Отсюда возникает  задача выделения оптимального гипертекста  для каждого решения. Решение  этой задачи рассматривается как  наиболее кропотливый этап проектирования СОИ. В основу его положена модель массового обслуживания, где обслуживающим  “прибором” считается человек-оператор, а входящим потоком требований –  сигналы, поступающие от объекта  и образующие информацию, составляющую гипертекст.

Взаимодействие оператор – гипертекст описывается для  каждого варианта. В описаниях  выделяются повторяющиеся части, которые  рассматриваются как элементы решений.

Формальная процедура  получения математической модели в  рамках системно-лингвистической концепции  выглядит следующим образом. Экспериментами установлено, что принятие человеком-оператором решений базируется на особом понимании  объекта управления, на глубинной  лингвистической структуре. Конкретные решения получаются в результате ряда преобразований – трансформаций  от глубинной структуры к поверхностным  продукциям.

Глубинная структура представляется в модели в виде семантической  сети (СС). Каждый узел СС является списком, состоящим из признаков и их значений. Некоторые из значений, признаков  или узлов имеют отметки –  семантические валентности. СС –  это граф, в котором отмеченные элементы связаны дугами по валентностям. Примеры смысловых связей: “является  частью...”, “осуществляется посредством...”, “характеризуется...”.

Сеть содержит описания технологических  элементов (“анатомии” объекта), сред и процессов (“физиологии” объекта), износа и отказов (“жизненного цикла” объекта). Названные узлы могут быть либо конкретными, либо обобщенными. Конкретные узлы описывают единичные элементы объекта; обобщенные узлы введены для многократно используемых описаний. Конкретный узел содержит лишь отличия, а общие свойства элемента задаются отсылками к обобщенным узлам и модификаторами.

Деятельность операторов разделяется на пять этапов. Чтобы  получить из СС поверхностные продукции, на каждом этапе используется свой математический формализм.

Для этапа наблюдения таким  формализмом служит теория размытых (нечетких) множеств; соответствующий  алгоритм вычисления функций членства формирует набор характеристических параметров. Модель сопоставляет образцовые значения параметров с текущими значениями.

Этап оценки опасности  отклонения основан на правилах, выявляющих резервное время и последствия  его превышения (математический формализм  – передаточные функции объекта  – управление). Оценка опасности  может повести к изменению  цели управления.

На этапе выявления  причин отклонения модель осуществляет поиск по смыслу “центра” и “периферии”  технологической схемы, оценивает  “роли” и “вклад” найденных  элементов в отклонение. В результате из семантической сети порождается  дерево оценки ситуации.

Идеальный  процесс  порождения  дерева – последовательная деабстрактизация от корня к конечным причинам; реальный процесс зависит от характеристик оператора.

После выявления причины  отклонения переходят к этапу  планирования корректирующих действий. Причина оказывается корнем дерева планов, которое также порождается  на основе семантической сети. Правила  порождения сформулированы в терминах целей, средств и ограничений. Процессы порождения аналогичны описанным.

Наконец, для этапа реализации планов характерными являются правила, устанавливающие однозначное соответствие между командами и стандартными подалгоритмами управления. Привлекая  соответствующие алгоритмы, изменяют состояние объекта, что приводит к новым настройкам семантической  сети, т. е. цикл завершается.

Значительные потенциальные  возможности повышения эффективности  функционирования человека-оператора  могут быть реализованы посредством  структурирования информации на многокомпонентных  СОИ. Этот подход позволяет управлять  стратегией восприятия.

Б. Ф. Ломов предлагает при  создании СОИ использовать в качестве методов управления стратегией восприятия художественно-композиционные средства, ритмические ряды, акценты, структурирование ситуаций. Развивая эти идеи, А. А. Митькин  подчеркивает, что имеются возможности  оптимизировать условия деятельности человека-оператора, если правильно  определить для наиболее важных наблюдений и в зависимости от особенностей информации, которая должна быть передана, ту или иную форму СОИ. Для каждой формы СОИ характерно: а) специфическое  распределение точек фиксации, т. е. наличие более или менее  обозреваемых зон, образующих определенную пространственную структуру; б) специфическое  преобладание первых поисковых движений глаз; в) преобладание тех или иных направлений и маршрутов обзора, что обусловлено взаимодействием двух факторов: особенностями формы и психофизиологией зрения. При этом оказалось, что весьма эффективным является применение средств композиции с целью организации определенной последовательности обзора.

Заслуживает внимания и мысль  о том, что относительная различимость объектов (степень различения по какому-либо признаку) может явиться фактором, позволяющим управлять вниманием  человека-оператора и детерминировать  маршруты зрительного восприятия. Так, экспериментально сравнивались процессы решения  оперативных задач  по  обычной мнемосхеме теплоэнергетического объекта и по мнемосхеме с последовательным выделением (высвечиванием) контуров, связанных с этапами решения оперативных задач при ликвидации нарушений. Зрительное выделение контуров служило средством управления вниманием операторов. Результаты показывают, что в последнем случае существенно улучшились показатели эффективности решения по сравнению с обычной мнемосхемой. В отдельных случаях время решения задачи сокращалось в 7—8 раз, почти полностью исчезали ошибки, особенно связанные с предупреждением последующих отклонений. Можно предположить, что выделение контуров служит одним из эффективных средств снижения субъективной сложности решаемых задач.

В плане структурирования информации весьма важной представляется разработка принципов обобщения  и снижения доли информации, не относящейся  в данный момент к оперативной  задаче. Так, например, В. Ф. Венда и  В. А. Вавилов экспериментально исследовали  два таких принципа: 1) принцип  разделения информации разной степени  обобщенности в пространстве (внешние  связи в центре, подробные схемы  на периферии); 2) принцип разделения информации по времени: в нормальном состоянии внутренние схемы не отображаются, а при аварийных нарушениях режима энергосистемы обобщенные схемы  частично детализируются в зависимости  от характера нарушений. Согласно полученным результатам, использование последнего принципа предпочтительнее.

Принципы организации  многокомпонентных СОИ разрабатывались  практически с момента зарождения инженерно-психологических исследований и описаны в многочисленных справочных руководствах. Однако до сих пор  не удалось избежать некоторой противоречивости при их практическом использовании.

Р. Голдбек и Р. Фаулер приводят оценки деятельности при четырех  принципах расположения  приборов на панели пульта: 1) с учетом последовательности использования; 2) по функциональному признаку; 3) по частоте использования; 4) по значимости для выполнения задания. Результаты показывают, что при варианте 1 характеристики деятельности лучше как для дискретной, так и для непрерывной задач. Вариант 2 также способствует улучшению характеристик деятельности, но в значительно меньшей степени, чем первый. Расположение приборов по принципам 3 и 4 оказалось неэффективным.

Указанные противоречия свидетельствуют  о настоятельной необходи-мости  поиска методик исследования и организации  многокомпонентных СОИ. К настоящему времени уже предложено несколько методик. В той или иной мере все они основаны на идее упорядочивания элементов на панели.

Одна из таких методик  известна под названием “Анализ  звеньев”. Основная цель ее – наиболее эффективное размещение средств  индикации и органов управления в пределах заданной рабочей зоны. Термин “звено” относится к связи  человека с конкретным оборудованием. При планировании размещения оборудования на схему наносятся линии, отражающие частоту и (или) важность связей между  элементами, а размещение считается  лучшим в том случае, когда число  пересекающихся линий минимально.

Понятно, что эта методика предполагает наличие проекта панели и точных сведений о рабочих операциях. При осуществлении анализа звеньев  по чертежам последовательность процедур в соответствии с алгоритмом деятельности рассчитывается и изображается графически в виде линий, соединяющих каждый орган (орган – средство осуществления  той или иной функции) управления и индикаторы в той последовательности, в которой они используются. Высокая  концентрация связей для некоторых  элементов указывает на необходимость  привлечения к ним более пристального внимания. Конечно, данная методика не может претендовать на систематичность  и методическую строгость, а рассматривается  скорее как основа для предварительных  решений по компоновке многокомпонентных  СОИ.

Дальнейшим развитием  “Анализа звеньев” является  методика, разрабатываемая П.Я. Шлаеном и его сотрудниками. Основное положение этой методики: размещение элементов индикации и органов управления желательно производить таким образом, чтобы по возможности максимально упорядочить маршрут их обзора, согласовав его с заранее установленной закономерностью, позволяющей оператору строить стратегию информационного поиска на мнемонической(мнемоника – совокупность приемов и способов, облегчающих запоминание и увеличивающих объем памяти путем образования искусственных ассоциаций) основе. В качестве указанной закономерности может выбираться последовательность, обладающая максимальной мнемоничностью с точки зрения траектории поиска (“горизонтальный ряд”, “вертикальный ряд”, “наклонный ряд” и т. п.). Для количественной оценки оптимальности размещения элементов индикации и органов управления на пульте по критерию соответствия маршрута их обслуживания наиболее “мнемоничным” закономерностям предлагается специальный графоаналитический метод, позволяющий с помощью специальных графиков и эмпирической формулы определить дополнительные временные затраты оператора на поиск элементов индикации и органов управления при различной степени упорядоченности их размещения на пульте.