Психология труда и инженерная психология

§ 9. МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

В общей форме принципы математического моделирования деятельности идентичны принципам математического моделирования в других областях научного исследования. Но вместе с тем в процессе применения к конкретным сферам исследования эти принципы существенно конкретизируются. Эта конкретизация оказывается чрезвычайно важной для понимания роли и места математического моделирования деятельности и путей его приложения.

Излагаемые ниже исходные принципы использования метода моделирования в значительной мере вытекают из того подхода, на котором основывалось понимание проблемы проектирования деятельности в системно-антропоцентрической концепции. Как известно, решающая цель системного подхода вообще состоит в том, чтобы обеспечить органическое единство в исследовательском процессе системного уровня функционирования и индивидуальной характеристики каждого дробного элемента или механизма, принимавшего участие в этом функционировании. Системный подход, таким образом, позволяет рассматривать и проектировать деятельность одновременно и как элемент эргатической системы, и как сложнодинамическую систему. Однако цели моделирования при этом различны. В первом случае цель моделирования заключается в синтезе связей между человеком и техническими элементами ЭС, в установлении позиции человека и системы. Во втором случае цель моделирования -- синтез и анализ деятельности как сложной системы, описание существенных свойств и компонентов данной системы.

Итак, с позиции последовательности проектирования все математические модели целесообразно разбить на две большие области, которые, пользуясь известной аналогией с кибернетическими исследованиями, уместно определить соответственно как область макромоделей и область микромоделей.

Надо сказать, что, в отличие от кибернетических исследований, где под микромоделированием понимают создание моделей, описывающих известную внутреннюю структуру объекта, под микромоделированием при проектировании деятельности понимается моделирование внешней, функционально-динамической структуры деятельности, иными словами, разработка моделей, описывающих последовательность выходов человека-оператора (его функций) в зависимости от последовательности входных воздействий. Моделируется не сам человек, а его функции. Поэтому в качестве исходной предпосылки принимается принцип преимущественно функционального характера математических моделей деятельности на любом уровне моделирования, на любой фазе проектирования деятельности.

Схемы построения моделей для выделенных областей вследствие различия в целях должны существенно отличаться. При построении макромоделей нужно учитывать тот фундаментальный факт, что информация стала унифицирующим понятием, т. е. следует исходить из факта признания общности информационных процессов для любых форм управляющей деятельности. Поэтому наиболее предпочтительным математическим аппаратом для макромоделей представляется аппарат теории информации. Именно благодаря информационному аспекту («отвлекающемуся» от специфики конкретных механизмов приема, передачи и преобразования информации) возможен чрезвычайно абстрактный подход на фазе выбора позиции человека в эргатической системе.

Необходимо отметить, что при применении теоретико-информационного подхода встречаются трудности, связанные прежде всего с условиями корректного распространения аппарата современной теории информации в специфическую область взаимоотношений человека и машины. Обсуждение этой проблемы выходит за рамки пособия. Поэтому только укажем, что в плане решения поставленной задачи весьма удобен подход, связанный с введением времени в исходные соотношения для энтропии и информации, определяемые в шенноновском смысле [54], [60].

Специфика математического моделирования определяется как объективными, так и субъективными факторами. К первым относится опосредованность деятельности предметом и орудиями труда (целями ЭС, ее структурой и средствами осуществления деятельности), т. е. факторами, которые определяют деятельность как сложнодинамическую систему. Ко вторым относятся, например, задачи, которые ставятся перед модельным исследованием. Отмеченная специфика обусловливает построение классификации микромоделей в два этапа.

Поскольку пока невозможно охватить сложную систему -- деятельность -- целиком, во всем многообразии ее связей, то мы вынуждены прибегать при моделировании к расчленению системы, которое может производиться на самых различных основаниях. Членение деятельности (весьма удобно производить, руководствуясь одной из основных концепций психологической теории деятельности, сформулированной А. Н. Леонтьевым.

Понятно, что ни одна целостная деятельность не осуществляется помимо выполнения соответствующих «отдельных деятельностей» и действий, под которыми понимается сложная совокупность процессов, объединенных общей направленностью на достижение определенного результата. Действия обозначим как режимы функционирования. Поэтому при моделировании на первом этапе целостную деятельность, рассматриваемую как сложнодинамическую систему, необходимо расчленить на отдельные составляющие элементы (действия, режимы функционирования) согласно исходным компонентам, свойствам и связям, специфичным для данного типа ЭС, и разработать микромодели по выделенным элементам. Отметим, что все режимы функционирования настолько тесно связаны в целостной деятельности, что их лишь условно можно отделить и обособить друг от друга. В качестве разделяющего признака можно использовать главную задачу (в психологическом смысле), выполняемую оператором при функционировании.

Таким образом, в качестве одной из основных задач инженерно-психологического проектирования выделяется задача 'психологического анализа структуры деятельности оператора, включающей определенный состав действий (которые должен выполнять человек в эргатической системе), и возможных способов их выполнения. При изучении отдельных психологических процессов здесь следует прежде всего учитывать то место, которое они занимают в человеческой деятельности, в ее иерархической структуре. Иными словами, инженерно-психологическое проектирование должно опираться на системный и «поуровневый» анализы деятельности.

При всем количественном и качественном разнообразии можно различать лишь небольшое число режимов функционирования. Одни режимы соответствуют задачам, где выполнение операторских функций связано прежде всего с получением информации и ее первичной оценкой. Основная задача оператора решается в сфере восприятия, а переработка информации с последующим принятием решения и исполнительные действия предельно упрощены. Примерами режимов функционирования такого рода могут служить режим контроля и наблюдения, режим поиска, обнаружения и опознания. Другая группа режимов соответствует задачам, где центр тяжести операторских функций падает на исполнительные действия, в то время как восприятие и переработка информации и принятие решения не представляют особых трудностей и поэтому по существу не являются в психологическом смысле главной задачей. Процесс принятия решения сводится к выбору исполнительных действий по заранее обусловленной схеме. Примерами такого рода режимов функционирования могут служить режимы слежения, режимы ретрансляции информации. К третьей группе относятся режимы функционирования, в которых на первый план выступает задача переработки информации и принятия решения. Деятельность такого типа характеризуется тем, что оператор, как правило, отчетливо представляет себе задачу ЭС и способы ее достижения.

Очень часто функции человека в системе ограничиваются дублированием функций автоматических устройств. Он вмешивается в ход процесса управления только в непредусмотренных аварийных случаях, при отказе автоматики. Такой вид деятельности будем называть режимом резервирования (дублирования).

Все рассмотренные режимы функционирования характерны для деятельности оператора в так называемых оперативных эрг этических системах.

В системах обслуживания деятельность может быть представлена режимами контроля и обнаружения неисправности, технической диагностики и прогноза неисправности, устранения неисправности, материально-технического обеспечения.

В системах подготовки наиболее важны режимы научения и преподавания. Конечно, во всех режимах функционирования, характерных для двух последних типов ЭС, присутствуют элементы принятия решений, слежения и т. д. Но с точки зрения математического моделирования они имеют свою специфику. Так, например, ММ в системах обеспечения часто строятся на аппарате математической логики. Поэтому данные режимы функционирования выделяются нами в отдельные классы.

Рассмотренная выше схема режимов функционирования, как и всякая другая схема, условна. В реальной работе одни режимы сжаты, другие развернуты и все они взаимосвязаны. Схема эта, по всей видимости, не охватила все возможные режимы функционирования. Полная схема, вероятно, может быть создана лишь тогда, когда будет предложена достаточно обоснованная классификация инвариантных составляющих трудовой деятельности человека в ЭС. Но условность схемы не мешает выделить главное в каждом виде деятельности оператора.

Весьма существенно с позиций проектирования систем то обстоятельство, что дифференциация моделей сообразно режимам функционирования совпадает с дифференциацией по способу реализации. С развитием инженерно-психологических исследований постепенно сложились и укрепились традиции применять определенные типы реализации ММ, определенный математический аппарат для их построения. Так, математические модели деятельности в режиме поиска, обнаружения и опознания в основном разрабатываются на базе аппарата статистической теории решений и обнаружения сигналов в шуме. Для категории ММ, описывающих режим контроля и наблюдения, используются теоретико-информационный аппа-рат и теория массового обслуживания. Большинство ММ, описывающих режим слежения, построено на базе аппарата теории управления, а режим принятия решений -- на основе статистики Байееса. Аппарат теории надежности оказался очень удобным для построения ММ деятельности человека в качестве аддитивного (дублирующего) элемента и т. д.

Представление деятельности как сложнодинамической системы необходимо приводит к тому, что в процессе проектирования деятельности разработчик системы пользуется совокупностью моделей. Естественно возникает вопрос о необходимом числе моделей, составляющих совокупность. Это число должно определяться как топологической характеристикой деятельности, образуемой последовательностью смены режимов функционирования, так и метрической и ценностной характеристиками. Метрическая характеристика определяет общую продолжительность каждого режима, а ценностная -- его весовой вклад в суммарный «полезностный» эффект деятельности.

Таким образом, «принцип узких мест», разработанный И. А. Полетаевым применительно к моделированию биологических явлений, правомерно использовать и при проектировании эргатических систем. Смысл этого принципа в нашем случае заключается в выделении режимов, лимитирующих суммарную эффективность деятельности. Совокупность ММ, по существу, должна состоять из моделей, описывающих «узкие режимы». Поскольку кинетика деятельности определяется в каждый момент проектирования небольшим числом «узких мест», проектировщик имеет дело с небольшим числом моделей в совокупности.

Отметим еще несколько общих положений, касающихся метода моделирования деятельности и существенных для понимания исследуемого материала:

-- при моделировании деятельности необходимо идти на целый ряд компромиссов. Выбор и интерпретация величин самой различной природы, сочетающихся в одной модели, требуют определенного опыта. Следовательно, синтез модели в основном связан с конкретными задачами, т. е. с конкретными режимами функционирования. Хотя в разработке различных моделей есть общие отправные точки, особенности каждого режима функционирования, как отмечалось, ведут к различиям в методах его моделирования;

-- представление об одном и том же объекте моделирования образуется на основе определенных научных предпосылок и задач. Очевидно, что имеющиеся модельные представления в значительной мере зависят от исходной позиции исследователя, хотя, разумеется, весьма существенные параметры исследования задаются самим режимом функционирования;

-- при решении задач моделирования необходимо осуществить редукцию информации. Мы не можем в настоящий момент преодолеть высокий уровень сложности как целостной деятельности, так и отдельных режимов функционирования, и, следовательно, при моделировании мы вынуждены прибегать к упрощениям.

Таким образом, при анализе деятельности операторов в процессе проектирования должны решаться следующие задачи:

1) определение особенностей деятельности операторов, которое заключается в выяснении психологического содержания и структуры операторской деятельности;

2) классификация видов операторской деятельности, выделение типовых режимов функционирования;

3) создание формализованных схем для различных видов

деятельности.

4. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК -- ЭВМ»

§ 10. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА С ЭВМ

Интенсивное развитие вычислительной техники и ее широкое использование в АСУ различных уровней и назначения обусловливают актуальность исследований и разработок, связанных с проблемой организации эффективного взаимодействия человека-оператора и ЭВМ в рамках единой системы «человек--ЭВМ». Эти исследования охватывают широкий спектр вопросов от психологического анализа различных режимов работы ЭВМ (режима с разделением времени, режима пакетной обработки и т. д.) до инженерно-психологической разработки процесса общения человека с ЭВМ при совместном решении задач и оптимизации системы «человек--ЭВМ». К сожалению, выполненные к настоящему времени исследования весьма фрагментарны и их результаты не дают возможности представить состояние проблемы в целом. Однако имеющиеся данные дают основание для постановки и исследования ряда весьма важных инженерно-психологических вопросов.

С психологической точки зрения автоматизированная система управления есть деятельность людей, опосредованная ЭВМ, т. е. деятельность по преобразованию информации с использованием машин. В зависимости от типа системы управления, в которую включен человек, ее назначения и от используемой техники можно выделить различные формы взаимодействия в системе «человек--ЭВМ». В одних случаях человек принимает решение и выполняет управляющие действия, а функции ЭВМ состоят в сборе, первичной обработке, хранении информациии выдаче ее по требованию человека. В других -- ЭВМ работает в режиме советчика, предлагая человеку те или иные варианты возможных решений; функции человека состоят в том, чтобы выбрать из этих вариантов наиболее целесообразный, внести уточнения и т. п. В третьих -- функции управления разделяются между человеком и ЭВМ, в четвертых -- за человеком остаются функции контроля и резервирования, а управление в целом осуществляется ЭВМ.

Таким образом, в системах управления с ЭВМ человек выполняет самые разнообразные функции, начиная с технического обслуживания аппаратуры и кончая принятием ответственных решений на высших уровнях управления. Следовательно, инженерно-психологический анализ АСУ связывается с решением комплекса весьма сложных задач. Понятно, что при этом задачи инженерной психологии не должны ограничиваться проектированием и оценкой только согласующих средств, таких как индикаторные устройства и пульты ввода информации, хотя они, без сомнения, делают возможным, ускоряют, расширяют или усиливают взаимодействие человека с ЭВМ.

Инженерно-психологический анализ должен включать и задачи распределения функций между человеком и ЭВМ, и оптимизацию взаимодействия в целом. В настоящее врем-я уже можно указать исходные пункты решений указанных задач. Такими исходными пунктами исследований организации взаимодействия могут служить, с одной стороны, теория решения задач человеком в режиме диалога с ЭВМ, а с другой -- количественное исследование и формализация факторов эффективного взаимодействия человека с ЭВМ.

Проблема организации взаимодействия -- комплексная проблема, требующая для своего решения использования во взаимосвязи методов и результатов, заимствованных из самых различных областей математики, техники, психологии. В инженерно-психологической литературе намечаются три пути улучшения взаимодействия. Первый путь связывается с дальнейшим совершенствованием средств отображения информации, созданием принципиально новых средств, развитием математического обеспечения, теории и техники проектирования систем.

Второй путь -- это развитие специальных психологических исследований, направленных на оптимизацию условий деятельности пользователей, распределение функций и т. п.

И, наконец, третий путь -- раскрытие закономерностей обучения и подготовки людей к работе в человеко-машинных системах, поиск средств и способов преодоления психологического барьера при работе с ЭВМ, учет индивидуальных особенностей и т. д.

Комплексный подход к проблеме взаимодействия человека с ЭВМ необходим и в связи с осознанием того факта, что эффект взаимодействия проявляется прежде всего в. создании новой системы, обладающей такими признаками, которые отсутствуют у включенных в ее состав подсистем. Иными словами, решение многих задач, возникающих в процессе управления производством, может быть осуществлено достаточно эффективно только системой «человек--ЭВМ», а не человеком или машиной в отдельности. В свою очередь, с инженерно-психологических позиций при этом со всей остротой встает вопрос о распределении функций, о рациональном сопряжении математического обеспечения ЭВМ и творческой деятельности человека. К сожалению, достаточно четкие принципы такого сопряжения применительно к АСУ пока не разработаны, здесь еще много неясных и нерешенных вопросов. Тем не менее в литературе прослеживаются достаточно интересные подходы.

Как указывалось, в инженерной психологии сформулирован принцип преимущественных возможностей. Согласно этому принципу, рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ должно осуществляться так, чтобы человеку поручались те функции, которые позволяют ему наиболее эффективно реализовать свои возможности, а машине -- те, которые требуют выполнения стереотипных операций, высокого быстродействия и точности. Другими словами, возникает необходимость сравнения человека и ЭВМ в отношении возможностей приема, хранения и переработки информации. Анализ позитивных и негативных сторон человека и ЭВМ привел некоторых исследователей к выводу, что машина будущего должна основываться на тех же принципах обработки информации, какими пользуется человек.

В то же время следует иметь в виду, что если в математико-логическом аспекте ЭВМ можно передать любую трудовую функцию, для которой составлена программа ее выполнения, то с психологической точки зрения (в отличие от этого) ЭВМ могут быть переданы только те функции, которые формализованы и психологически характеризуются тем, что они фиксированы и однозначно определены. Требуется еще значительная работа по определению критериев «психологической целесообразности» передачи ЭВМ той или иной трудовой функции человека. Интересные приложения для решения задачи распределения функций могут возникнуть в связи с идеей создания так называемых «сбалансированных» систем «человек--ЭВМ», т. е. систем, где оба партнера являются активными.

Решение задачи распределения функций тесно связано с психологическим исследованием основных функций, выполняемых оператором в АСУ. Одной из наиболее важных функций, как известно, является функция принятия решений, посредством которой оператор выявляет проблемы, осуществляет диагностику, прогноз и планирование. Понятно, что уровень изученности процесса принятия решений человеком будет во многом определять пути и методы организации эффективного взаимодействия человека и ЭВМ. Надо сказать, что, несмотря на громадное число исследований по этому вопросу, имеется мало данных о действительной структуре принятия решений опытными профессиональными работниками. Особенно это справедливо для условий применения ЭВМ. Здесь наряду с достаточно традиционными проблемами, такими как особенности восприятия основных форм машинного вывода данных, выбор предпочтительных форм взаимодействия, возникает целый ряд принципиально новых: выбор стратегии и тактики и формирование критериев оптимальности решения; оценка последовательности и построения управляющих воздействий; особенности использования различных языков обмена и способов их построения -- фазового, анкетного, дихотомического; организация диалога, эффективность интерактивных процедур обмена при принятии оперативных решений и т. д.

Универсальным средством для связи человека с ЭВМ по-прежнему считается электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Однако этот вид связи не вполне совершенен, так как обладает недостаточными размерами индикационного поля и недостаточным разрешением. Необходимо создание принципиально новых систем индикации, в частности плазменных индикаторных устройств, а также дальнейшее распространение экранов непосредственного видения на ЭЛТ. Решению этой задачи способствуют непрерывное улучшение качества трубок общего назначения, разработка специализированных ЭЛТ (особенно запоминающих, профильно-лучевых и цветных), усовершенствование знакогенерирующих трубок (моноскоп, принтикон). Перспективными устройствами следует считать плазменные панели и экраны на основе жидких кристаллов, к основным достоинствам которых относятся прямое цифровое управление, возможность запоминания, а также прозрачность, позволяющая совместить текущие данные с фоном либо вести одновременные наблюдения и регистрацию данных.

Работы такого направления -- типичный пример технического подхода к вопросу об организации взаимодействия человека с ЭВМ. Этот подход широко используется в настоящее время и включает вопросы выбора структуры и параметров устройств графического взаимодействия оператора с ЭВМ, требования к комплексам оперативного отображения для диалоговых систем, использования многофункциональных дисплеев, многопультовых структур и т. д.

Достаточно широко стали развиваться в последнее время и инженерно-психологические исследования по отдельным аспектам перечисленных проблем. В ряде работ, посвященных системам с разделением времени, суммированы результаты, полученные при измерении времени ответов пользователей. Эти результаты помогают определить оптимум времени, необходимого для изменения программы. Время обычно измеряется от момента сообщения о том, что главная ЭВМ готова к приему информации, до момента, когда пользователь посредством устройства графического взаимодействия передал в нее информацию. В диапазоне ответов длительностью от 0 до 30с 50% ответов осуществлялись быстрее, чем за 4,5 с, и 90% ответов -- быстрее, чем за 16с.

При включении ЭВМ в контур системы управления требуется обращать особо пристальное внимание на алгоритмические аспекты. Поскольку сама сущность взаимодействия состоит в кооперативном объединении усилий человека и вычислительного средства, распределение функций между партнерами системы «человек--ЭВМ» требует выделения в алгоритмической структуре задачи Термин «задача» используется здесь в весьма широком смысле. блоков, допускающих чисто машинную реализацию («жесткий» алгоритм), и блоков, требующих для своей реализации интерактивных процедур («нежесткий» алгоритм). Очевидно, что большинство так называемых диалоговых задач допускает различные варианты такого разбиения. Однако ясно, что для систем «человек--ЭВМ» алгоритмы могут быть с менее жестким программным ходом, что позволит резко уменьшить объем кропотливой работы, связанной с формализацией процессов управления. Весьма важной задачей становятся сбор и уточнение алгоритмов, позволяющих ЭВМ оказать существенную помощь человеку в принятии решения, особенно в условиях преодоления информационной неопределенности.

Понятно, что, если преобладает такая форма взаимодействия, где максимум инициативы в процессе общения приходится на долю ЭВМ, алгоритм должен иметь более жесткий программный ход. Если же преобладают другие формы взаимодействия, ориентированные прежде всего на пользователей с преимущественно творческим характером труда, то алгоритм должен быть достаточно гибким, его членение должно обеспечивать максимальную реализацию творческого потенциала человека, учитывать индивидуальные различия операторов.

Процесс решения практически любой задачи при наличии ЭВМ следует рассматривать, по-видимому, как процесс общения человека с ЭВМ в режиме диалога. Организация эффективной процедуры диалога человека с ЭВМ ставит перед инженерной психологией значительное число вопросов, требующих тщательного исследования. Некоторые из этих вопросов рассматриваются в следующем параграфе.

§11. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДИАЛОГА «ЧЕЛОВЕК -- ЭВМ»

До настоящего времени еще нет достаточно полной ясности в вопросе о том, какой вид общения может быть назван диалогом и как выявить его наиболее существенные параметры. Правда, следует сказать, что наблюдавшиеся в течение значительного времени недостаток систематизированных представлений о человеко-машинном диалоге, расплывчатость и неопределенность основных понятий, явившиеся следствием недооценки человеческого фактора, постепенно преодолеваются. Это создает предпосылки для эффективного использования психологических знаний и методов при разработке диалога человека с ЭВМ.

Понятие диалога человека с ЭВМ можно ограничить таким взаимодействием, которое носит характер перемежающегося обмена запросно-ответными репликами с интервалами между ними, не превышающими субъективно ожидаемого, при непременном условии неполноты имеющейся в распоряжении каждого партнера информации. Для совершенствования процесса общения нужно понимать, почему люди общаются так, а не иначе, т. е., для того чтобы выявить специфику общения человека с ЭВМ, необходимо сравнить это общение с коммуникацией между людьми при решении конкретных задач.

К настоящему времени выполнены некоторые инженерно-психологические исследования способов организации процедуры общения в процессе диалога. Отправным моментом этих исследований как раз и послужило положение, что значительный прогресс в организации общения человека с ЭВМ может быть достигнут в результате понимания процесса общения человека с человеком, в частности факторов, влияющих на естественную коммуникацию, например устройств связи человека с ЭВМ. Именно отсутствием информации по этим вопросам можно объяснить тот факт, что на передний план при организации такого взаимодействия до последнего времени выдвигали технические и экономические критерии и оставляли в тени инженерно-психологические критерии. Результаты проведенных исследований со всей очевидностью продемонстрировали громадную важность инженерно-психологического анализа даже отдельных аспектов проблемы общения человека с ЭВМ.

Необходимым условием при организации эффективного диалога выступает постулат о знании пользователем «языка общения» с машиной. Поэтому эффективность будущих систем «человек--ЭВМ» будет существенно зависеть оттого, насколько согласованно будут развиваться входные языки программирования (общения) и внутренние языки вычислительной машины. Таким образом, обеспечение языковой совместимости пользователя и машины становится важным аспектом проектирования систем «человек--ЭВМ». Особую остроту этот аспект приобретает в связи с тем, что состав пользователей по мере широкого развития ЭВМ и средств коммуникации, терминальных устройств и внедрения АСУ в самые различные области народного хозяйства становится гетерогенным. Поэтому в последние годы усилия многих ученых направляются на создание таких языков, которые требовали бы возможно меньших усилий для их усвоения разными категориями пользователей.

Поиски в этом направлении связаны с разработкой такого входного языка программирования, который был бы в достаточной степени близок Определение достаточной степени близости и само по себе представляет сложную психолингвистическую проблему. к логико-математическому диалекту естественного языка, обеспечивал бы широкие возможности для творческой деятельности пользователя, включал бы в себя программные средства диалога и в то же время не создавал бы чрезмерных сложностей в интерпретации языка. При этом следует исходить из положения, что, по-видимому, не может существовать один-единственный язык, полезный любому пользователю в системе «человек--ЭВМ». Следовательно, в последней должен функционировать ряд языков. По-видимому, требует I приближения к естественному языку в первую очередь язык передачи сообщений от машины к человеку. В то же время язык постановки задач для ЭВМ должен быть проблемно ориентированным языком высокого уровня.

Чтобы человек мог вступить в непосредственное взаимодействие с ЭВМ в режиме диалога до того момента, когда ЭВМ будут обладать способностью обработки сообщений на естественном языке, разрабатываются специальные программные языки, которые представляют упрощенные варианты естественного языка. В диалоговых системах и в системах типа «вопрос--ответ» такие языки обычно называют «языками запроса». Основное требование к такому языку: сообщения на нем должны восприниматься пользователем при минимальном объеме специальной подготовки. Для составления сообщений на языке запроса также необходима некоторая подготовка, но значительно меньшая по сравнению с изучением обычных машинных языков.

Конечно, язык запроса не может быть использован для формирования неограниченного числа сообщений. Он скорее относится к специальным областям взаимодействия, связанным с конкретными задачами (экономическими, диспетчерскими и т. д.), в которых стереотипные сообщения с жесткой конструкцией могли бы использоваться с наибольшей полнотой. В настоящее время в литературе подробно описан ряд таких языков, позволяющих осуществить эффективный диалог при решении конкретных задач. Мы приведем лишь некоторые иллюстративные примеры.

Описан язык общения человека с ЭВМ (User Adaptive Language--UAL), который ориентирован на задачи оценки и преобразования данных в ходе «беседы». Синтаксис его прост и обеспечивает образование новых терминов. Пользователь сосредоточивает здесь внимание на том, что сказать, а не как сказать. Предложен интересный язык (язык обработки данных ЯОД), специально разработанный применительно к подготовке пользователей для решения в режиме диалога экономических задач. Средства этого языка позволяют описать задачи и программу обработки данных в виде, понятном как человеку, так и машине. Кроме того, язык содержит набор средств для обмена информацией между человеком и ЭВМ в процессе обучения или совместного решения.

Весьма важно то обстоятельство, что создание или наличие соответствующего языка оказывает влияние на общую идеологию построения систем «человек--ЭВМ». Так, например, на основе указанного языка была предложена так называемая функционально полная система «человек--ЭВМ». Под последней понимается система, в которой человек может обучиться решению определенного класса задач, построить совместно с ЭВМ алгоритм для ЭВМ и получить результат решения этой задачи.

Специфический язык общения и наблюдения (ЯЗОН) создан применительно к АСУ для энергетических комплексов. Этот язык лег в основу структурно-лингвистической концепции синтеза СОИ.

Стремление ученых приблизить языки общения к естественным языкам требует лингвистического (семантического и синтаксического) анализа и синтеза. При этом языковые, лингвистические аспекты диалога нельзя выделять из общего контекста его психологического изучения. Это становится особенно очевидным, если представить язык диалога через понятия директивы, в которой содержится подынформация, управляющая работой системы, и информативы, в которой содержатся, в частности, ответы системы на указания пользователя. Отсюда вытекает, что необходимы самые серьезные исследования по формированию и реализации специальных языков изображений, представляемых обычно в виде кодов «графического языка», которые бы избавили пользователя от трудоемких операций кодирования и перекодирования сообщений. Важность таких исследований для повышения эффективности взаимодействия подтверждается все увеличивающимся числом данных. Так, например, в результате специальных исследований были разработаны 26 требований к построению кодов, ориентированных на пользователя. Разработка этих требований осуществлялась на основе анализа различных функций, выполняемых человеком в АСУ, мотивов его деятельности и .критериев ее оценки, а также с учетом квалификации пользователя, длины, хода, алфавита кода, структуры сообщения и т. д.

Наиболее распространенным классом диалоговых систем в настоящее время являются визуальные диалоговые системы (ВДС). Отличительной их особенностью является использование визуальной формы представления информации человеку в процессе диалога. Инженерно-психологический анализ и оценку разрабатываемых ВДС следует производить на нескольких уровнях проектирования: проблемно-функциональном, процедурном, операционном.

На проблемно-функциональном уровне задачами инженерно-психологического проектирования являются формулировка задач и целей, реализуемых человеком в процессе диалога, и распределение функций между партнерами диалоговой системы.

Задачей инженерно-психологического проектирования на процедурном уровне является разработка конкретных процедур взаимодействия операторов с терминальным оборудованием системы -- видеотерминалом, абонентским пультом и т. п. Именно здесь необходимо выбрать последовательность обмена репликами и процедурную структуру диалога в целом, разработать его «сценарий» и «действия», определить семантику и синтаксис реплик. Исходя из наиболее типичной для данного класса задач длины сообщения и его формата, следует определить требуемую информационную емкость экрана видеотерминала (или других индикационных средств) и формат расположения информации на экране, длину строк и их количество и т. п.

Процедурная структура диалога в сильной степени зависит от взаимодействия пользователя с ЭВМ. Исследования показывают, что пользователи-непрофессионалы, осуществляющие разовое или эпизодическое взаимодействие, направленное главным образом на удовлетворение информационной потребности, более эффективно реализуют процедуры типа «меню» и «дихотомический вопрос», в которых типичная реплика состоит из предельно малого (1--3) числа символов (что является важным фактором снижения количества ошибок ввода информации, обычно характерных для этих категорий операторов). Вообще, хотя сейчас большинство мер против ошибок, вносимых пользователем, принимается на операционном уровне проектирования ВДС, многие причины ошибок пользователя являются следствием недостаточной психологической проработки диалоговых процедур и должны устраняться на процедурном уровне проектирования.

Диалог, как вид речи, характеризуется высокой контекстуальностью, в силу чего каждая реплика пользователя обусловлена не только очередной репликой системы, но и предыдущими сообщениями. Здесь имеет место отличие семантической структуры диалога от его ритмической структуры, в которой длительность каждой реплики зависит, по некоторым данным, только от длительности предыдущей реплики. Следует также указать, что вопрос о допустимой информационной насыщенности системных реплик тесно связан с возможностями кратковременной памяти человека. Поэтому перегрузка оператора информацией не только затрудняет ее восприятие и оценку на данном шаге диалога, но и снижает эффективность использования предшествующей информации при последующем развитии диалога.

Операционный уровень инженерно-психологического проектирования ВДС предусматривает оптимизацию основных перцептивных и моторных компонентов деятельности оператора в рамках общей структуры деятельности, сформированной на проблемно-функциональном и процедурном уровнях проектирования. В основном это относится к визуальному восприятию информации оператором и к различным манипуляциям, осуществляемым оператором над информацией с помощью средств взаимодействия, таких как клавиатура, световое перо, трекбол и др. Иными словами, на данном уровне должны определятся инженерно-психологические требования к терминальному (оконечному) оборудованию системы. Из всей проблематики психологического изучения диалоговых систем наибольшее число экспериментальных результатов относится именно к этому кругу вопросов.

Укажем еще на два важных аспекта создания эффективных систем «человек--ЭВМ». Первый из них связан с использованием для общения человека с ЭВМ одного из естественных способов коммуникации людей: непосредственного речевого общения. В рамках этого аспекта можно выделить такие вопросы, как синтез речи, автоматическое распознавание речи, понимание «машинной» речи, практическое осуществление речевой коммуникации и т. п.

Вывод речевой информации в значительной степени позволяет разгрузить зрительный канал. В качестве примера можно сослаться на создание системы управления и контроля энергоблоком, при которой с визуального канала было снято, а на слуховой перенесено около 30% всей информации. Принятая структура позволяла синтезировать сообщения из слов, а ие морфем. Для синтеза речи использовался магнитный барабан с аналоговой записью на 40--45 дорожках.

Предложена также система анализа речи, основанная на измерениях временных параметров волн. Этот метод анализа может рассматриваться как альтернатива наиболее общему методу исследования акустической структуры речи, основанному на анализе частот. При этом выход системы представляет собой множество сигналов, приемлемых для управления синтезатором формант, что в некоторых случаях дает преимущество над системами, основанными на частотном анализе.

Специальные исследования ввода речи показывают, что при автоматическом распознавании речи существенные трудности возникают при переходе от отдельных слов к непрерывной речи, где в противоположность читаемому материалу границы слов не определены. Но, с другой стороны, проговариваемый материал содержит некоторые слоги или слова, которые имеют большую «важность», более нагружены, чем другие. Тогда проблема заключается в том, чтобы обнаружить объективные корреляты важности и определить, где эти корреляты могут быть использованы для фиксации границы фразы или слова и для выделения более «нагруженных» слов.

Таким образом, при синтезе речи необходимо знать основные правила определения «нагруженности» в естественной речи и учитывать их влияние на фундаментальную частоту употребления предложения. Есть основания полагать, что ввод будет зависеть и от индивидуальных качеств оператора.

Критичными по отношению к гибкому автоматическому распознаванию речи, особенно для каждого случая опознавания естественной речи различных дикторов, являются вопросы артикуляционной фонетики. Однако, если даже будет реализовано полное фонетическое распознавание, значительные трудности, связанные с переходом от фонетических к лексическим ограничениям, все равно сохранятся.

Несмотря на ряд очевидных практических результатов, полученных при исследовании речевого взаимодействия, речевой ввод в настоящее время все еще является предметом экспериментальных лабораторных исследований с очень ограниченными практическими выходами. Это объясняется не только относительно высокой стоимостью оборудования для реализации речевого ввода, но и недоработанностью целого ряда важных (для этой цели) теоретических вопросов. Отсутствие теоретических проработок приводит к тому, что исследования в области организации речевого взаимодействия человека с ЭВМ продвигаются очень медленно. В то же время ставится вообще под сомнение их целесообразность.

Имеются также данные [61], что режим взаимодействия пользователя с машиной на вербальном уровне наиболее благоприятен для рутинной работы, для проверки обдуманных и легко понимаемых идей и тактического решения задач. Однако более сложные «стратегические» решения могут потребовать другой организации взаимодействия. Таким образом, вопрос о том, необходим ли речевой уровень общения с ЭВМ, не может быть решен без проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Основная трудность на пути прогресса в автоматическом распознавании речи связана с необходимостью автоматизации двух главнейших способностей человека--слухового восприятия речи и понимания смысла. Уровень наших знаний пока не позволяет с достаточной степенью универсальности определить машинные процедуры, способные дублировать поразительные способности человека. На всех уровнях речевого ввода существует много нерешенных проблем. В частности, возникает вопрос, какие приемлемые характеристики речи могут быть взяты за основу. Обычно для характеристики речи используются данные, показывающие распределение энергии сигнала по различным частотам в зависимости от времени. Однако этот подход, как правило, ориентирован на конкретного диктора и мо-жет использоваться для очень ограниченного числа команд голосом. Правда, предложен способ, позволяющий расширить рамки применимости обсуждаемого метода. Смысл его состоит в разработке средств для быстрой смены «шаблонов» применительно к новому диктору. Однако сегментация речи существенно ограничивает эффективность этого устройства. Так, для отдельных испытуемых удалось получить достаточно высокий уровень точности (89--96%) при словаре, состоящем всего лишь из 20 слов.

С развитием вычислительной техники исследования по речевому взаимодействию, по-видимому, приобретут более широкий размах. Однако можно утверждать, что системы с развитым словарем в 70-х годах не будут оснащены речевым вводом.

Второй аспект исследования касается теоретико-познавательного анализа интегрального человеко-машинного интеллекта и связанных с ним проблем развития как человеческого мышления, так и машинного (искусственного) интеллекта. Работы этого направления выходят за рамки собственно инженерно-психологических исследований, но тем не менее тесно связаны с ними и в ряде случаев могут влиять на постановку их и решение. Эта связанность проявляется в нескольких направлениях. Теоретические работы по искусственному интеллекту неотделимы от исследований процессов принятия решений оператором и в этом отношении непосредственно затрагивают целый ряд инженерно-психологических вопросов, связанных с созданием АСУ.

Технический прогресс привел к созданию человеко-технических систем, включающих искусственный интеллект, например систем космического назначения и систем для глубоководных исследований. Включение в состав этих систем искусственного интеллекта оказывает значительное влияние на все фазы проектирования деятельности, изменяя не только позицию человека в системе, но и его функции, и даже сказывается на организации сопряжения оператора с аппаратурой. Наконец, проблема искусственного интеллекта теснейшим образом связана с проблемой организации взаимодействия человека и ЭВМ, так как, по справедливому замечанию Г. Л. Смоляна, высший уровень машинного интеллекта, по-видимому, может быть достигнут на основе взаимодействия с человеческим интеллектом путем создания человеко-машинных систем.

Насколько можно судить по литературе, решение проблемы искусственного интеллекта шло по следующим 'направлениям: разработка программ для некоторого класса задач, программ для игр, в частности в шашки и шахматы, для доказательства математических теорем, для преобразования символических выражений из одной системы в другую. В ходе разработки этих программ были предприняты попытки создания искусственного интеллекта с той же степенью гибкости, что и у разума человека. Доминирующей темой в проблеме искусственного интеллекта является решение задач посредством эвристически направляемого метода проб и ошибок в пространстве возможных решений, хотя, как замечает Н. Нильсон, в последнее время исследования в области искусственного интеллекта в США в какой- то степени отошли от эвристического поиска. Нильсон объясняет это обстоятельство двумя причинами. Во-первых, методика эвристического поиска уже доведена до такого уровня развития, при котором дальнейшее изучение поиска едва ли может фундаментально повысить его эффективность. Еще более важная причина состоит в том, что обобщенные процессы поиска, взятые сами по себе, как правило, недостаточны для решения по-настоящему сложных задач. В настоящее время исследования начинают концентрироваться на том, как представлять знания об окружающем мире в программах для ЭВМ и как ими пользоваться.

Приведенные в пособии материалы представляют лишь первоначальную оценку инженерно-психологических проблем взаимодействия человека с ЭВМ применительно к АСУ различного назначения. Исследования по этим проблемам еще слишком немногочисленны и разноплановы, чтобы дать научно обоснованное их решение в целом. Мы находимся на этапе поиска путей и подходов к такому решению. В практическом отношении сейчас наиболее проработанными являются вопросы рационализации и проектирования технических средств взаимодействия человека с ЭВМ -- средств ввода и вывода информации систем отображения и пультов управления.

§ 12. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА УСТРОЙСТВ ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ЭВМ

Усовершенствование форм взаимодействия между человеком и ЭВМ в настоящее время связывается, в частности, с рационализацией средств ввода и вывода информации, особенно видеотерминалов, или дисплеев. Необходимость самых широких исследований в этом направлении диктуется, во-первых, тем, что электромеханические узлы, применяемые в большинстве внешних устройств, не могут достичь скорости функционирования, совместимой со скоростью электронных схем центрального процессора, и это является одной из причин недостаточно интенсивной загрузки ЭВМ и невысокой эффективности ее эксплуатации. Во-вторых, рост парка ЭВМ, способных работать в режиме разделения времени, и развитие средств коммуникации выдвигают также проблему создания устройства ввода -- вывода данных (видеотерминалов), способных легко подключаться к каналам связи для установления контакта с ЭВМ и работы в режиме диалога «человек--ЭВМ». В третьих, создание специализированных ЭВМ, предназначенных для управления конкретным объектом, требует применения специальных видеотерминалов, выступающих, как правило, в качестве основного индикационного средства для оператора.

В связи с указанными обстоятельствами возникает и настоятельная необходимость в инженерно-психологическом проектировании и инженерно-психологической оценке этих средств. Об актуальности таких исследований можно судить по чрезвычайно высоким темпам роста выпуска видеотерминалов.

Известно, что впервые 'видеотерминал был создан в Массачусетском технологическом институте в 1951 г. для работы в комплексе с ЭВМ. По оценкам американских специалистов в 1975 г. только в США количество используемых для гражданских целей видеотерминалов превысило 300 000, а доля их стоимости составила не менее 13% от общей стоимости вычислительного оборудования. К 1980 г. число видеотерминалов достигнет 2,5 млн.

Однако возрастание актуальности инженерно-психологических исследований объясняется не только резким количественным ростом числа терминальных устройств. Как известно, до недавнего времени большинство видеотерминалов являлось модификацией устройств, разработанных для других целей. Определенные результаты, достигнутые к настоящему времени в развитии методов печати, клавиатур и особенно в создании недорогих устройств памяти и логики, обеспечили возможность создания терминалов, ориентированных на непосредственного пользователя. В связи с этим происходит и смещение акцентов в организации взаимодействия. Если ранее перед инженерным психологом вопрос ставился в основном в форме: «Как наилучшим образом организовать взаимодействие при использовании данного оборудования?», то в настоящее время более типичным стал вопрос: «Каковы специфические требования со стороны пользователя, накладываемые на терминал при решении заданного класса задач?». Таким образом, и в области создания видеотерминалов наблюдаются тенденции перехода от этапа инженерно-психологического корректирования к этапу инженерно-психологического проектирования. К сожалению, большинство авторов работ по терминалам ограничиваются рассмотрением и анализом технических возможностей и характеристик видеотерминалов и только самой общей оценкой возможностей и требований пользователя.

В настоящее время самое большое распространение получили экранные пульты на электорнно-лучевых трубках <в качестве средств отображения информации с клавиатурой в качестве средства ввода информации. Известно, что по характеру информации существующие СОИ видеотерминалов- делятся на две группы: алфавитно-цифровые, служащие для ввода и отображения текстовой информации, и графические, с помощью которых наряду с текстовой информацией можно отображать на экране графические данные -- чертежи, схемы, карты и т. д.

Чтобы проиллюстрировать возможности инженерно-психологического проектирования СОИ, рассмотрим решение некоторых задач, возникающих при разработке одного из наиболее перспективных средств отображения информации--индикатора с предсказанием, являющегося разновидностью графических СОИ. При использовании такого индикатора осуществляется непосредственное взаимодействие человека с ЭВМ, в силу чего индикатор предсказания может быть отнесен к видеотерминалам. Индикаторы с предсказанием представляют оператору информацию о будущих значениях переменных параметров, находящихся под его управлением. Информация представляется с помощью специальной (обычно аналоговой) ЭВМ, работающей в ускоренном масштабе времени, которая контролирует значения переменных в текущий момент и предсказывает их на некоторый отрезок времени вперед.

Лабораторные исследования показывают, что индикаторы с предсказанием имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению с обычно применяемыми СОИ. В частности, применение индикаторов с предсказанием позволяет:

-- резко сократить время обучения оператора. По некоторым данным, время обучения управлению сложными динамическими объектами может быть сведено до минут;

-- повысить эффективность выполнения человеком-оператором терминальных задач;

-- приблизить управление, осуществляемое человеком-оператором, к оптимальному в смысле некоторого специфического критерия деятельности, обычно понимаемого как взвешенная сумма среднеквадратичных ошибок и управления;

-- улучшить управление системами с существенными нелинейностями или системами с большими транспортными задержками;