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

деление) алфавита сигналов — конечного множества по­ парно различных элементов любого возможного сообще­ ния. В инженерной психологии сформулированы следую­

щие общие положения, которые при этом необходимо учитывать.

Во-первых, возможности различных анализаторов че­ ловека по приему информации различны, поэтому и допу­ стимая длина алфавита должна определяться в зависи­ мости от модальности сигналов. Следует иметь в виду, что максимальная информация, передаваемая сигналами лю­ бой данной модальности, зависит от того, какие пара­ метры (измерения) этих сигналов используются

Во-вторых, максимальная информация, которую может передать сигнал, является функцией числа его значений, различимых человеком. Иначе говоря, увеличивая насы­ щение сигнала информацией, мы должны увеличивать и число его опознавательных признаков, если хотим, чтобы информация была принята человеком. Изучение зависи­ мостей между насыщенностью сигнала информацией и необходимым числом опознавательных признаков яв­ ляется одной из важнейших проблем инженерной психо­ логии.

В-третьих, длина алфавита сигналов, адресуемых че­ ловеку, может быть увеличена путем включения в их ряд дополнительных точек отсчета. Иначе говоря, если чело­ век должен оперировать со значительной по объему информацией, целесообразно, а иногда просто необходимо использовать объективные шкалы — разного рода отметки, системы стандартных сигналов, их группировку и т. д.

Звено «человек» имеет такую характеристику, как время реакции на сигнал. В общем случае время реакции на сообщение зависит от количества информации, содер­ жащейся в сообщении.

При анализе процесса восприятия следует учитывать некоторые тонкости. Например, существует так назы­ ваемый принцип воронки. Одно из проявлений этого принципа заключается в следующем: чем в более широком диапазоне должен работать глаз,, тем менее тонкие раз­ личия он в состоянии улавливать. Тонкость различения достигается за счет сужения диапазона, универсаль­ ность — за счет снижения точности [36].

Восприятие характеризуется так называемым латент­ ным периодом — временем от момента появления сигнала до начала двигательной реакции. Длительность латент­

127

ного периода зависит от модальности сигнала. Значение этой величины для сигналов средней интенсивности лежит в следующих пределах:

На длительность латентного периода влияет степень полноты восприятия. Например, при восприятии изобра­ жений длительность латентного периода возрастает при переходе от восприятия объекта в натуре к восприятию его цветного изображения, затем к восприятию свето­ теневого рисунка и, наконец, контурного.

Существенное значение имеет такой фактор, как ско­ рость предъявления сигналов. В экспериментальной пси­ хологии показано, что до определенного предела увеличе­ ние скорости предъявления сигналов может увеличивать точность опознания и скорость ответных реакций. Бейкер объясняет это двумя причинами: 1) чем чаще следуют сигналы, тем больше данных для экстраполяции имеет оператор; 2) более короткий интервал времени точнее оценивается человеком, чем длинный [36]. Однако в ши­ роких пределах скорость реакции не связана со скоростью предъявления сигналов, а процент обнаружения сигналов связан. На точность опознания сигнала влияеі и меж­ сигнальный промежуток. В частности, чем более регуля­ рен промежуток между сигналами, тем больше сигналов опознается правильно и тем короче время опознания.

В ряде случаев эффективность обнаружения сигналов повышается, если в промежутках между редкими сигна­ лами подавать дополнительные, почти не отличающиеся от истинных.

Естественно, что оказывают свое воздействие и фак­ торы окружающей среды. Немаловажное значение имеет и время с^ток. Так, одни люди лучше работают утром до (60%), другие днем .(10%), третьи — вечером (20%),

ачетвертые— ночью (10%).

Ксожалению, пока еще инженерная психология; не располагает надежными методами анализа временньіх характеристик деятельности оператора, что затрудняет

128

точный расчет быстродействия системы человек—машина и оденку изменения времени задержки сигнала в звене «человек» при тех или иных изменениях конструкции индикаторов и органов управления.

■В одной из работ [51] предпринята попытка рассчи­ тать полное время, затрачиваемое оператором (полное время оператора), исходя из гипотезы последовательного развертывания действия. Время оператора при этом пред­ ставляется как сумма следующих составляющих: времени, затрачиваемого на процесс приема сигнала (поиск изме­ нений на информационной панели и непосредственное вос­ приятие сигнала), на выявление сигнала (выделение, выбор из множества возможных сигналов того, который несет необходимую в данный момент информацию), на определение сообщения (создание картины течения управ­ ляемых процессов на основе сигналов, т. е. их интерпре­ тация), на процесс решения задачи, на формулирование решения (перевод решения на «язык» выходных сигналов), на поиск средств реализации команд-информации, реа­ лизации решения (подготовительные движения и процесс непосредственного кодирования команд-информации). Пред­ ставление о составляющих полного времени оператора поз­ волило выделить время, которое затрачивается на получение и преобразование информации. В результате разрозненные данные многочисленных экспериментов оказалось воз­ можным выразить единым уравнением

Так, направленность слухового анализатора слабо выра­ жена! При зрительном же восприятии та часть поле зре­ ния, с которой можно получить четкий образ, составляет лишь 0,01 всего поля зрения (телесного угла в 60°).

Постоянная времени звукового анализатора весьма велика. Как показывает эксперимент, уход имеет макси-1

1 Б и т — единица количества информации, принятая в современ­ ной кибернетике. То же, что двоичная единица-информации.

мальную чувствительность при длительности звукового сигнала около 0,5 сек. Если длительность сигнала 0,15— 0,2 сек, то кажущийся уровень громкости резко падает. При длительности сигнала более 0,5 сек за счет адаптации также происходит кажущееся уменьшение громкости, но оно весьма незначительно.

Естественно, что на рецепторную часть анализатора оказывает воздействие центральная его часть. Порази­ тельным примером служит механизм подавления эхо-

т, сек

Рис. 40. Зависимость времени получения и переработки инфор­ мации человеком от ее количества.

сигнала — отчетливое эхо звуков речи в обычном поме­ щении мы не слышим, хотя измерение звукового поля с помощью приборов показывает, что эхо всегда суще­ ствует.

Воздействие шума зависит от индивидуальных свойств человека-оператора. По общепринятым нормам считается, что шум, превышающий 65—70 дб, уже опасен; шум, превышающий 90 дб, крайне вреден для слухового анали­ затора; шум, превышающий 130 дб, приводит к необра­ тимому его повреждению. Заметим попутно, что постоян­ ный шум даже относительно невысокого уровня может вызвать заболевание нервной системы, расстройство психики, а также заболевание внутренних органов, на­ пример желудка.

Помимо основных анализаторов — слухового и зри­ тельного — для приема сигналов могут быть использо­ ваны и другие, например кожный анализатор. Кожа — это сложное структурное образование, выполняющее ог­ ромное количество функций как защитных, так и чисто

130

сигнальных. Многочисленные рецепторы кожи позволяют ей выполнять функции анализатора. Поверхность кожи так обильно иннервирована, что ее иногда называют пери­ ферическим мозгомѵ

Проводится много исследований, направленных на использование кожного анализатора для уменьшения нагрузки на основные анализаторы и для дублирования последних. Кожа способна реагировать на температурные, химические и электрические раздражения. Однако для длительной сигнализации физиологи считают наиболее подходящей механическую вибрацию.

Для успешного кодирования информации необходимо точно знать разрешающую, а также пропускную способ­ ности кожного анализатора. Если в качестве сигналов используются колебания вибратора, то для кодирования можно выбрать следующие параметры сигналов: местопо­ ложение, интенсивность, длительность, частота.

При выборе места подачи сигналов на кожный анали­ затор следует учитывать, что грудь, голова и плечо не удобны для этого из-за высокой костной проводимости звука. Для вибровоздействия следует использовать кожа­ ную поверхность ног и рук.

В настоящее время проводится большая работа по внедрению в практику кожной системы связи. Так, в Лабо­ ратории психологии Вирджинского университета (США), которой руководит Ф. Джелдард, разработан вибрацион­ ный код. При этом были использованы три параметра сигнала: местоположение, интенсивность, длительность. Вибраторы располагаются на груди пятью группами, по девять вибраторов в каждой. Используются три интен­ сивности и три различных длительности сигнала. С по­ мощью такого кода зашифрован английский алфавит. На изучение этого кода испытуемому требуется около 30 ч. После тренировки, длящейся примерно столько же, оператор может принимать предложения, передаваемые со скоростью 38 пятибуквенных слов в минуту, ’что со­ ставляет Ѵ6 скорости восприятия медленной речи.

Достигнутая скорость не является предельной. По мне­ нию авторов, предельная скорость, составляет 67 слов в минуту, а это в три раза выше скорости, которую может обеспечить оператор, работающий с азбукой Морзе.

Чтобы проверить возможности такой системы связи в реальных условиях, были проведены дополнительные исследования. Испытуемый находился в камере, распо­

ложенной на качающемся столе в сильном шумовом, поле, т. е. способность его к приему информации, передаваемой через кожный анализатор, изучалась в условиях, близких к реальным при качке. Испытуемый отвечал на сообще­ ния с точностью 85%, хотя оказалось, что при некоторых частотах и амплитудах качания стола процент ошибок увеличивался. Авторы разработки считают, что применяе­ мая ими система кодирования (три местоположения вибра­ торов, две амплитуды и три длительности сигнала) яв­ ляется слишком сложной, II предполагают упростить ее.

Втой же лаборатории Ф. Джелдарда была создана система вибрационной «наводки на цель». В этой системе на груди испытуемого располагались три вибратора, вклю­ чаемые последовательно. Такое последовательное вклю­ чение создавало ощущение движения в том или ином на­ правлении, а вибрации были распределены во времени так, чтобы указывать степень срочности, с которой необ­ ходимо производить наводку. Направление движения на груди указывало на цель. Задача испытуемого состояла

вустранении всех сигналов при помощи штурвала. После небольшого обучения вибрационная «наводка на цель» осуществлялась ничуть не хуже, чем при помощи зритель­ ного анализатора. Даже после уменьшения числа вибра­ торов до двух и устранения параметра срочности резуль­ таты действий испытуемых значительно не ухудшились.

ВСША по заданию Военного министерства была со­ здана система связи с приемом кожным анализатором’человека сигналов, подаваемых в виде струй воздуха. Для коди­ рования использовались пневматические вибраторы. Струи воздуха подавались на кончики пальцев. Было показано, что различение двух точек кожи, на которые воздействуют струи воздуха, происходит хорошо, но при

увеличении числа раздражаемых точек возрастают ошибки. На основании этих опытов создана опытная система из 96 вибраторов. Для управления системой предполагалось использовать электронно-вычислительную машину.

Заметим, что предложенные системы связи очень гро­ моздки и сложны. Скорость же передачи информации пока все еще мала.

Одним из свойств кожи, которые можно использовать в системах связи, является хорошая временная дискри­ минация. Ф. Джелдард считает, что для осуществления временной дискриминации слух более полезен, чем зре­ ние, а кожа как временной анализатор конкурирует

132

с ухом и значительно превосходит глаз. Эти выводы Ф. Джелдарда подтверждаются опытами других исследо­ вателей.

Основные задачи, стоящие сейчас перед исследовате­ лями кожного анализатора, состоят в отыскании наиболее удобных для воздействия участков кожи, уменьшении маскировочного эффекта, увеличении пропускной спо­ собности данного анализатора и в улучшении методики и контроля за сигналами. При решении этих задач возни­ кают и чисто технические трудности, в связи с тем что применяемые в настоящее время вибраторы слишком громоздки и плохо отвечают на быстрые временные изме­ нения сигнала. Недостаточно разработаны способы пре­ образования входных сигналов, особенно световых, в ме­ ханические колебания.

Критическая оценка возможности использования кож­ ного анализатора приводит к заключению, что в реаль­ ных системах человек — машина его можно использовать уже сегодня в каналах чрезвычайной сигнализации — для приема сигналов опасности аварийных сигналов, для фиксации критических показаний приборов и т. д. Воз­ можно также использование кожного анализатора в каче­ стве дублирующего канала, подтверждающего сигналы основных каналов — зрительного и слухового.

Ведущим анализатором человека практически почти во всех случаях является зрительный. Даже акустик, работающий в современном гидроакустическом комплексе, большую часть информации с пульта получает от стрелоч­ ных индикаторов, экранов электронно-лучевых трубок, шильдиков, шкал и т. д. При этом одни из приборов пере­

экстренных ответных реакций, другие нет. Оценивая состояние наблюдаемого (управляемого) объекта, опера­ тор обычно сопоставляет показания нескольких приборов. Учитывая все это, при разработке конструкции прибор­ ных панелей необходимо исходить из анализа деятельности оператора.

В инженерной психологии сформулировано-правило, согласно которому приборы должны располагаться на панели в соответствии с логикой деятельности оператора. В связи с этим рекомендуется группировать приборы по их назначению, например приборы, передающие ннфор-

мацию об одном и том же объекте (или параметре) или связанные с решением одной и той же задачи, выделять как целостный комплекс. При этом наиболее значимая группа должна располагаться в центре панели, а все

Эффективность деятельности человека в системотехни­ ческом комплексе в значительной степени зависит от того, насколько своевременно и точно он принимает информа­ цию. Поэтому вопрос о психологических принципах кон­ струирования индикаторов стал одним из центральных в современной инженерной психологии. Именно в этой области проводится наибольшее число исследований.

Индикаторы оцениваются по ряду критериев, среди которых важнейшими являются следующие [36]:

1. Модальность сигнала, передаваемого индикатором. При этом прежде всего учитывается различимость сигнала.

2. Скорость передачи информации. При этом учиты­ вается степень ее соответствия пропускной способности воспринимающих органов человека.

3. Функция поступающей информации в процессе уп­ равления (командная или осведомительная). В этой связи индикаторы иногда разделяют на целевые и ситуа­ ционные. Первые отображают цель управления («конеч­ ную точку», которая должна быть достигнута) и дают сведения о необходимых действиях. Сюда относятся инди­ каторы ошибки, отображающие отклонения текущего со­ стояния регулируемого параметра от заданной программы, и индикаторы команд, указывающие необходимое действие (например, сигнал «Стоп»). Ситуационные индикаторы не только дают информацию об отношении хода процесса

кпрограмме, но и обрисовывают ситуацию как таковую.

4.Назначение индикатора. В этой связи индикаторы делятся на три группы:

а) для проверочного (контрольного) чтения. Воспри­ нимая их показания, оператор решает простую альтер­ нативную задачу по типу «да» или «нет» (работает ли дви­

гатель, нормален ли режим его работы и т. д.); б) для качественного чтения. Они дают информацию

о направлении изменения управляемых параметров объ­ екта (возрастает или уменьшается давление, в какую сторону отклоняется управляемый объект от заданного курса, к какой категории относится данный объект и т. д.);

134

в) для количественного чтения. Они передают инфор­ мацию в виде численных значений управляемых ве­ личин.

Однако это деление является условным, так как в боль­ шинстве индикаторов совмещаются возможности прове­ рочного, качественного и количественного чтения.

5. Форма сигнала, т. е. отношение его свойств к свой­ ствам объекта. При оценке изображения главную роль играет его полнота (степень схематизации, детализации, количество воспроизводимых свойств). Если же речь идет о символах, то прежде всего оценивается способ кодиро­ вания. Поскольку сообщения об одном и том же событии могут быть переданы с помощью разных кодов, а один и тот же код использован для передачи сообщений о раз­ ных событиях, вопрос о выборе оптимального способа кодирования приобретает особое значение.

6. Масштаб, т. е. количественное отношение величины изменения сигнала к величине изменения управляемого объекта. Именно этим отношением и определяется прежде всего выбор физического алфавита сигнала.

Вопрос о критериях психологической оценки индика­ торов разработан еще недостаточно подробно. Поэтому

вконкретных инженерно-психологических исследованиях обычно ограничиваются лишь суммарной характеристикой, определяемой как читаемость индикатора, которая оце­ нивается по показателям скорости и точности различения, опознания и интерпретации его показаний. Дело в том, что прием человеком-оператором информации, передавае­ мой индикатором, является сложным мыслительным про­ цессом, в котором неразрывно объединены основные познавательные процессы.

Анализ читаемости индикаторов приобретает особенно большую значимость в тех случаях, когда перед операто­ ром ставится задача оценки сложной ситуации. Ее реше­ ние предполагает обычно целую систему последователь­ ных сенсорных действий. Скорость и точность приема, переработки и использования информации в этих случаях

взначительной степени определяется «стратегией восприя­

тия», важнейшим компонентом которой является маршрут гностических действий, т. е. последовательность восприя­ тия объектов сенсомоторного поля. Как говорилось выше, эффективность сенсорной деятельности во многом зависит от того, насколько выбранный маршрут адекватен решае­ мой задаче, и от того, насколько расположение индикато­

135

ров на приборной панели соответствует оптимальной по­ следовательности их восприятия.

При разработке средств отображения и конструирова­ нии сенсорного поля пульта управления следует иметь

ввиду, что функции оператора не ограничиваются только приемом и передачей информации. Основным моментом его деятельности является решение тех или иных задач. Поэтому информация должна передаваться оператору таким образом, чтобы облегчить выявление проблемной ситуации и формирование алгоритма решения.

Вопросы принятия решения в человеко-машинных системах обсуждаются в следующем параграфе. Здесь важно отметить только некоторые особенности этой за­ дачи в связи с рассмотрением сенсорной деятельности оператора.

Важно с самого начала четко представлять, в какой форме будет протекать решение задачи. Если оно осуще­ ствляется в форме оперирования представлениями (под представлениями будем понимать вторичные чувственные образы предмета, который в данный момент не действует на органы чувств, но действовал в прошлом), то важно предусмотреть, чтобы способ передачи информации обес­ печивал быстрый и точный перевод получаемых сигналов

внаглядную «мысленную картину» ситуации, т. е. их конкретизацию. Если же решение осуществляется в форме речевого (символического) мышления, то важно передавать сигналы в такой форме, которая облегчала бы формирова­ ние абстрактных моделей. Отметим, что абстрагирование является более трудоемкой операцией, чем конкрети­ зация.

Общими требованиями к сигналам, вытекающими из характеристик мышления, являются:

1) достаточная полнота отображения события;

2)краткость и четкость сигнала;

3)правильность сигнала (т. е. в нем не должно быть

рая указывала бы на его связь с другими сигналами. Особенно эффективны те сигналы, которые содержат «намек» на возникновение проблемной ситуации и «под­

сказку» путей ее решения.

Б. Ф. Ломовым и В. П. Зинченко показано, насколько важно, чтобы вся система сигналов отображала ситуацию многоаспектно. Лем большее число аспектов оператор

136.