С увеличением производительности машин возрастала и сложность управления ими. Повышение скоростей, уменьшение допусков, усложнение динамики, а также взаимосвязь и взаимодействие с группами людей и машин требуют от оператора умения предвидеть ситуации, устойчивых навыков управления, быстрой реакции. Разработка машин и систем, полностью использующих, но не превышающих возможности человека, является технической задачей, решение которой требует понимания того, как ведут себя люди в определенных ситуациях, где применяются системы человек-машина. Проблемой взаимодействия человека и машины занимаются специалисты (инженеры и психологи).
Раньше большая часть задач, связанных с наличием человека в технических системах, могла быть решена методом проб и ошибок либо на основе здравого смысла (каждый инженер должен иметь представление о физиологии и психологии человека). Оператору приходилось приспосабливаться к неудобствам управления, но это происходило за счет усталости, плохой работы системы и ошибок управления, что недопустимо в большинстве современных систем. Таким образом, возникла необходимость учитывать в процессе разработки системы взаимодействие человека и машины, и делать это так, чтобы можно было предсказать результаты разработки в виде критериев производительности системы. Прогнозирование поведения человека-оператора необходимо вести методами, совместимыми с описанием действия машины, т.е. моделировать и прогнозировать поведение оператора как компоненты системы человек-машина.
Чтобы приносить пользу, моделирование не обязательно должно давать точные и подробные предсказания. Модели могут быть полезны, даже если они только помогают инженеру осмыслить поведение людей и дают возможность выделить существенные факторы, или если они помогают разработать специальные эксперимент или модель для решения специфических вопросов.
Изменения условий трудовой деятельности, за которыми не поспевает биологическая перестройка организма человека, обусловливают возникновение целого ряда негативных явлений. Работая иногда на пределе психофизиологических возможностей и в неблагоприятной производственной среде, человек допускает ошибки, «цена» которых в современном производстве резко возросла. В большинстве случаев действия операторов указываются неправильными не из-за низкой их квалификации, а по причине несоответствия конструктивных особенностей техники возможностям человека.
По имеющимся данным на долю человеческого фактора сейчас приходится от 40 до 70 % всех отказов технически сложных систем. В соответствии с мировой статистикой 80 % катастроф в авиации и 64 % на морском флоте происходят в результате ошибок, называемых логическими и моральными. О высоких нагрузках на психику и общее состояние операторов сложных систем свидетельствуют такие данные. На предпосадочном снижении у командира авиалайнера частота переноса взгляда на приборы колеблется от 100 до 200 в мин. Длительность фиксации взгляда на каждом приборе составляет 0.66 с; приходится совершать руками около 30 движений в мин. В результате – пульс при посадке 150 ударов в минуту, кровяное давление 200 мм.рт.ст.
Из приведенных примеров видно, что как бы ни была совершена техника, ее эффективное и безопасное применение в конечном итоге зависит от того, насколько полно согласованы конструктивные параметры с оптимальными условиями работы человека, с его психофизиологическими возможностями и особенностями. Поэтому и возникает необходимость изучения работы машин (систем) и деятельности операторов в едином комплексе «человек-техника-среда».
Изучением вопросов, связанных с человеческим фактором, занимаются такие научные дисциплины, как инженерная психология и эргономика, а также сравнительно новая «Интерфейсная теория», которая будет рассмотрена позднее
Система "человек-машина" (Man-machine system) – система, в которой человек-оператор или группа операторов взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации.
Инженерная психология – научная дисциплина, изучающая объективные закономерности процессов информационного взаимодействия человека и техники для использования их в практике проектирования.
Основные задачи инженерной психологии:
- анализ функций человека в системах обработки информации, определение его места и роли в системе, изучение структуры и классификации деятельности операторов.
- изучение процессов преобразования информации операторов при ее приеме и переработке, принятие решений о выполнении управляющих воздействий.
- Разработка принципов построения рабочих мест операторов
- изучение влияния психологических факторов на эффективность СИМ, оптимизацию взаимодействия человека с техническими средствами
- Разработка принципов и методов проф. подготовки оператора с помощью проф. отбора, обучения, формирование коллектива и тренировки
- Разработка теории инженерной психологии, ее проектирование и использование при разработке систем человек-машина, исследование и определение экономического эффекта инженерно – экономических разработок.
Эргономика - это наука, изучающая проблемы, возникающие в систем «человек-техника-среда», с целью оптимизации трудовой деятельности оператора, создания для него комфортных и безопасных условий, повышения за счет этого его производительности, сохранения здоровья и работоспособности.
Для рационального проектирования эргатических (человекомашинных) систем необходимо знать:
1. психофизиологические характеристики оператора
2. средства и способы, обеспечивающие оптимизацию взаимодействия человека и техники.
В настоящее время все большее влияние при проектировании приобретает микроэргономика, занимающаяся исследованием и проектированием систем "человек-машина". Сюда же включаются интерфейсы "человек-компьютер" (компьютер рассматривается как часть машины - например, в кабине истребителя есть дисплеи), - как аппаратные интерфейсы, так и программные (пользовательские интерфейсы).
Под пользовательским интерфейсом (ПИ) программы будем понимать совокупность элементов, позволяющих пользователю программы управлять ее работой и получать требуемые результаты.
Пользовательский интерфейс часто понимают только как внешний вид программы. Однако на деле пользователь воспринимает через ПИ всю систему в целом, а значит, такое понимание ПИ является слишком узким. В действительности ПИ включает в себя все аспекты дизайна, которые оказывают влияние на взаимодействие пользователя и системы. Это не только экран, который видит пользователь. Пользовательский интерфейс состоит из множества составляющих, таких как:
- набор задач пользователя, которые он решает при помощи системы
- используемая системой метафора (например, рабочий стол в MS Windows и т.п.)
- элементы управления системой
- навигация между блоками системы
- визуальный (и не только) дизайн экранов программы.
Информационное взаимодействие
Слово информация вошло в постоянное употребление не так давно, в середине двадцатого века, с подачи Клода Шеннона. Он ввел этот термин в узком техническом смысле, применительно к теории связи или передачи кодов (которая получила название "Теория информации").
Попробуем теперь сформулировать определение информации и информационного взаимодействия. Слово информация происходит от латинского informatio - разъяснение, изложение. В широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой неживой природой, людьми и устройствами. Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Данные, это информация, выраженная при помощи материальных носителей, т.е. это форма, в которую заключен смысл, содержание. В общем случае процесс сопоставления информации с материальными носителями называется кодированием (не путать с шифрацией и криптографией), а сами материальные носители (некоторые формы вещества и энергии) – информационными кодами.
Информация между объектами переносится с помощью обмена веществом или энергией, являющихся в данном случае информационными кодами. Информация, выраженная в виде информационных кодов – данные. Прием информационных кодов вызывает изменение состояния объекта. Одним из важнейших свойств информационного взаимодействия, отличающих его от симметричных физических взаимодействий, является то, что информация не теряется при передаче. Для примера: пусть у одного человека было яблоко, он передает его другому человеку, при этом его утрачивая. Пусть у одного человека была идея, он поделится ей с другим человеком, в результате у каждого будет по одной идее.
Информационное взаимодействие может происходить только при определенном взаимном соответствии свойств объектов. От свойств принимающего объекта зависит в конечном итоге то, какую информацию он принимает, получая конкретный набор кодов.
Человеко-машинное информационное взаимодействие
Теперь рассмотрим один из видов информационного взаимодействия – взаимодействие человека и машины. Не вдаваясь в детали, схематически его можно представить следующим образом
 |
Рис.2 – структурная схема человеко-машинного взаимодействия
Однако, в силу своих специфических особенностей, человек не может напрямую общаться с машиной, в самом деле, не может же он воспринимать, предположим, электрические сигналы, с помощью которых передают информацию машины. Иными словами требуется согласовать их аппараты интерпретации. Необходимо использовать такие устройства, которые бы представляли машинные сигналы в виде, удобном для восприятия человеком, устройства индикации. В настоящее время чаще всего используются визуальные (зрительные – световое отображение на экране), звуковые и тактильные (осязательные) устройства индикации. На устройствах индикации формируется так называемая динамическая информационная модель (ИМ) – объективный образ реального мира, полученный в соответствии с определенными правилами, множество сигналов от машины, несущих информацию оператору. Динамическая информационная модель постоянно изменяется в соответствии с изменениями, происходящими в объекте наблюдения (машине). Оператор принимает информацию, содержащуюся в динамической модели, при помощи рецепторов.
Полученная информация затем обрабатывается некоторым образом в центральной нервной системе. На основе восприятия динамической информационной модели в сознании человека создается представление (концепция) о состоянии реального объекта, машины. Такая модель называется концептуальной (образно-концептуальной) или психической.
Образно-концептуальная модель – совокупность представлений оператора о реальном и прогнозируемом состоянии объекта деятельности, о целях и способах реализации своей деятельности. Различают постоянные и переменные (оперативные) компоненты образно-концептуальной модели. Первые включают: общее представление оператора о времени и пространстве, о стратегических целях деятельности, систему ценностей и оценок, представление о стандартных способах реагирования на изменения ситуации. Переменные компоненты являются результатом анализа потока информации о машине, передаваемого информационной моделью. Выявленные изменения приводят к модификации концептуальной модели, оцениваются и актуализируют соответствующие способы реагирования. Образно-концептуальная модель имеет сложный полимодальный характер, может содержать зрительные, слуховые, тактильные, а в некоторых видах деятельности – обонятельные, вестибулярные и другие составляющие. Значительное влияние на образно-концептуальную модель оказывает индивидуальный сенсорно-перцептивный опыт оператора, а также усвоенная им семиотическая система, характерная для данной культуры. Несмотря на структурную сложность, образно-концептуальная модель представляет собой целостное отражение действительности, обладающее тенденцией к совершенствованию.
В результате анализа концептуальной модели, человек принимает решение, которое реализует с помощью эффекторов. Для преобразования команд человека в машинные сигналы служат специальные устройства ввода (в настоящее время в качестве устройств ввода наибольшее распространение получили различные виды клавиатур). Воздействуя на устройства ввода, оператор осуществляет целенаправленную деятельность в соответствии с задачами всей системы.
Далее рассмотрим подробнее процесс переработки информации человеком с физиологической и психологической точек зрения.
Таким образом, упрощенно функции оператора в эргатической системе можно свести к следующему набору:
- прием информации
- хранение информации
- переработка информации
- принятие решения
- осуществление управляющих воздействий
С психологической точки зрения прием и обработка информации основываются на следующих процессах:
- ощущение
- восприятие
- представление
- мышление
Ощущение — построение образов отдельных свойств предметов окружающего мира при непосредственном взаимодействии с ними. Существуют различные виды ощущений. По модальности выделяют зрительные, вкусовые, слуховые, осязательные и другие ощущения.
Восприятие — процесс формирования при помощи активных действий образа предмета в целом. В отличие от ощущений, отражающих лишь отдельные свойства предметов, в образе восприятия представлен весь предмет, в совокупности его различных свойств. Принимая информацию, оператор анализирует и преобразует ее. Экспериментально установлено, что различение признаков визуальных сигналов осуществляется в определенной последовательности: первоначально различается положение отметки, затем ее яркость и лишь после этого размер и форма.
Образ восприятия выступает как результат объединения ощущений. В воспринимаемом предмете главным может оказаться либо одно, либо другое качество, от чего зависит, информация от какого анализатора будет признана приоритетной.
Также как и ощущения, различают зрительное, слуховое, осязательное, вкусовое и обонятельное восприятие. При этом особенно важную роль во всех видах восприятия, играют двигательные, или кинестезические ощущения, которые регулируют по принципу обратной связи реальные взаимоотношения субъекта с предметом. В частности, в зрительном восприятии вместе с собственно зрительными ощущениями (цвета, света) интегрируются также и кинестезические ощущения, сопровождающие движения глаза (аккомодация, конвергенция и дивергенция, слежение).
Основными свойствами восприятия являются
ü влияние на восприятие предметов окружающего мира предшествующего опыта и установок индивида
ü способность к выделению в воспринимаемом пространстве определенных областей, имеющих более или менее очерченные и устойчивые границы,т.е. отнесение объекта к определенной категории. При этом четкость данных границ тесно связана с перцептивными задачами, решаемыми индивидом.
ü относительная устойчивость воспринимаемых признаков предметов при изменении условий восприятия
ü преимущественное выделение одних объектов по сравнению с другими
Представление — наглядный образ предмета, воспроизведенный по памяти в воображении. Образы представлений, как правило, менее ярки и менее детальны, чем образы восприятия, но в них находит отражение самое характерное для данного предмета. Представление и есть рассмотренная выше концептуальная модель.
Что обеспечивает устойчивость концептуальной модели в условиях, когда на органы чувств человека воздействуют одновременно множество постоянно меняющихся раздражителей? Если бы организм, центральная нервная система постоянно реагировали на все эти сигналы, поведение человека было бы хаотичным и ни о какой целенаправленной деятельности не могло бы быть и речи. Однако этого не происходит, так как в коре головного мозга образуется устойчивый очаг повышенной возбудимости нервных центров, обеспечивающих систему условных рефлексов, составляющих данную деятельность, а остальные, лишние для этой деятельности рефлексы, тормозятся, подавляются. Такой господствующий очаг нервного возбуждения, обеспечивающий реализацию рабочего динамического стереотипа, называют рабочей доминантой. Благодаря ей уточняются, концентрируются рабочие действия, а внимание исполнителя сосредотачивается на трудовой деятельности.
Таким образом, на уровне восприятия происходит: Обнаружение объекта, т.е. выделение его из фона; различие, выделение деталей объектов и раздельное восприятие 2-х рядом расположенных; Опознавание. Выделение существенных признаков объектов и отнесение его к определенному классу.
На основе ощущения и восприятия строится более сложная форма чувственного отражения представления – вторичный, чувственный образ предмета, не действующего в данный момент на наши органы чувств.
Обычно преставление об объекте формируется на основе многократного восприятия, вследствие чего отбираются и фиксируются лишь наиболее устойчивые признаки объекта, а случайно зависящие от конкретной ситуации отсекаются
В представлении отражаются не только свойства отдельного предмета, но и особенные, типичные, основанные на взгляде для группы предметов, т.е. за счет представления достигается наиболее экономичный способ хранения информации об Объекте и наиболее быстрый способ извлечения информации из предмета.
Мышление – наиболее сложный из психологических процессов приема и обработки информации, в рамках данного курса подробно рассматриваться не будет. Можно отметить, что в процессе мышления присутствуют такие операции, как анализ, синтез, абстрагирование, обобщение и т.д.
В сложных ситуациях оператор последовательно должен выполнить :
1. осмыслить ситуацию, т.е. выяснить проблему
2. выяснить конкретную задачу, т.е. к чему сводится задание
3. найти пути решения задачи в условиях дефицита времени
Во всей описанной процедуре очень важна оперативность мышления, в результате которой в процессе решения практической задачи управления формируется модель предполагаемых действий. Выполнив действия, оператор решает поставленную задачу.
Оперативное мышление включает:
1. выявление проблемной ситуации
2. систематизация мысленных и практических преобразований ситуаций, т.е. алгоритм действий.
Основные составляющие оперативного мышления:
1. структурирование - структурирование проявляется в связывании элементов ситуации между собой.
2. динамическое узнавание – основывается на определении частей конечной ситуации в исходной проблемной ситуации
3. формирование алгоритма
Для процессов мышления важную роль играет память человека.
Основные формы памяти:
- кратковременная
- долговременная
Кратковременная память в свою очередь подразделяется на:
1. непосредственная
2. оперативная
В непосредственной памяти хранится почти вся поступающая информация, но время ее хранения не превышает нескольких секунд.
В оперативной памяти сохраняется необходимая текущая информация в течение времени, требуемого для выполнения определенного действия (максимум несколько минут). Перевод информации из непосредственной в оперативную сопровождается ее селекцией по критериям, определяемых решением задачи.
Затем важная для информация переводится из кратковременной памяти в долговременную память. При этом происходит селекция и реорганизация информации (временное хранение в долговременное – дни, месяцы, годы)
В зависимости от задач, решаемых в системе, ведущая роль может принадлежать той или иной памяти. Например, на надежность и эффективность действий оператора решающую роль оказывает оперативная память.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему