Психология труда

Физическое моделирование деятельности оператора предполагает в основном создание по определенным правилам экспериментальной модели эргатической системы (или ее подсистем мы), свойства которой должны таким образом детерминировать деятельность человека, чтобы основные ее характеристики соответствовали характеристикам деятельности в реальной системе. С точки зрения приложения к решению проблемы проектирования деятельности задача состоит в выборе нескольких альтернативных решений проблемы, создании соответствующих экспериментальных моделей для каждого решения, исследовании деятельности человека с этими экспериментальными моделями, сравнении полученных характеристик деятельности по определенным критериям. Таким образом, физическое моделирование, как правило, неразрывно связано с поиском методов постановки инженерно-психологического эксперимента я путей его совершенствования и автоматизации. Моделирование должно быть осуществлено с учетом динамики процесса и одновременного воздействия на этот процесс различных факторов.

По-видимому, нет необходимости останавливаться на общих вопросах постановки инженерно-психологического эксперимента и связанных с ним методических вопросах, так как они достаточно подробно изложены в соответствующих работах (см., например, [25], [59]). Обратим внимание лишь на некоторые новые тенденции в построении инженерно-психологического эксперимента, тесно связанные с широким привлечением ЭВМ и построением так называемых полунатуральных моделей. В ряде исследований было показано, что в этом случае можно в значительной мере преодолеть некоторые из трудностей прикладных задач проектирования (например, необходимость анализа и описания объекта управления с широко меняющейся структурой и параметрами, фиксации большого числа переменных в течение длительного срока, достаточно быстрой статистической обработки полученных данных). Накопленный в инженерно-психологических исследованиях опыт использования комплекса вычислительных устройств для решения определенных классов инженерно-психологических задач дает основание сформулировать требования к такому комплексу.

Определение класса задач при физическом моделировании представляется весьма существенным. Так, например, при обсуждении инженерно-психологического эксперимента, предпринятого для. проверки индивидуальных особенностей диспетчеров, было показано, что имитаторы в этом случае должны отличаться от имитаторов, предназначенных для других целей, например для определения надежности и т. д. Имитация в инженерно-психологических целях может быть определена как целенаправленный эксперимент на моделях рабочих ситуаций. При этом нет необходимости точно отражать реальную структуру, следует стремиться достигнуть психологической идентичности с рабочими действиями оператора.

Одним из методов определения целесообразности использования модели и макета того или иного уровня является нахождение следующего соотношения:

где L_M --степень широты воспроизведения моделью (макетом) моделируемой (имитируемой) системы; К_М -- постоянный коэффициент, находимый эмпирически; С--объем ассигнований на проект; Т -- срок проектирования; N-- численность группы, занятой проектом данной эргатической системы; б₁ -- ориентировочная оценка сложности проектируемой системы; б₂ --степень разработанности методов проектирования данной эргатической системы.

Однако нахождение численных значений указанных параметров весьма затруднительно и пока возможно только путем экспертных оценок.

Укажем два возможных способа оценки АСУ при полунатурном моделировании: полномасштабный реальный эксперимент и методы имитации. Первый способ во многих случаях неприменим по той причине, что при разработке АСУ оценки требуются прежде, чем системы будут готовы для эксперимента.

Что касается второго способа, то можно выделить два общих метода имитации: динамический (имитация в реальном времени) и цифровой (имитация в ускоренном масштабе времени). При динамической имитации операторы выполняют свои задачи и искусственно воспроизводятся только технические элементы АСУ в целях обеспечения динамической информации для действий операторов. Динамическая имитация в общем смысле означает преодоление ограничений пространства, оставляя временные ограничения. Для преодоления последних человеческий фактор в системе необходимо существенно ограничить путем искусственной имитации процессов решений, осуществляемых человеком. Это и составляет основу цифровой имитации. Отличие динамической имитации от цифровой заключается в основном в том, что в первом случае человек-оператор непосредственно выполняет свои функции, а во втором -- основные его функции имитируются с помощью ЭВМ.

К недостаткам динамической имитации обычно относят: высокую стоимость; ограничения, накладываемые имеющимся оборудованием и общим уровнем исследования системы; кратковременность исследований и ограниченный выбор проверяемых условий; вариативность, свойственную характеристикам человека, что может затруднить сравнение между системами.

К основным преимуществам цифровой имитации относят: способность осуществить оценку АСУ со скоростью, значительно превышающей скорость динамической имитации; способность к воспроизведению имитации при тех же самых переменных; получение количественной оценки эффективности системы с точностью, которая не достижима при динамической имитации; способность к имитации при большом числе переменных; способность имитировать АСУ как целое; возможность учета при имитации характеристики оборудования, находящегося в стадии проектирования; отсутствие большого числа квалифицированного персонала.

К основным недостаткам цифровой имитации можно отнести следующие: ввиду отсутствия человека-оператора она не может быть использована для исследования конкретных инженерно-психологических проблем; при отсутствии математических моделей деятельности осуществление цифровой имитации требует значительной предварительной работы по подготовке машинного эксперимента, связанной с получением соответствующих математических моделей деятельности.

Интересный подход к исследованию и оценке сложных эргатических систем, имеющих стохастическую природу, представляет собой имитация на основе метода Монте-Карло, точнее, его модификация для эргатических систем, предложенная Зигелем и Вольфом. Подобная имитация посредством ЭВМ является в настоящее время эффективным средством изучения эргатических систем при воздействии изменяющихся во времени факторов. Еще раз подчеркнем, что как при реализации имитации по методу Монте-Карло, так и при цифровой имитации постановка эксперимента связана самым тесным образом с решением задачи математического моделирования деятельности.

Физическое моделирование получило широкое распространение в практике инженерно-психологических исследований и продолжает развиваться в настоящее время. В эксперимент органически включаются достижения теоретической и практической деятельности. Современное производство позволяет создать для инженерно-психологического эксперимента совершенную техническую базу, что в значительной степени увеличивает его познавательную силу и делает его надежным методом исследования. Тем не менее реализация метода физического моделирования связана с определенными трудностями.

Действительно, для каждого конкретного эксперимента нужен, как правило, целый комплекс аппаратуры как специального, так и более общего назначения. Создание этого комплекса или экспериментальной установки требует нередко длительной напряженной работы, затраты значительных средств и по этим причинам зачастую практически оказывается невозможным. В свою очередь специфика каждой конкретной установки накладывает отпечаток на эксперимент, по крайней мере, в двух направлениях. Во-первых, она определяет, как правило, более или менее односторонний характер получаемой информации. Во-вторых, она нередко приводит к тому, что наиболее интенсивный сбор информации ведется не там, где это требуется характером деятельности, а там, где есть достаточно надежные и эффективные орудия для этого сбора. Еще одна трудность заключается в том, что выбор для исследования посредством физического моделирования нескольких альтернативных схем организации деятельности из практически неограниченного множества возможных сам по себе представляет далеко не простую задачу, требующую для своего решения привлечения каких-либо других методов. Быстрый просмотр значительного числа альтернатив при физическом моделировании возможен лишь для очень простых случаев, так как переход от схемы к схеме, изменение параметров требуют построения новых экспериментальных установок, что не всегда возможно по приведенным выше соображениям.

Наконец, из-за временных ограничений при разработке системы не всегда может быть поставлен и полный инженерно-психологический эксперимент. Однако, несмотря на указанные ограничения, физическое моделирование остается одним из главных методов инженерно-психологического исследования и оказывает свое влияние на развитие любого другого метода. Именно на основе развития точного эксперимента стал возможен подход к решению проблемы проектирования деятельности с использованием математического моделирования деятельности. В инженерно-психологических исследованиях последних 20--25 лет этот метод занимает видное место. В настоящий момент математические модели «выступают как составная часть самой психологической теории... Математика служит в качестве средства связи психологии с другими науками и средства ее связи с практикой. Это последнее особенно очевидно, когда речь идет об инженерной психологии, поскольку, пользуясь ее данными, инженер должен производить те или иные расчеты, касающиеся деятельности человека в системе контроля (и управления). Но такие расчеты могут быть произведены только в том случае, если данные описаны языком, позволяющим сделать это» [44, с. 35].

Под математическим моделированием имеется в виду исследование деятельности человека-оператора путем построения ее математического описания, ее математических моделей и их последующего изучения.

Под математической моделью (ММ) деятельности оператора будем понимать совокупность соотношений (например, формул, уравнений, неравенств, логических условий и т. д.), которые связывают характеристики деятельности с параметрами соответствующей подсистемы (или системы в целом), исходной информацией и начальными условиями и способы изоморфно или гомоморфно отразить свойства деятельности человека в данной системе.

Обратим внимание на некоторые стороны метода математического моделирования, существенные в плане решения проблемы проектирования деятельности.

1. В процессе разработки сложных систем выявляются и описываются разнородные подсистемы и элементы, в которых протекают разные процессы, функционируют разные механизмы. Чтобы оценить и проанализировать всю систему в целом, необходимо установить связь между этими подсистемами и элементами, соединив в едином теоретическом описании различные процессы и механизмы. Это требует описания всех подсистем и элементов на одном языке посредством ММ. «Общим языком для всех специалистов,-- указывает Б. Г. Ананьев,-- все больше становится язык кибернетики и теории информации, с помощью которого можно в допустимых пределах найти общее в работе человека и автомата как управляющих систем или своеобразных кибернетических машин, определить эффективные условия передачи информации от человека « машине и от машины к человеку, оптимальные характеристики управления и регулирования во всей системе» [2, с. 24], т. е., по нашему определению, с достаточной степенью полноты решить проблему

2. Строгость математического подхода заставляет четко формулировать закономерности деятельности человека-оператора. Математическое моделирование открывает гораздо более широкие возможности по сравнению с возможностями, которые обеспечивает проведение инженерно-психологического эксперимента. Оно позволяет в более широких пределах проверять гипотезы, точнее судить о степени полноты и истинности имеющихся представлений, предсказывать существование новых явлений, выявлять необходимость постановки новых экспериментов и т. д.

3. Использование метода математического моделирования позволяет привлечь к инженерно-психологическим исследованиям, в том числе и к решению проблемы проектирования деятельности, мощный арсенал современных быстродействующих электронных вычислительных машин.

Таким образом, для решения задач ИПП деятельности оператора используется система методов. При этом методы, составляющие систему, не просто механически дополняют друг друга, но и диалектически взаимодействуют. Однако взаимодотюлни-мость и взаимодействие методов не снимают доминирующего влияния одного из них.

Известно, что методы формируются под воздействием концепций, господствующих в той или иной период развития знания. Поэтому в разное время доминирующее значение может приобретать тот или иной метод (группа методов).

Для современного этапа развития инженерно-психологического исследования характерно использование методов, в основе которых лежит формализованное описание деятельности человека-оператора, особенно метода математического моделирования. Инженерная психология уже вступила на путь математического моделирования деятельности, но испытывает на этом пути много серьезных трудностей, причем зачастую не технического, а методологического порядка. К этим трудностям относятся сложные аспекты и противоречия в понимании природы метода математического моделирования. Поэтому целесообразно уточнить те пункты, которые являются отправными при использовании метода математического моделирования деятельности в процессе инженерно-психологического проектирования.

§ 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.

Глава 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 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 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.