книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

должны заниматься не столько проектировщики, сколько специалисты по социальной психологии. Насколько нам известно, в современной социальной психологии про­ блемы освоения гидросферы пока не рассматриваются. Некоторой подготовительной работой можно считать те исследования, которые довольно широко проводятся в военной психологии.

§ 11-

Некоторые тенденции синтеза человеко-машинных систем

•

Наука изучает только то, что можно измерить, это совер­ шенно правильно', следует, однако, выделить то, что заслу­ живает быть измеренным.

Р. Шовен

Внастоящее время не существует единой стройной теории проектирования корабельных комплексов как человеко-машинных систем. Разработка каждого нового проекта представляет собой сложную многоэкстремаль­ ную задачу, решение которой основывается на име­ ющемся опыте предыдущего проектирования, на заимство­ вании и модернизации сложившихся методик и рекомен­ даций. Хотя долговременная инженерная политика такого рода проектирования не сформировалась, все же могут быть выявлены некоторые тенденции, которые удобней проследить, рассматривая конкретные примеры и факты.

Японская компания «Исикаводзима—Харима» по­

строила крупнейший в мире танкер «Идемнцу-Мару» дли­ ной 342 м, дедвейтом 244 800 т и мощностью на валу 33 000 л. с. Экипаж танкера насчитывает 32 человека, что совсем немного для такого большого судна. Однако более поразительно то, что благодаря рациональной системе автоматики и дистанционному управлению всеми меха­ низмами судна вахту в машинном отделении может нести один человек. Естественно, что ответственность, возла­ гаемая на этого человека, необычайно велика, и нетрудно представить себе, насколько серьезным и тщательным было -проектирование такой человеко-машинной системы.

Отметим попутно, что комплексная автоматизация больших судов оказывается рентабельной. Например, стоимость средств комплексной автоматизации составляет

117

всего 5% от стоимости судна дедвейтом 68 500 т с мощ­ ностью силовой установки 16 220 л. с. [44]. В резуль­ тате комплексной автоматизации численность команды такого судна сокращается до 30 человек.

Как уже говорилось, не существует пока стройной теории проектирования человеко-машинных систем. Наи­ более фундаментальные теоретические работы этого плана представляют собой скорее совокупность рекомендаций по инженерной психологии и эргономике. По-разному опре­ деляется и основной объект рассмотрения — система че­ ловек—машина. Так, например, П. Н. Фиттс [39] опре­ деляет систему человек—-машина как «совокупность эле­ ментов, занятых достижением общей цели и включенных в общую сеть обмена информации, причем эффективность системы является функцией не столько самих этих эле­ ментов, сколько их взаимодействий и взаимозависимо­ стей».

Можно отметить следующие тенденции изменения ус­ ловий деятельности человека-оператора в морских систе­ мо-технических комплексах.

Во-первых, в связи с развитием механизации и авто­ матизации перед оператором ставится задача одновремен­ ного управления все большим количеством объектов (и их параметров). Это, естественно, усложняет анализ и оценку их состояния и, следовательно, операции кон­ троля и управления.

Во-вторых, человек-оператор все более отдаляется от управляемых объектов. В условиях дистанционного управления он уже не может воспринимать состояние объекта непосредственно. Между органами чувств чело­ века и объектом управления располагается все более длинная цепь приборов и устройств, передающих необхо­ димую информацию. При этом информация, поступающая к оператору, обычно бывает закодированной, и перед ним возникает новая задача — декодирование, которой не было при непосредственном восприятии хода управ­ ляемого процесса или объекта управления. Воздействие оператора на этот процесс также опосредуется системой технических устройств, что изменяет требования к рабо­ чим движениям.

В-третьих, значительно возрастают требования к ско­ рости действий оператора, обусловленные общей тенден­ цией повышения скорости движения и скоростей проте­ кания управляемых процессов.

118

Как показывают многочисленные примеры эффектив­ ного функционирования морских системотехнических ком­ плексов, практически' осуществимы системы, в которых удается реализовать основные требования судового при­ боростроения и инженерной психологии, причем не обо­ собленно, а в тесной взаимосвязи.

Таким образом, можно считать, что основная задача сводится к оптимизации взаимодействия человека с авто­ матизированной системой (машиной). Существует, повидимому, два пути такого рода оптимизации. Один из них связан с построением технических устройств, повы­ шающих эффективность работы оператора в системе человек—-машина. Второй путь связан с учетом психо­ физиологических факторов. Естественно, что при решении конкретных задач эти два пути могут перекрещиваться.

Для успешного функционирования звена «человек» рассматриваемой системы необходимо выполнение ряда требований инженерной психологии и эргономики. Не следует, однако, думать, что если при конструировании аппаратуры все рекомендации инженерной психологии будут выполнены, то успех функционирования системы обеспечен. Это функционирование осуществляется в неко­ торой физической среде. Выход за дозволенные пределы хотя бы одного параметра, характеризующего физическую среду, может свести к нулю все преимущества, достигну­ тые благодаря конструированию машины по рекоменда­ циям инженерной психологии. Поясним сказанное неко­ торыми примерами.

В биохимии установлено, что изменение температуры тела на 1° С может привести к десятикратному изменению скоростей биохимических реакций. Этот как будто бы несущественный для техники факт может сказаться на работе системы человек—машина, что подтверждают ре­ зультаты экспериментов, проведенных инженерными пси­ хологами. Так, радист, работая на радиопередатчике при температуре окружающего воздуха в пределах 24—26° С, делает около 20 ошибок в час. Если же температура под­ нимется до 35п С, то количество допускаемых радистом ошибок увеличится вдвое.

Однако установление рекомендуемого температурного и влажностного режима (температура 18—20° С, влаж­ ность 50—70%) еще не обеспечивает полностью нормали­ зацию физической среды, в которой работает оператор. Помимо таких макрофакторов, как температурно-влаж-

119

постный и световой режим, воздухообмен, уровень шумов и некоторые другие, существуют еще микрофакторы. Как установлено, выдыхаемый человеком воздух содержит большое количество различных микропримесей.' В тече­ ние суток человек выделяет через легкие 0,66 мг альдегида, 7,2 мг кетона, 9,2 мг аммиака и аминосоединений, 5,2 г спиртов, 1,5 мг жирокислот, 220 мг окиси углерода. Поэтому, проектируя внутренние помещения, следует не только учитывать требования инженерной психологии, но и позаботиться о технических средствах, обеспечи­ вающих стабильность физической среды на протяжении длительного времени. В число этих средств могут входить приборы для аэрации помещений; приборы, обеспечиваю­ щие нормальное акустическое поле, постоянно существую­ щее в помещении; устройства, нормализующие магнитное поле, и другие.

Еще более тонкими с инженерной точки зрения яв­ ляются некоторые вопросы эстетики. Требования инже­ нерной психологии по созданию контрастной маркировки отдельных элементов пульта управления приводят зача­ стую к конструкторской разработке пульта, отличаю­ щейся чрезмерной пестротой. Вместе с тем известно, насколько велика для эффективной деятельности опера­ тора роль цветовой гаммы в решении интерьера помеще­ ния и в оформлении сенсомоторного поля 1 пульта управ­ ления. Цветовое кодирование имеет преимущества перед кодированием элементами формы. Очень эффективна пре­ дупреждающая окраска, цветовой контраст элементов сенсомоторного поля, некоторые сочетания цвета и сим­ волов.

Кроме эстетического воздействия цвет оказывает силь­ ное влияние на общее функциональное состояние операто­ ра. Цветовая композиция интерьера и элементов пульта управления можетлолучить самую высокую оценку с точки зрения эстетики и не выдержать критики с позиций ин­ женерной психологии. Если заключения специалистов по технической эстетике подвержены сильному влиянию моды и основаны на художественном (субъективном) вос­ приятии, то психофизиологическое обследование предпола­ гает объективность оценок и значительную долгосрочность даваемых прогнозов.

1 Сенсомоторное поле — совокупности средств отображения инфор­ мации и органов управления.

120

Известны интересные эксперименты по психофизиоло­ гическому обследованию различных Интерьеров помеще­ ний. Так, при температуре внутри помещения 15° С в комнате с голубыми стенами испытуемые жаловались на холод, а в комнате с желтыми стенами при той же тем­ пературе воздуха жалоб не возникало. Замечено было также, что грузы, окрашенные в черный цвет, казались испытуемым более тяжелыми по сравнению с теми же грузами, окрашенными в белый цвет. В психофизиологии цветового зрения известно, что при длительной работе преобладание красного цвета вначале значительно повы­ шает производительность труда, а потом резко ее пони­ жает. Зеленый цвет, наоборот, дает малое, но стабильное повышение производительности труда. Известно, что си­ ний и фиолетовый цвета тормозят и замедляют деятель­ ность организма, красный и оранжевый, наоборот, воз­ буждают и ускоряют биологические процессы. Преобла­ дающий желтый цвет способствует развитию головокру­ жений, стимулирует возникновение так называемой морской болезни. Следует отметить, что некоторые заклю­ чения'о психофизиологическом воздействии того или иного цвета являются до сих пор дискуссионными.

Таким образом, умело используя цветовую гамму, можно повысить эффективность деятельности оператора, нейтрализовать некоторые негативные факторы физиче­ ской среды, стимулировать деятельность зрительного ана­ лизатора, снять зрительное утомление; наоборот, негра­ мотное цветовое оформление может привести к нежела­ тельным последствиям.

Звено «человек» системы человек—машина имеет не­ сколько систем регуляции. Воздействие внешних раздра­ жителей, огромные потоки информации, эмоциональное на­ пряжение и другие факторы могут приводить к нежела­ тельным процессам в этих системах.

Сравнительно давно ведутся работы по изучению воз^ действия на организм человека фармакологических средств. Так, К- Беккер [7] пишет о психотропных веществах, которые .использовали немецкие морские диверсанты в це­ лях доппинга. В. Боргезе [14] сообщает любопытные факты о том, как такого рода вещества вызывали прямо противоположный эффект при приеме их итальянскими боевыми пловцами.

В последнее десятилетие в области психофармакологии достигнуты значительные успехи. Химические «пули»

121

стали настолько точно бить в цель, что их пытаются использовать сейчас для решения самых неожиданных задач. Например, известны попытки некоторых психо­ фармакологов США использовать психотропные вещества для «направленного изменения поведения» школьников в школах города Омаха штата Небраска. Объектом этой бесчеловечной операции, вызвавшей возмущение амери­ канской общественности, стали около 6000 школьников.

получить новый препарат — фенигамму. Изучение этого препарата показало, что он снимает маниакальное состоя­ ние, чувство страха, тревоги, является мягким успокаи­ вающим средством и открывает возможность профилакти­ чески воздействовать на мозг человека, постоянно под­ держивая нормальное психическое состояние оператора. Достаточно очевидно, насколько важны такие средства в условиях многосуточного пребывания гидронавтов на больших глубинах.

Можно, однако, утверждать, что наиболее актуаль­ ными при конструировании морских человеко-машинных систем являются задачи, связанные с проектированием пультов управления. С точки зрения инженерной психо­ логии эти задачи в то же время являются и наиболее про­ сто разрешимыми. Уже сегодня на некоторых морских объектах установлены пульты управления, по площади и структуре не уступающие пультам самых больших ста­ ционарных (береговых) системотехнических комплексов. Если же обратиться к самым малым морсжим объектам — глубоководным исследовательским аппаратам, то нетрудно убедиться, чтоих пульты управления (рис. 37) по насы­ щенности приборами не уступают соответствующему обо­

122

рудованию самолетных кабин, ставшему в инженерной психологии одним из эталонов сложности.

При изложении психофизиологических проблем чело­ веко-машинного приборостроения удобно придерживаться предложенной выше структурной схемы автоматизирован­ ной системы (см. рис. 32): сначала рассмотреть входные

воздействия, затем центральные (логические) преобразо­ вания и, наконец, моторную деятельность. Такого по­ рядка изложения будем придерживаться в следующих трех параграфах, учитывая условность этого разделения.

§ 12.

Информационные каналы в системе человек—машина

•

Здание нашего несколько искусственно созданного благополучия слишком легко может рухнуть, как только в один прекрасный день окажется, что при помощи нескольких магических слов, таких, как информация, энтропия, избыточность. . ., нельзя решить всех нерешенных проблем.

К. Шеннон

Понятие «канал», следуя У. Р. Эшби, определим в терминах наличия между двумя точками определенных поведенческих отношений: если между точками такие

123

отношения имеют место, то между ними существует ка­ нал — независимо от того, можем ли мы усмотреть в дан­ ный момент между этими точками какую бы то ни было материальную связь. Вполне естественно показать основ­ ные связи в системе человек—машина так, как это сделано на рис. 38, а. Однако более точное представление анализи­ руемой системы дано на рис. 38, б, так как система чело­ век—машина всегда в явном или неявном виде взаимодей­ ствует с некоторым объектом, окружающей средой и т. д.

Можно пойти дальше и рассмотреть более детально структуру каналов связи, существующих в системе чело­ век — машина. На рис. 39 все элементы слева от штриховой

Рис. 38. Укрупненная блок-схема системы человек—машина.

линии относятся к звену «человек», а все элементы пра­ вее штриховой линии — к звену «машина».

Элементы хх—х3 на рис. 39 характеризуют:

хх — совокупность тех частей анализаторов человека, которые ответственны за восприятие;

х2— механизмы классификации, интерпретации и т. д.;

х6— перемещения элементов управления;

х1— реакцию машины;

хв — работу машины по новой программе; х9 — отображение информации на индикаторах.

На рис. 39 показаны только каналы, связывающие последовательно девять звеньев. Фактически же количе­ ство каналов очень .велико. Даже на рассмотренном рисунке можно отметить важный канал, соединяющий хе с Ху, по которому осуществляется обратная связь от исполнительных элементов к анализаторам человека-опе-

124

ратора, а также функционирование так называемого дви­ гательного анализатора. Могут быть показаны и многие другие каналы.

Теперь рассмотрим собственно входы звена «человек». Машина, внешняя среда, объект управления непрерывно посылают человеку информацию. Рассматривая систему человек—машина, можно отметить по крайней мере четыре вида сигналов, поступающих от машины к человеку:

1) реакция органов уп­ равления;

2)реакция собственно машины и ее исполни­ тельных устройств;

3)показания специ­ альных индикаторов (уст­ ройств отображения ин­ формации);

4)информация, посту­ пающая от машины через внешнюю среду.

Как говорилось выше, звено «человек» имеет ог­ ромное количество входов.

До сих пор не создана строгая теория, характе­ ризующая входы данного звена также однозначно,

как это делается, например, в общей теории связи. Можно назвать только совокупность некоторых характеристик, которыми принято пользоваться при рассмотрении входов звена «человек». Среди них наибольшее значение имеют частота, темп, интенсивность, повторяемость, продолжи­ тельность, модальность.

Не существует также строгой теории, определяющей систему координат анализаторов. В различных конкрет­ ных задачах по-разному выбирают систему координат; например, система «левое ухо— правое ухо», система координат обычного эвклидова пространства и т. д.

Если вернуться к каналам связи' системы человек— машина, то можно отметить, что функционирование ка­ нала сводится к поиску, обнаружению и опознанию сиг­ нала. Обнаружение и опознание сигнала есть сложный процесс, в котором можно выделить несколько последо­ вательных этапов. В экспериментальной психологии уста­

125

новлено, что по мере накопления оператором опыта дли­ тельный вначале процесс опознания становится все более кратким. Происходит как бы мгновенное схватывание и оценка ситуации. Во многом это зависит от тренирован­ ности человека, его индивидуальных особенностей и условий выполнения задачи.

Одним из важнейших вопросов проектирования че- ловеко-машиных систем является выбор модальности сигналов, поступающих от машины к человеку. В прин­ ципе одна и та же информация при соответствующем пре­ образовании (кодировании) может быть передана опера­ тору через любой анализатор. Естественно, что при этом возможно модулирование не одного, а нескольких пара­ метров физического процесса, служащего для передачи информации. Правильно выбрать модальность сигнала •— значит повысить надежность его приема, а следовательно, и работы системы человек—машина в целом. Кроме того, возможность выбора модальности сигнала позволяет эф­ фективно решать проблему разгрузки того анализатора, который по условиям работы перегружен или не успевает воспринимать поступающую информацию.

Существует достаточно убедительная гипотеза, выска­ занная в разное время независимо друг от друга различ­ ными авторами, об идентичности центральных областей по крайней мере зрительного и слухового анализаторов. Однако различия рецепторной части анализаторов весьма значительны. Резко различаются также возможности модификации сигналов, имеющих разную модальность. Для звуковых сигналов это изменение громкости, частот­ ная модуляция и т. д. Для оптических сигналов это изме­ нение формы, яркости, цветовой гаммы, растягивание или сжатие изображения и т. д.

Перспективным является использование полимодального восприятия. В физиологии эта задача впервые была поставлена, по-видимому, академиком Л. А. Орбели еще в 30-х годах. В последние годы исследования в этом на­ правлении наиболее широко проводились американскими учеными. Однако многие вопросы до конца еще не решены. Поэтому безоговорочно рекомендовать полимодальное вос­ приятие во всех случаях нельзя. Более того, отмечены случаи, когда полимодальность не только не улучшала, но даже ухудшала процесс восприятия.

При рассмотрении вопросов индикации и формы пред­ ставления оператору данных весьма важен выбор (опре­

126