1 (К сожалению, инженерная психология пока еще не располагает удовлетворительными методами количественной оценки информации, содержащейся в информационной модели.)

Полнота отображения объекта наблюдения. Естественно полагать, что чем полнее информационная модель отображает событие и условия, в которых оно существует, тем более широкие возможности для принятия решения имеются в распоряжении наблюдателя.

Однако стремление сделать модель как можно более полной неизбежно связано с увеличением объема информации, передаваемой с ее помощью. При этом увеличивается не только релевантная (т. е. необходимая для решения задачи), но и иррелевантная информация. Как показано многими исследованиями, присутствие в модели необходимых данных снижает скорость приема и переработки информации: возрастает время поиска релевантных сигналов, определения их местоположения, их идентификации, сравнения, пересчета; увеличивается также число ошибок, допускаемых при выполнении перечисленных сравнительно элементарных действий [2; 3; 4].

Казалось бы, исходя из этих данных, в информационную модель должны включаться только релевантные сигналы: модель должна быть "очищена" от необходимых данных. Тем не менее наблюдатели, работающие с информационными моделями, возражают против подобного "очищения". Отмечается, что сигналы, иррелевантные в данный момент, могут стать очень нужными в какой-то другой момент. Для выбора оптимального решения той или иной задачи необходима как можно более полная информация; во всяком случае, модель должна включать сигналы, релевантные не только реально, но и потенциально. Экспериментально показано, что при решении стратегических задач выбор момента, когда следует принимать решение, точность этого решения и уверенность в нем возрастают с увеличением объема принимаемой и перерабатываемой информации [5].

Таким образом, в системе инженерно-психологических требований к информационной модели возникает противоречие. С одной стороны, для того чтобы обеспечить своевременное и правильное решение, она должна быть как можно более полной; с другой стороны, если объем информации, передаваемой моделью, превышает возможности наблюдателя по ее приему и переработке, надежность и эффективность его деятельности снижаются. Одним из способов разрешения этого противоречия является такое построение модели, которое позволяло бы передавать информацию последовательно, т. е. разделить ее на порции, каждая из которых соответствовала бы возможностям человека, и развернуть передачу порций во времени.

Такая развертка, естественно, должна основываться на ясном понимании структуры задачи и тех возможных ходов, которые предпринимает человек в процессе поиска решения. Эффективность этого способа была показана в [6]. В экспериментах операторам предлагалось за минимальное число ходов найти из 20 отображаемых объектов 8, имеющих особое значение. Каждый объект отображался трехзначным буквенным символом. В одной серии все объекты предъявлялись одновременно, в другой - последовательно. При определении последовательности предъявления сигналов исследователи исходили из представления структуры задачи в виде древообразного лабиринта, включающего несколько уровней, на которых локализуются искомые цели (рис. 1). Последовательность предъявления информации об объектах соответствовала этим уровням. Поскольку число возможных ходов в древообразном лабиринте достаточно велико и каждый оператор принимал свою собственную стратегию, в эксперименте использовалась ЭЦВМ, позволяющая передавать порции информации в соответствии со стратегией, выбранной каждым данным оператором. ЭЦВМ также информировала его о сделанных ходах, если это было необходимо (т. е. разгружала память).

Рис. 1. Схематическое изображение древообразного лабиринта целей

Эксперименты показали, что в рюмя поиска при последовательном предъявлении информации в два раза меньше, чем при одновременном, т. е. сукцессивная (развертывающаяся во времени) модель более эффективна, чем симультанная (представляемая одновременно). Важно обратить внимание на то, что при построении сукцессивной модели необходимо использовать ЭЦВМ с целью регистрации динамики решения задачи человеком и определения последовательности предъявления порций информации в соответствии с этой динамикой.

Развертка информационной модели во времени. Информационная модель может быть статической (фотография, карта, схема и т. д. ) или динамической (телевизионное или радиолокационное изображение, знаковое табло и т. д.). Обычно на практике используются модели, которые включают как статические, так и динамические составляющие. Вопрос о развертке во времени имеет значение, конечно, только для динамических моделей или для динамических составляющих моделей.

Соотношение изменений наблюдаемого объекта и его модели может быть различным и зависит от задач системы "человек - машина". В одних случаях задачи требуют, чтобы динамика модели во времени точно соответствовала динамике объекта (реальный масштаб времени), в других требуется, чтобы модель отображала изменения объекта в течение длительного интервала времени за более короткий интервал, т. е. чтобы в модели реальное время "сжималось" (например, цейтраферная киносъемка). В третьих, напротив, требуется "растягивание" реального времени (например, ускоренная киносъемка).

Определение масштаба временной развертки (отношение временной развертки модели к реальному времени наблюдаемого процесса) предполагает оценку возможностей наблюдателя и их ограничений в отношении слежения за процессами. При больших скоростях процессов человек не в состоянии зрительно воспринимать их переходы; чтобы обеспечить восприятие переходов, необходимо растянуть реальное время. При очень малых скоростях человек также не в состоянии вести за ними непрерывное наблюдение; в этом случае реальное время должно быть сжато. Таким образом, временная развертка модели должны быть согласована с теми временными интервалами, которые характеризуют работу воспринимающих систем человека и его деятельность в целом.

По характеру временной развертки модели можно разделить на индискретные и дискретные. В первом случае оператор может наблюдать изменения объекта во времени непрерывно; во втором он наблюдает "временные срезы" этих изменений.

Важно отметить, что техническая реализация развертки модели во времени и восприятие ее динамики не имеют однозначной связи. Дискретная развертка, осуществляемая в системах отображения информации, может при определенных условиях восприниматься человеком как непрерывная. Но вместе с тем сама зрительная система в процессе приема информации квантует время, т. е. работает как дискретная.

При определении временной развертки модели важно учитывать целый ряд величин: от минимального (порогового) времени воздействия раздражителя на сетчатку, необходимого для того, чтобы вызвать возбуждение рецептора, до временных интервалов, характеризующих деятельность человека в целом (например, допустимая длительность рабочей смены). Эти величины различаются на несколько порядков (от нескольких миллисекунд до нескольких часов).

В связи с этим можно говорить о нескольких уровнях временной развертки. Исходный уровень определяется психофизическими и психофизиологическими процессами, лежащими в основе формирования зрительного образа. Основными характеристиками этого уровня являются временной порог зрительной системы (более 1 мс), время возникновения импульсного ответа (20-70 мс), частота нервных импульсов (10-400 импульсов в секунду), время задержки сигнала в различных звеньях зрительной системы, латентный период зрительного ощущения (100-300 мс), время инерции зрительного ощущения (50-200 мс), критическая частота мельканий (10-50 периодов в секунду). К характеристикам этого уровня относятся также латентный (скрытый) период скачка глаза (200-300 мс), его длительность (30-150 мс), время конвергенции и дивергенции (200-500 мс), тремор глаза (100-150 периодов в секунду), время зрительной фиксации (200-300 мс). Порядок величин здесь - десятки и сотни миллисекунд. Исходя из этих величин, определяются временные параметры стимуляции глаза, обеспечивающие формирование непрерывного зрительного образа. Основной величиной является яркость стимула.

Наиболее важной характеристикой уровня для разработчика средств отображения является критическая частота мельканий, поскольку она, прежде всего, определяет условия, при. которых дискретная стимуляция трансформируется в зрительной системе в непрерывный образ. Если частота сигналов, адресуемых глазу, меньше КЧМ, то человек видит мелькания, если больше, то он их не видит. Особенно важен учет КЧМ при разработке средств отображения на основе электронно-лучевых трубок, поскольку в этом случае отображение получается путем развертки, неизбежно связанной с тем, что сигнал, появляющийся в какой-либо точке экрана, является дискретным. В тех случаях, когда по каким-либо техническим условиям частота передаваемого сигнала меньше КЧМ, непрерывность его восприятия может быть достигнута либо путем уменьшения яркости, либо путем чересстрочной развертки отображения.

Другой уровень временной развертки модели относится к характеристикам работы зрительной системы, связанным с режимом произвольных движений глаз, миганиями (период между миганиями - 2,8-3,8 с, длительность - 0,3-0,4 с), флуктуацией внимания, поиском сигналов, их опознанием и непосредственной (кратковременной) зрительной памятью (время хранения - 0,25-0,5 с). Порядок величин здесь - сотни миллисекунд и секунды.

Первый (исходный) уровень характеризуется тем, что человек не может произвольно регулировать работу воспринимающей системы: ее динамика во времени полностью определяется стимуляцией. На этом, втором, уровне определенное значение приобретают такие факторы, как задача, решаемая человеком, стратегии восприятия, возможность передвижения изменений наблюдаемых событий и т. д.

Основной вопрос, возникающий перед разработчиками средств отображения, - это вопрос о допустимой частоте смены отображений (кадров). Очевидно, что длительность демонстрации каждого кадра должна быть достаточной для того, чтобы наблюдатель мог найти и опознать предъявляемые сигналы, а также запомнить их, если это необходимо. Вместе с тем частота смены кадров должна позволить наблюдателю отметить преемственность в развитии наблюдаемых событий.

Есть основания полагать, что допустимая в отношении восприятия частота смены кадров зависит от объема передаваемой информации. Если следующие друг за другом кадры отображают один и тот же медленно изменяющийся объект, т. е. каждый новый кадр несет минимум информации, а основная задача наблюдателя состоит в том, чтобы заметить медленно происходящие изменения объекта, то при определении частоты смены кадров учитывают прежде всего время сохранения зрительного образа в непосредственной (кратковременной) памяти. С увеличением информации в каждом новом кадре длительность демонстрации каждого из них должна увеличиваться, а, следовательно, частота смены уменьшаться, так как в этом случае возникают дополнительные затраты на поиск и опознание новых сигналов. При развертке информационной модели во времени на данном уровне важно учитывать длительность демонстрации не только кадров, но и интервалов между ними. Как показали исследования, существует зависимость между интервалами смены кадров и зрительным утомлением: чем короче интервал, тем быстрее развивается утомление.

Следующий уровень временной развертки информационной модели связан с характеристиками оперативного мышления (время принятия решений), а также с временными затратами на выполнение управляющих действий и передачу сообщений. Порядок величин здесь - минуты и десятки минут. К этому же уровню может быть отнесено время темновой и световой адаптации.

Наконец, можно выделить уровень развертки, связанный с характеристиками утомления зрительной системы и способности человека вести длительные наблюдения. Порядок величин здесь - десятки минут и часы.

Пространственная организация информационной модели. Существенное влияние на эффективность и надежность приема информации человеком оказывает пространственная организация тех средств отображения, которые формируют информационную модель и саму модель. Как правило, при построении модели используется не один, а целая система приборов, каждый из которых отображает ограниченное число параметров наблюдаемых объектов и процессов, а следовательно, обеспечивает построение только части модели. Между тем наблюдатель, решая возникающие задачи, оперирует всей моделью, как целым. Важнейшим условием, обеспечивающим эту возможность, является такая компоновка приборов в пространстве, которая позволяла бы наблюдателю воспринимать части модели в их взаимоотношениях.

В предыдущих работах приведены данные об основных пространственных характеристиках зрения (остроте и поле зрения, гороптере и стереоскопическом зрении), которые нужно учитывать в пространственной организации модели в первую очередь. Если необходимо, чтобы вся модель (или ее часть) воспринималась симультанно, то ее размеры не должны выходить за пределы центральной части поля зрения (30-40° по горизонтали, 30° вверх, 40° вниз от точки фиксации взгляда); при этом величина наименьших деталей должна соответствовать оперативному порогу различения расстояний (в 8-10 раз больше порога остроты зрения). С учетом перевода взгляда при неподвижной голове оператора размер модели по горизонтали увеличивается до 50-60°, а с учетом поворота головы - до 90°.

В требованиях отмечалось, что центральная часть поля зрения обеспечивает наиболее эффективное различение сигналов, а периферическая - их обнаружение. Эти особенности структуры поля зрения должны учитываться при компоновке модели в пространстве.

Исходным при определении плоскости приборной панели, на которой строится отображение, является представление о гороптере. Если эта плоскость приближается к гороптеру, то при переводе взгляда с прибора на прибор нет необходимости в изменении аккомодации и конвергентной установки глаз. Из приведенных на рис. 2 форм плоскости приборной панели наиболее близка к гороптеру форма б и в. В этом случае дистанции наблюдения для каждого прибора примерно одинаковы. Однако на практике нередко разные приборы, используемые для построения одной модели, располагаются на разных дистанциях от наблюдателя. В этом случае разница в дистанциях наблюдения создает как бы "провалы" и "выступы" в гороптере, которые можно использовать как средство выделения тех или иных приборов (например, наиболее важные приборы располагаются несколько впереди основной поверхности, наименее важные - позади).

Структура поля зрения определяет лишь самые общие пространственные условия восприятия модели. Решая вопрос о пространственной организации поля отображения и самой модели в каждом конкретном случае, важно иметь четкое представление о степени важности информации, передаваемой каждым прибором, последовательности и частоте ее использования и, самое главное, о структуре деятельности оператора, особенно о возможной стратегии восприятия. Некоторые относящиеся сюда рекомендации можно найти в работах [8-12] . Поэтому ограничимся лишь перечислением наиболее важных принципов.

1) Принцип компактности. Расположение средств отображения должно обеспечивать для наблюдателя возможность воспринимать создаваемую ими модель как целостное образование.

2) Принцип группировки. Приборы, передающие информацию о взаимосвязанных параметрах наблюдаемого объекта, должны объединяться в группы.

3) Принцип соответствия структуры пространства модели субординации задач, решаемых наблюдателем. При определении пространственной организации модели прежде всего должна быть определена субординация задач и в соответствии с нею пространство должно быть разбито на зоны. Приборы следует располагать в этих зонах по степени важности передаваемой ими информации, необходимой для решения этих задач (приборы, передающие информацию, необходимую для решения основной задачи, располагаются в наиболее выгодной в отношении восприятия зоне и т. д.).

4) Принцип структурного соответствия сенсорного и моторного полей. Расположению приборов должно соответствовать расположение связанных с ними органов управления.

Эффективными средствами реализации этих принципов являются средства архитектурной композиции (симметрия и асимметрия, метр и ритм, контраст и нюанс, пропорции, масштаб и т. д. ). Как показывают исследования, пользуясь ими, можно управлять восприятием и вниманием наблюдателя [13-15].

Для расчета общих размеров панели информации и зоны размещения постоянно используемых приборов (зона А) при различных дистанциях наблюдения рекомендуется следующая формула:

l=kd

где l - расстояние от центра панели до соответствующей границы панели или зоны, мм; d - расстояние от оператора до приборной панели, мм; k - коэффициент (табл. 1).

Таблица 1. Значения коэффициента k

Типы информационных моделей. Модели, несущие осведомительную информацию, обычно разделяют на наглядные, абстрактные и смешанные.

Наглядные модели (их называют также репродуктивными, пикториальными, картинными или моделями - изображениями) являются некоторой копией, подобием отображаемого объекта; в них воспроизводятся те или иные (прежде всего, пространственные) свойства объекта. Картина, фотография, телевизионное изображение - примеры моделей этого типа. В зависимости от назначения модели степень подобия или полнота воспроизведения признаков объекта может быть различной: от почти полного воспроизведения объекта до схемы, отображающей лишь его наиболее существенные признаки (например, упрощенный контур объекта или взаимное расположение его деталей). Достоинство этих моделей в том, что процесс их восприятия во многих отношениях протекает так же, как процесс восприятия реальных объектов. При высокой степени подобия у наблюдателя может даже возникнуть иллюзия, что он имеет дело с реальными объектами. При работе с этими моделями активно используется весь опыт, накопленный человеком в процессе деятельности с реальными объектами.

Главная задача при разработке наглядных моделей - это определение признаков, которые целесообразно отобразить наглядно, и допустимой степени схематизации.

Абстрактные модели (их называют также символическими, условными, знаковыми, кодовыми) передают информацию об отображаемом объекте при помощи набора знаков. Печатный текст, математические формулы, система символов, выражающих логические связи, - примеры моделей этого типа. Достоинство этих моделей в том, что они позволяют отображать такие свойства объектов, которые недоступны непосредственному наблюдению. В процессе приема информации, передаваемой этими моделями, ведущая роль принадлежит процессам опознания и интерпретации.

Главная задача при разработке абстрактных моделей - это определение признаков, информацию о которых целесообразно передавать в знаковой форме, и выбор системы знаков, используемых для их кодирования.

Смешанные модели представляют собой сочетание элементов наглядных и абстрактных моделей. При рациональном построении смешанных моделей соединяются достоинства моделей первых двух типов.

Выбор типа модели, отображающей осведомительную информацию, определяется задачей, решаемой наблюдателем. Если, например, задача предполагает оценку пространственных взаимоотношений объектов, то разумнее воспользоваться наглядной моделью. Абстрактная модель в случае ее использования потребует от оператора сложной системы мысленных преобразований знаков в наглядное представление, что может привести к ошибкам.

Напротив, если задача требует выявления таких отношений между объектами, которые недоступны непосредственному наблюдению, использование наглядных моделей усложнит деятельность наблюдателя, так как потребует от него кодирования наглядности данного изображения.

Модели используются для передачи наблюдателю не только осведомительной, но часто и командной информации. В этом случае применяются специальные изображения и знаки, указывающие последовательность и характер тех действий, которые нужно выполнить (например, запрещающие и разрешающие сигналы, сигналы "внимание!" и т. д. ). Сигналы, передающие командную информацию, могут быть включены в структуру осведомительной модели, а могут образовывать и специальную модель. При передаче командной информации используются сложившиеся в практике средства визуальной индикации (например, запрещение действия - красный свет, слово "стоп", перечеркнутое изображение и т. п.).

Литература

1. Зинченко В. П., Панов Д. Ю. Построение систем управления и проблемы инженерной психологии II Инженерная психология. Пер. с англ./Под ред. Д. Ю. Панова и В. П. Зинченко. М., 1964.

2. Green D. F. The time required to search for numbers of large visual displays//Techn. report MeGrow W. I. & Inkins H. M. 1953. Mc I. T. N 36.

3. Schutz H. G. An evaluation of formats for qraphic trend displays//Human Factors. 1961. №3.

4. Smith S. Z., Thotnas D. W. Display colour cade compared with three shape codes for a class counting task // MITRE corp. Techn Series Report. Belford, 1963. № 12.

5. Inquiry into methods used to obtain Military information Requirements. USAP, FSD-TDR-62-302 1962. May. Aut.: J. F. Gardner, I. W. Gebhard, R. M. Hanes and bit. 218

6. Baker I. D. LGoldstein Match, vs. Sequential displays: effects on human problem solving 11 Human Factors. 1966. V. 8. № 3.

7. Овчинников B. C., Волынцев M. C. Экспериментальное определение оптимального интервала смены информации при считывании знакового изображения//Проблемы общей, социальной и инженерной психологии/Под ред. Б.Г. Ананьева. Л., 1966.

8. Инженерная психология в применении к Проектированию оборудования. Пер. с англ./Под ред. Б. Ф. Ломова и В. И. Петрова. М., 1971.

9. Ломов Б. Ф. Человек и техника. М., 1966.

10. Murrell L. F. H. Ergonomics: man in his working environment. London, 1965.

11. Инженерно-психологические требования к системе управления/Под ред. В. П. Зинченко. М., 1967.

12. Военная инженерная психология/Под ред. Б. Ф. Ломова, А. А. Васильева, В. Ф. Рубахина и др. М., 1970.

13. Кудин П. А., Ломов Б. Ф. Использование художественных средств архитектурной композиции для управления зрительным восприятием//Проблемы инженерной психологии/Под ред. Б.Ф. Ломова. Л., 1966. Вып. 4.

14. Кудин П. А., Ломов Б. Ф., Митькин А. А. О восприятии ритмических композиций на плоскости//Техническая эстетика. 1969. № 8.

15. Ганзен В. А., Кудин П. А., Ломов Б. Ф. О гармонии в композиции//Техническая эстетика. 1969. № 4.

Литвак И. И., Ломов Б. Ф., Соловейчик И. Е. Основы построения аппаратуры отображения автоматизированных систем. М., 1975.

Инженерно-психологические требования к построению кодовых алфавитов (Т. П. Зинченко)

Проблема оптимального кодирования поступающей к человеку информации является одной из важнейших проблем согласования характеристик человека-оператора и сложной автоматизированной системы управления. Оптимальность кода предполагает, что он обеспечивает максимальную скорость и надежность приема и переработки информации человеком, т. е. максимальную эффективность выполнения операций зрительного поиска, обнаружения различения, идентификации и опознания сигналов. Выбор модальности сигналов, вида алфавита, определение основания кода, выбор способа предъявления знаков и т. п. - все эти вопросы могут быть решены только при компромиссном соглашении, поскольку часто улучшение параметров кодов в одной задаче приводит к снижению эффективности работы человека в других условиях. Следует учитывать, что для человека имеются существенные и несущественные признаки, что прием и передача сообщений зависят от их значимости, от вероятности появления сигналов. Необходимо принимать во внимание тренировку человека, позволяющую наиболее экономно кодировать предъявляемую ему информацию.

Для приема и передачи информации человеком большое значение имеет объем постоянной и оперативной памяти. Наконец, при построении систем кодирования следует учитывать характер отображаемой информации и специфику задач, решаемых оператором. Все это затрудняет разработку рекомендаций и требований к кодированию информации. Тем не менее, обобщая результаты экспериментальных исследований, мы определили [5; 6] ряд относительно независимых параметров, по которым должны строиться и оцениваться алфавиты кодовых сигналов. К числу таких параметров могут быть отнесены следующие: модальность сигнала, вид алфавита (или категория кода), основание кода (или длина алфавита), мерность кода, мера абстрактности кода, компоновка кодового знака.

Выбор модальности сигналов

В реальных системах управления информация, передаваемая человеку - оператору, адресована преимущественно зрительному анализатору. Поэтому в настоящее время остро стоит вопрос о возможности перераспределения потоков информации, передаваемой человеку, между различными анализаторами с целью снять перегрузку со зрительного анализатора. В связи с этим возникает необходимость в изучении условий, обеспечивающих высокую эффективность приема и обработки информации, адресованной слуховому анализатору.

Слуховой анализатор является филогенетически одним из наиболее рано сформировавшихся, а потому и наиболее устойчивых к внешним воздействиям. Он адекватно отражает внешнюю среду в таких условиях, когда функционирование зрительного анализатора затруднено: например, в условиях кислородного голодания на больших высотах, при воздействии больших ускорений и т. п. Такие преимущества слухового сигнала, как большой диапазон частот и интенсивностей, относительная независимость от пространственного положения, высокая помехоустойчивость, обусловливают его предпочтительное использование в ряде ситуаций. Гибкость и чувствительность слуховой системы человека обеспечивают возможность выполнения следующих операций со звуковыми сигналами: обнаружение сигнала тревоги; обнаружение и опознание звуковых сигналов в большом диапазоне частот и интенсивностей; локализация источника звука; анализ компонентов звукового сигнала и выделение полезного сигнала из шума; слежение за звуком, исходящим из определенного источника [7] . В то же время существенный недостаток состоит в том, что слуховой анализатор, являясь "анализатором времени", принимает информацию не симультанно, как зрение, а сукцессивно и потому замедленно. В связи с этим оперативная память оператора оказывается загруженной, раньше наступает утомление.

Слуховую форму предъявления информации рекомендуется использовать в следующих случаях [8] :

- для сигналов опасности, так как слух, в отличие от зрения, не способен к непроизвольному самовыключению;

- при перегрузке зрения;

- когда работа оператора требует его постоянного перемещения и информация должна приниматься независимо от ориентации головы опера- тора;

- при ограничении зрения внешними или внутренними условиями (например, когда пункт получения сообщения ярко освещен или, наоборот, в условиях ограниченной видимости);

- в специфических условиях (аноксия, состояние невесомости, воздействие больших положительных ускорений и т. п. );

- когда в сообщении идет речь о событиях, разворачивающихся во времени;

- при необходимости выделения сигнала из шума, так как слуховой анализатор - хороший детектор периодических сигналов на фоне шума.

Различают звуковые и шумовые сигналы, с одной стороны, и речевые - с другой. Использование звуковых и шумовых сигналов рекомендуется в следующих случаях:

- при приеме простого и короткого сообщения, не связанного с последующими сообщениями;

- когда сообщение требует немедленного действия;

- когда оператор специально обучен пониманию смысла закодированного сообщения;

- если оператор перегружен речевыми сигналами;

- если необходимо соблюдение тайны;

- когда оператор работает в группе;

- при сильных акустических помехах.

Звуковое предъявление информации используется во всех гидролокационных системах для обнаружения и определения контуров объектов по отраженному звуку. Предупредительные сигналы и сигналы тревоги во многих системах также являются звуковыми.

Выбор вида алфавита

Различные качественные и количественные характеристики управляемых объектов могут кодироваться различными способами: условными знаками, буквами, цифрами, цветом, яркостью и т. п. Каждый самостоятельный способ кодирования называется видом алфавита, или категорией кодирования. Установлено, что при решении оператором различных задач, таких, как опознание, декодирование, счет, поиск и т. п., проявляются преимущества тех или иных видов алфавитов, поскольку различные признаки сигнала обеспечивают различную эффективность выполнения этих операций. Поэтому вопрос о выборе вида алфавита должен решаться с учетом задач, стоящих перед оператором, специфики его деятельности.

В ряде исследований определялась относительная эффективность различных категорий кодовых знаков в зависимости от задач, стоящих перед оператором. Так, У. Д. Хитт [9], сравнивая пять видов алфавитов: числа, буквы, геометрические фигуры, цвета и конфигурации, - приходит к выводу, что цветовое и числовое кодирование наиболее эффективно.

При сравнении скорости обнаружения на панели сигналов, отличающихся друг от друга одним из четырех признаков - формой, размером, яркостью и цветовым оттенком, - было установлено, что время поиска объектов по цвету - минимальное, а по яркости и размеру - максимальное

[10]. Преимущества цвета в задачах зрительного поиска были обнаружены и при сравнении таких категорий кодовых знаков, как цвет, цифры и геометрические фигуры [11].

В ряде исследований [2; 3; 4; 15], в которых в качестве кодовых категорий использовались форма, размер, цвет и пространственная ориентация фигур и изучались операции идентификации, опознания и зрительного поиска, было установлено, что наибольшую эффективность выполнения всех перечисленных операций обеспечивают категории цвета и формы. Наименьшая точность и скорость работы отмечается для признака размера. При оценке эффективности различных алфавитов в задачах информационного поиска в качестве одного из существенных параметров может использоваться средняя длительность зрительных фиксаций:

При использовании для кодирования информации сигналов слуховой модальности также возникает необходимость в сравнительной оценке эффективности приема и обработки информации для различных категорий слухового сигнала: частоты, интенсивности, длительности и т. п. Известно, что оценка интенсивности и частоты очень коротких звуков затруднена. При длительности тона в 2-3 мс человек отмечает лишь его наличие, но не может определить его качеств. Любой звук при этом оценивается как щелчок. С увеличением длительности звука человек начинает различать его частоту и интенсивность. Дифференцировка двух тонов по частоте и интенсивности также зависит от их отношения по длительности и от интервала между ними. Как правило, звуки, равные по длительности, различаются точнее, чем неравные. Очевидно, что оценки характеристик частоты, интенсивности и длительности звукового сигнала тесно связаны между собой. Однако способность человека к распознаванию этих качеств различна: лучше всего распознается частота звукового сигнала, хуже всего - его длительность.

В нашем исследовании идентификации по параметрам частоты, интенсивности и длительности пар звуковых сигналов, разделенных 5-секундным межстимульным интервалом, наибольшая точность идентификации также установлена для параметров частоты и наименьшая - для параметра длительности. Однако максимальные значения времени реакции отмечались для категории интенсивности звукового сигнала (табл. 1).

Таблица 1. Зависимость эффективности идентификации звуковых сигналов от вида алфавита

Оценивая относительную эффективность приема и обработки звуковых сигналов по перечисленным выше параметрам, следует уравнивать влияние таких факторов, как число градаций параметра, величина шага шкал, условия предъявления сигналов, задачи оператора и т. п.

Определение основания кода (длины алфавита)

Высокая дифференциальная чувствительность анализаторов человека по отношению к отдельным свойствам сигнала, казалось бы, позволяет использовать для передачи ему информации достаточно длинные алфавиты одномерных сигналов. Однако, по экспериментальным данным, при использовании таких алфавитов скорость и надежность приема информации человеком невелики. В ряде исследований было показано, что одним из наиболее важных ограничителей пропускной способности анализаторов человека является фактор различимости. По данным Б. Ф. Ломова [7], оптимальные условия различения одномерных сигналов создаются лишь в том случае, если различие между парой одномерных сигналов превышает пороговую величину в несколько раз. Это обстоятельство ограничивает допустимую длину алфавита сигналов. Другое ограничение связано с низкой способностью человека точно идентифицировать возрастающее количество одномерных сигналов.

Многочисленные эксперименты по абсолютным оценкам одномерных сигналов различных модальностей показали, что при их использовании можно передать очень ограниченное количество информации.

Допустимая длина алфавита должна определяться экспериментальным путем для каждого вида алфавита. В инженерно-психологической литературе имеются данные относительно допустимой длины алфавита для некоторых видов алфавитов зрительных сигналов:

- форма - не ограничена в связи с возможностью использования различных дополнительных, внутренних и наружных, деталей;

- размер - 5;

- цифры и буквы - не ограничена в связи с возможностью использования различных сочетаний;

- цвет -11;

- яркость - 4;

- частота мельканий - 4.

Выбор мерности кода

Наиболее целесообразным способом увеличения длины кодового алфавита является использование многомерного кодирования, т. е. увеличение числа значимых и меняющихся параметров сигнала. С помощью многомерных сигналов человеку можно передавать одновременно значительно больше информации о состоянии внешней среды или объектов управления, чем с помощью одномерных сигналов, поскольку информация на сигнал увеличивается пропорционально логарифму числа его измерений.

В ряде экспериментальных исследований измерялось количество переданной информации при работе с многомерными сигналами как зрительной, так и слуховой модальности. Так, Поллаком с соавт. [13] были проведены исследования на материале двумерных и многомерных слуховых алфавитов. При двумерном кодировании использовались такие параметры звукового сигнала, как частота и интенсивность чистых тонов. Результаты показали, что добавление второго параметра приводит к увеличению пропускной способности, но за счет уменьшения переданной информации на каждый параметр.

Результаты наших исследований также показали, что с увеличением мерности алфавитов слуховых сигналов линейно растет количество переданной информации при выполнении задач идентификации и опознания сигналов (рис. 1). Обзор исследований процессов приема и обработки информации, передаваемой с помощью многомерных сигналов, позволил У. Гарнеру сформулировать общий принцип перцептивного различения у человека: различимость стимулов улучшается с увеличением их мерности, т. е. числа параметров, по которым они различаются.

Рис. 1. Зависимость количества информации от мерности алфавита в задачах идентификации (И) и опознания (0) слуховых сигналов

При использовании многомерных сигналов возникает вопрос об оптимальном соотношении числа переменных параметров сигнала и числа градаций каждого из параметров. Согласно данным Поллака и Фикса [13], три градации на каждый параметр слухового сигнала обеспечивают более высокую точность различения, чем четыре. Это значит, что максимально возможная передача информации будет достигнута в том случае, когда применяется не больше трех альтернатив на один параметр, но вводится много переменных параметров.

Экспериментально установлено, что количество передаваемой информации различно для различных параметров многомерного сигнала Так, при использовании сигналов слуховой модальности наиболее точно распознаются градации частоты и числа перерывов, наименее точно - градации длительности. Различия между отдельными параметрами влияют и на длительность тренировки испытуемого.

Помимо тренировки большое влияние на точность опознания сигналов оказывает очередность идентификации градаций отдельных параметров: градации параметров, идентифицируемых в первую очередь, опознаются более точно, чем градации параметров, идентифицируемых в последнюю очередь. По данным Е. Я. Войтинского, количество передаваемой информации для сигналов с меньшим шагом шкал меньше, чем для сигналов с большим шагом шкал. И по мере тренировки сохраняются преимущества в количестве переданной информации для сигналов с большим и средним шагом шкал.

В целом результаты исследований свидетельствуют о высокой эффективности многомерного кодирования слуховой информации. Оно уже нашло применение в ряде систем. Так, в Англии информация о скорости ветра при посадке самолета на авианосец представляется с помощью изменения частоты и скорости прерывания звука. В системе "Флайбар" используется трехмерное кодирование поворота, крена самолета и скорости его полета частотой, интенсивностью и скоростью прерывания звука.

Для обеспечения надежной работы оператора с многомерными зрительными алфавитами также необходимо решить ряд проблем. Использование многомерного кодирования предполагает необходимость оперирования в процессе считывания информации одновременно несколькими признаками зрительного сигнала. Возникает вопрос о том, как изменяется эффективность процессов опознания, декодирования, поиска и других при оперировании несколькими признаками сигналов и каково максимальное число сочетаемых признаков, при котором скорость и точность выполнения этих операций остаются на достаточно высоком уровне. Иначе говоря, возникают задачи определения допустимой мерности кода и оптимальных сочетаний различных кодовых категорий в структуре многомерного алфавита. Без решения этих задач эффект увеличения информации на входе будет нивелироваться уменьшением точности и скорости переработки входных сигналов человеком.

В ряде наших исследований [3; 4; 8] изучалась эффективность работы с алфавитами различной мерности в режимах идентификации, опознания, информационного поиска и подготовки решения. Мерность алфавита варьировалась от одномерного до четырехмерного путем сочетания кодовых категорий формы, размера, цвета и пространственной ориентации сигнала. Полученные данные свидетельствуют о преимуществах многомерных алфавитов, обеспечивающих более высокую скорость обработки информации в различных режимах (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость обработки информации от мерности алфавита в задачах опознания (О) и зрительного поиска (П)

Один из важных вопросов, возникающих в связи с использованием многомерного кодирования, - оценка эффективности многомерных алфавитов при длительной работе оператора. С этой целью нами исследовалась динамика работоспособности испытуемых в условиях длительного, шестичасового, эксперимента. Испытуемые работали в режимах идентификации, опознания и информационного поиска, оперируя одномерными и многомерными алфавитами зрительных сигналов. Для оценки функций внимания и памяти испытуемых до начала и после окончания эксперимента использовались различные пробы: корректурная проба, таблицы Платонова - Горбова, тест на оперативную память Дюкера и т. п. Результаты исследования показали, что длительная работа в указанных режимах не привела к снижению устойчивости, концентрации и переключения внимания, а также характеристик оперативной памяти испытуемых. Сравнительная оценка продуктивности работы с одномерными и многомерными алфавитами в различных режимах не обнаружила снижения в ходе эксперимента продуктивности работы с многомерными алфавитами. Эти данные свидетельствуют о высокой эффективности многомерного кодирования и в условиях длительной работы оператора.

Определение доминирующего признака

Восприятие многомерных сигналов не является простой суммой параллельно развертывающихся процессов. Экспериментально установлено, что существует определенная последовательность различения признаков сигнала. В многомерных сигналах обычно есть доминирующие и рецессивные признаки. Доминирующие признаки являются опорными в процессе различения и определяют характеристики реакции субъекта. Иерархия признаков в многомерном коде соответствует рангу эффективности этого признака при одномерном кодировании, что говорит об относительной независимости признаков в структуре многомерного кода. Наибольшую эффективность слухового различения обеспечивают признак частоты, зрительного - признаки цвета и формы.

При построении многомерных алфавитов следует учитывать преимущества того или иного вида алфавита в решении различных задач. Кодовая категория, обеспечивающая оптимальную различимость и тем самым максимальную эффективность решения задач оператором, должна использоваться в качестве доминирующего признака, т. е. для кодирования наиболее значимой характеристики объекта. Так, в системах со знаковой индикацией доминирующим признаком должен быть контур знака. При использовании категорий формы и цвета в структуре многомерного алфавита возникает вопрос, какой из этих категорий отдать предпочтение. Эффективность решения различных задач для двух данных видов алфавитов примерно одинакова. В одном из исследований испытуемым предъявлялось в течение нескольких секунд некоторое число простых геометрических фигур, окрашенных в различные цвета. Регистрировалось отношение числа удержанных в памяти форм к числу удержанных в памяти цветов. По этим показателям были выделены три группы испытуемых: видящие преимущественно формы, видящие преимущественно цвет, видящие и цвет, и форму. Таким образом, результаты этого исследования не позволяют однозначно ответить на вопрос о доминировании формы или цвета в зрительном различении.

Другие данные приводит С. Смит [14]: когда на экране индикатора совмещаются цвет и форма, в зрительном различении доминирует цвет. В связи с этим Смит полагает, что цвет должен использоваться как основное, а форма - как вспомогательное средство кодирования информации, отображаемой на индикаторе. Однако следует иметь в виду, что превосходство цвета над формой не обязательно будет сохраняться при увеличении длины алфавита. По мере увеличения числа цветовых тонов может наблюдаться ухудшение цветоразличения, что приведет к снижению эффективности цветового кодирования, в то время как увеличение числа фигур в символическом коде может не дать такого эффекта.

Определение меры абстрактности кода

При разработке систем кодирования возможны различные варианты приближения кодовых знаков к кодируемым объектам. С этой точки зрения можно выделить два возможных варианта: "абстрактный" код, никак не связанный с содержанием сообщения, и "конкретный код, в определенной мере связанный с содержанием сообщения. В соответствии с мерой абстрактности кода выделяют следующие типы знаков: абстрактные, схематические, иконические и пиктографические. Известно, что конкретность, наглядность опознавательных признаков знака ускоряет процесс декодирования, поскольку в этом случае процессы различения, опознания и декодирования осуществляются одновременно.

Использование принципа конкретности, т. е. связи формы сигнала со значением, смыслом кодируемого объекта, обеспечивает более продуктивное запоминание и хранение символов в памяти [15]. В опытах Г. В. Репкиной [16] было показано, что увеличение нагрузки на оперативную память наблюдателя приводит к более значительным различиям в эффективности разных способов кодирования. Наиболее эффективными при этом являются буквенный и цифровой коды, что определяется наличием у испытуемых сложившихся способов обработки этих кодов с точки зрения образования различных оперативных единиц памяти.

Вопрос о мере абстрактности каждой категории кодовых знаков должен решаться в соответствии с их особенностями. Буквы и цифры являются абстрактным кодом, но они могут отражать названия характеристик объектов или ранжировать их по порядкому номеру. В таком случае буквенный и цифровой коды будут приближаться к конкретному коду.

При цветовом кодировании также рекомендуется использовать цвета, возможно точнее отображающие реальную ситуацию. Согласно международному стандарту, сигналами опасности являются теплые тона, безопасности - холодные. Красный цвет требует немедленной остановки действия, является запрещающим и аварийным цветом. Желтый цвет означает внимание и слежение, зеленый - разрешающий цвет.

Вопрос о мере абстрактности имеет наибольшее значение для категории формы. Экспериментально установлено, что частичное воспроизведение в опознавательных признаках сигнала признаков кодируемого объекта обеспечивает высокую точность декодирования. Вместе с тем следует соблюдать определенную меру "картинности", которая должна определяться требованием хорошей различимости знака.

При выборе вида алфавита также следует опираться на системы знаний, сложившиеся и прочно закрепленные в опыте человека. Это помогает быстрому оживлению ассоциаций и повышает скорость и точность декодирования. На этом основании буквы используются для передачи информации о названии объекта, цифры - о его количественных характеристиках, цвет - о значимости. Геометрические фигуры могут быть использованы для кодирования информации в тех случаях, когда оператору необходима наглядная картина для быстрой переработки информации.

При создании алфавитов слуховых сигналов также предпочтительно использовать "натуральные" взаимоотношения между параметрами сигнала и кодируемыми характеристиками объекта. Например, различия в частоте звукового сигнала могут обозначать движение самолета вверх и вниз и т. п.

Компоновка кодового знака

При компоновке кодовых знаков следует соблюдать требование хорошей различимости. Учитывая результаты ряда экспериментальных исследований, можно сформулировать некоторые требования к построению кодовых знаков.

1. При построении алфавитов знаков необходима четкая и последовательная классификация символов внутри алфавита.

2. Основной классификационный признак объекта кодируется контуром знака, который должен представлять собой замкнутую фигуру.

3. Знак должен иметь не только контур, но и дополнительные детали.

4. Дополнительные детали не должны пересекать или искажать основной символ.

5. Не следует перегружать знак внутренними или наружными деталями. Использование букв снаружи или внутри контура также затрудняет различение знака.

6. Предпочтительно использование симметричных символов, поскольку они легче усваиваются и более прочно сохраняются как в оперативной, так и в долговременной памяти.

7. В качестве различительных и опознавательных признаков знаков в пределах одного алфавита не рекомендуется использовать следующие: число элементов в знаке или его протяженность, отличие знаков по признаку позитив - негатив, отличие знаков по признаку прямое - зеркальное отражение.

8. Различимость знаков должна оцениваться также по их угловым размерам, яркости и контрасту с фоном.

Литература

1. Ломов Б. Ф. Человек и техника. М., 1966.

2. Гайда В. К., Забродин Ю. М., Зинченко Т. П. Сравнительное исследование опознания и идентификации одномерных и многомерных зрительных кодов Эргономика. Труды ВНИИТЭ. М., 1971.

3. Зинченко Т. П. Чудесенко О. А. Гордон В.М. Особенности идентификации и опознавания кодовых признаков//Эргономика. Труды ВНИИТЭ. М., 1974. Вып. 8.

4. Зинченко Т. П. Исследование опознания одномерных и многомерных стимулов//Техническая эстетика. 1971. № 5.

5. Зинченко Т. П. Кодирование зрительной информации//Методология исследований по инженерной психологии и психологии труда. Л., 1975. Ч. 2.

6. Зинченко Т. П. Требования к кодированию зрительной и звуковой информации II Руководство по эргономическому обеспечению разработки техники. М.,

7. Соловьева А. И. Основы психологии слуха. Л., 1973.

8. Инженерная психология в применении к проектированию оборудования. М., 1971.

9. Хитт У. Д. Оценка абстрактных методов кодирования//Инженерная психология. М., 1964.

10. Eriksen C. W. Location of objects in a visual display as a function of the number ot dimension on which the objects differ//Journ. Exper. Psychol. 1952. Vol. 44.

11. Кристнер Ш., Рэй Г. Оценка влияния некоторых комбинаций кодов целей и фона на эффективность чтения картографической информации на экране индикатора//Инженерная психология. М., 1964.

12. Зинченко Т. П. Исследование процесса приема и переработки визуальной информации и проблема многомерного кодирования//Инженерная психология в приборостроении. Л., 1972.

13. Pollack Т., Ficks F. Information of multidimensional aufitory displays. I.//Journ. Acoust. Soc. Amer. 1954. Vol. 26.

14. Smith S.L. Color coding and visual separability in information displays//Journ. oi Applied Psychol. 1963. Vol. 47. № 6.

15. Рыжкова Н. И. О некоторых способах кодирования информации//Проблемы инженерной психологии. Л., 1965. Вып. 3.

16. Репкина Г. В. Исследование оперативной памяти//Проблемы инженерной психологии. Л., 1965. Вып. 3.

Зинченко Т. П. Опознание и кодирование. Л., 1981.

Проектирование, оценка и обеспечение надежности систем "человек - машина"

Свойства и показатели эффективности, качества и надежности эргатических систем (А. И. Губинский)

Взаимосвязь понятий эффективности, качества и надежности функционирования эргатических систем

Как отмечалось, эргатические системы (ЭС) относятся к классу целенаправленных систем, т. е. систем, которые благодаря присущему им свойству активности стремятся к достижению некоторой цели (целей). Насколько результативна эта активность, можно судить по конечному результату - степени достижения цели - или более ограниченно - по характеру процесса функционирования, ведущего к достижению цели. В связи с этим необходимо различать свойства и показатели эффективности, качества и надежности функционирования.

Эффективность ЭС - свойство ЭС достигать конечной цели, т. е. получать продукт труда с заданным качеством в заданных условиях и обусловленные достижением цели результаты или эффект от них.

Качество функционирования ЭС - совокупное свойство, определяемое характеристиками процесса функционирования, ведущего к достижению конечной цели в заданных условиях.

Надежность функционирования ЭС - свойство ЭС сохранить устойчивость процесса функционирования, заключающуюся в отсутствии вынужденных прекращений процесса (срывов функционирования) и неправильных действий (ошибок).

Другими словами, надежность и качество функционирования ЭС - это процессуальные свойства, а эффективность - это результирующее свойство.

Надежность функционирования обусловливается двумя факторами: качеством функционирования (практически величиной разброса характеристик, описывающих качество функционирования) и внешними требованиями к качеству функционирования (практически величиной ограничений на предельно допустимые отклонения характеристик качества функционирования).

Эффективность ЭС обусловливается надежностью функционирования (степенью бесперебойности процесса функционирования) и качеством процесса функционирования (уровнем характеристик процесса функционирования на интервалах бесперебойного функционирования ЭС)

Взаимосвязь этих понятий представлена на рис. 1.

Рис. 1. Взаимосвязь качества, надежности и эффективности

В зависимости от задач исследования или применения могут использоваться различные градации эффективности [1]:

- прагматическая эффективность - когда в качестве оценки принимается степень достижения поставленной перед системой цели (оценка по достигаемому результату);

- специфическая (техническая, военная и т. д. ) эффективность - когда в качестве оценки принимается эффект, получаемый благодаря достижению цели системой (оценка по эффекту);

- специфически-экономическая (технико-экономическая, военно-экономическая и т. д.) эффективность - когда при оценке учитывается не только достигаемый системой материальный эффект, но и материальные заслуги, которые необходимы для достижения этого эффекта (оценка по комплексу "эффект - затраты").

Дальнейшим развитием будет социально-экономическая эффективность, если ввести в учет духовные затраты и духовное обогащение человека, получаемое им в результате достижения цели. Но проработка этих понятий только начинается.

Как видно, каждая следующая градация является более общей степени учета влияющих факторов, но оценка любой из них зиждется на оценке прагматической эффективности. Поэтому принципиально важно и необходимо в первую очередь иметь методы оценки именно прагматической эффективности (результативности) эргатических систем. Однако так как это выходит за рамки данной публикации, то ограничимся лишь указанием ряда показателей эффективности.

В общей формулировке для любого вида эффективности эргатических систем предложен [1] единый основной показатель - вероятность достижения цели.

Применительно к конкретным видам (градациям) эффективности этот единый показатель получает следующие более конкретные формы:

- для прагматической эффективности - вероятность достижения определенного результата;

- для специфической эффективности - вероятность достижения определенного эффекта, получаемого от достижения цели;

- для специфически-экономической эффективности - вероятность достижения определенного соотношения "экономический эффект - затраты";

- для социально-экономической эффективности - вероятность достижения определенного соотношения "социально-экономический эффект - затраты".

Конкретная номенклатура видов эффективности для ЭС должна выбираться в зависимости от масштаба" оцениваемой эргатической системы. Для малых эргатических систем преимущественно применимы показатели прагматической и специфической эффективности, для "больших" систем - прагматической, специфической и специфически-экономической, а для социальных систем - специфически-экономической и социально-экономической.

Особо нужно отметить, что показатели прагматической и специфической эффективности могут иметь некоторые различия в зависимости от того, рассматривается однократное или многократное повторение процесса функционирования ЭС. Так, - показателем прагматической эффективности для одноразового выполнения процесса функционирования будет вероятность получения продукта труда заданного качества, а для многоразового - вероятность получения некоторого количества продуктов труда с заданным качеством. При этом в последнем случае, кроме основного показателя эффективности, могут вводиться и производные от него (например, математическое ожидание количества продуктов с заданным качеством и др.).

Аналогичным показателем специфической эффективности будет вероятность достижения эффекта от получения продукта труда заданного качества, или математическое ожидание эффекта.

В заключение поясним на примере возникающий иногда вопрос: чем различаются понятия "результат" и "эффект"? При рассмотрении эргатической системы во взаимосвязи с другими (например, с системой более высокого уровня интеграции или иерархии) один и тот же результат может привести к различным эффектам, т. е. "эффект" - это проявление воздействия результата, полученного в данной системе, на соседнюю систему.

При обстреле самолета эргатической системой ПВО показателями прагматической эффективности являются для одноразового выполнения (одиночного выстрела) - вероятность попадания снаряда в самолет, а для многоразового выполнения - вероятность числа попаданий в самолет (или математическое ожидание числа попаданий). Соответствующими показателями специфической эффективности будут вероятность уничтожения самолета, вероятность числа сбитых самолетов (математическое ожидание числа сбитых самолетов).

В эргатической производственной системе изготавливаются детали, поступающие в следующую производственную систему, например на сборочный конвейер. Показателем прагматической эффективности будет вероятность изготовления детали (партии деталей) заданного качества, а соответствующим показателем специфической эффективности - вероятность обеспечения конвейера данной деталью (партией деталей), что приводит к неостановке конвейера.

Из последнего примера видно, что показатели эффективности данной эргатической системы для следующей эргатической системы могут трансформироваться в показатели надежности (неостановка конвейера - это событие, характеризующее уже устойчивость процесса функционирования следующей ЭС). Поэтому при оценке эффективности ЭС нужно предварительно уточнить границы самой ЭС и вид эффективности, подлежащий оценке.

Перейдем теперь к рассмотрению понятия "качество функционирования ЭС" и "надежность функционирования ЭС".

Для того чтобы достичь цели (и, следовательно, получить результат и эффект от него), необходимо знать эту цель, иметь способы достижения цели и средства для реализации этих способов. Для целефиксированных ЭС цель задана извне и, Следовательно, известна заранее. В случае же целеавтономных (интерактивных) ЭС она формируется в процессе функционирования ЭС. Именно этот общий случай и будем рассматривать далее.

В процессе функционирования ЭС необходимо различать три этапа планирование, подготовку и исполнение.

На этапе планирования формулируется цель и способы ее достижения. При этом, в соответствии с [2] , при принятии (задании) срока и количественных характеристик желаемого результата цель становится задачей (совокупностью задач).

На основании изложенных соображений можно раскрыть структуру свойства "качество функционирования" в виде схемы, представленной на рис. 2.

Рис. 2. Структура свойств, определяющих эффективность и качество функционирования

Качество функционирования в идеальном случае, когда процесс функционирования правильно запланирован и обеспечен необходимыми ресурсами, а также не происходит при его выполнении отказов и ошибок, определяется единственным и главным свойством эргатическои системы - её производительностью.

Однако в общем случае, кроме производительности, нужно учитывать еще два свойства:

- функциональность (функциональная обеспеченность) - так нами названо свойство, состоящее в обеспеченности процесса функционирования ЭС планами функционирования и необходимым для их выполнения соответствующим материально-организационным обеспечением (это свойство можно также назвать надежностью планирования и обеспечения),

- надежность функционирования - способность сохранять устойчивость запланированного процесса функционирования, заключающуюся в отсутствии вынужденных прекращений процесса и неправильного его исполнения по отношению к запланированному.

Функциональность можно представить состоящей из двух групповых свойств - плановости и реализуемости (подготовленности).

Плановость - совокупное свойство, включающее наличие реальной цели, планируемой к достижению (свойство целеопределенности функционирования ЭС), и совокупность документов или правил, обусловливающих принципы, порядок или последовательность решаемых задач (выполняемых действий), которые могут привести к достижению запланированной цели (свойство технологичности).

Реализуемость (подготовленность) ЭС - совокупное свойство, включающее наличие системы документов или правил, обусловливающих план взаимосвязанных действий субъектов, орудий и предметов труда (свойство организованности), а также фактическое наличие всех элементов, минимально необходимых для осуществления процесса функционирования (свойство обеспеченности).

Надежность функционирования ЭС представляется состоящей из структурной надежности (S-надежности) и функциональной надежности (F-надежности). S-надежность включает все временные устойчивые и окончательные отказы всех элементов ЭС: субъекта, орудия и предмета труда. К этой составляющей практически применимы все результаты, полученные в теории надежности технических средств. F-надежность включает только временные неустойчивые отказы - ошибки человека и сбои техники. Оценку этой составляющей требуется проводить по методам, отличным от S-надежности (в частности, можно это делать с помощью обобщенного структурного метода).

Как видно из схемы рис. 2, функциональность и надежность функционирования двояко влияют на эффективность: во-первых, эффективность прямо зависит от функциональности и надежности функционирования ЭС, а, во-вторых, функциональность и надежность функционирования влияют на уровень производительности.

Изложенная выше структура свойств, составляющих качество функционирования, будет положена в основу принципа выбора номенклатуры показателей качества функционирования.

Необходимо отметить, что в отличие от традиционных взглядов, идущих от классической теории надежности, где понятие "отказа" соотносится только с надежностью, в данной работе это понятие будет рассматриваться и в других составляющих качества функционирования - в функциональности. Это вызвано тем, что в ЭС в отличие от технических систем, которые только исполняют процесс функционирования (в связи с этим для них естественно появление составляющей "надежность функционирования"), могут осуществляться также и предшествующие процессы планирования и подготовки, при которых возможно также появление функциональных отказов планирования (функционально-целевых, функционально-алгоритмических и других отказов), организационных отказов (отсутствия требуемой организации или отдельных ее элементов - трудовых или материальных ресурсов - к требуемому моменту начала функционирования). В связи с этим функциональность может также трактоваться как надежность планирования и обеспечения и как следствие могут привлекаться методы, применяемые и разрабатываемые для оценки надежности функционирования.

Номенклатура показателей эффективности, качества и надежности функционирования эргатических систем

При рассмотрении показателей эффективности функционирования в соответствии с целями данной работы ограничимся рассмотрением только прагматической эффективности.

Основным показателем прагматической эффективности является вероятность достижения поставленной цели в виде однократного получения запланированного результата Рn. Этот показатель зависит от функциональности, производительности и надежности функционирования.

Для систем многократного действия может быть вычислен показатель прагматической эффективности в виде вероятности многократного получения запланированного результата.

В ряде случаев возникает необходимость учитывать не только надежность функционирования ЭС, но также и надежность планирования и обеспечения этой ЭС. Таким показателем будет показатель полной надежности ЭС, определяемый через совокупность показателей надежности планирования, обеспечения и функционирования.

Осталось рассмотреть последнюю группу показателей качества функционирования - показателя производительности. Для них нужно различать четыре вида ЭС:

1) с единичным выполнением функции:

1а) в свободном режиме,

1б) с заданным ограничением времени τf;

2) с многократным выполнением функции:

2а) в свободном режиме,

2б) с заданным ограничением времени τf.

В случае 1а производительность измеряется быстродействием, исчисляемым временем выполнения функции Тf. Показателем быстродействия является закон распределения этого времени FTf(x)= Р{Tf≤x} или его моменты, математическое ожидание М(Тf) и дисперсия D(Tf).

В случае 1б производительность определяется через своевременность. Показателем своевременности является вероятность, что фактическое время выполнения функции Тf меньше предельно допустимого τf: FTf(τf)=P{Tf≤τf}

В случае 2а производительность определяется быстродействием выполнения отдельных реализаций. Показателями быстродействия являются: такт выполнения функции, определяемый средним временем однократного выполнения функции M(Tf) и дисперсией D(Tf), или средний ритм выпуска определяемый как количество выполненных реализации функций за некоторую единицу времени t (час, смену, сутки и т. д. ): W=t/M(Tf), например, число выпущенных изделий за смену, число решенных задач за час и т. п. Ритмичность процесса тем выше, чем меньше дисперсия D(Tf) или другими словами, чем ближе такт к детерминированному по времени.

В случае 2б производительность определяется через своевременность. Показателем своевременности является вероятность того, что выполнение функции будет закончено за время, меньшее заданного такта τf, не менее чем в n тактах из N заданных:

В приведенных показателях производительности подставлялось чистое" время выполнения функции - рабочее время.

В ряде случаев необходимо учитывать не только рабочее время, но и время, затрачиваемое на планирование, подготовку и восстановление отказов и ошибок. В общем случае это время равно

где Тпл - время планирования; Тп - время подготовки; ΔTf - увеличение времени выполнения функции за счет задержек от ошибок и отказов.

Если в приведенные выше показатели производительности вместо Tf подставить ТΣ, то получим систему комплексных показателей производительности, учитывающих и другие свойства качества функционирования.

Для практического использования введенной системы показателей эффективности и качества функционирования необходима разработка методов, позволяющих вычислять единичные и комплексные показатели, приведенные выше.

Литература

1. Методические рекомендации по оценке надежности и эффективности систем "человек - техника"/Под ред. А. И. Губинского. М., 1971.

2. Поспелов Г. С., Ириков В. А. Программно-целевое планирование и управление. М., 1976.

Губинский А. И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. М., 1982.

Надежность работы оператора в сложной системе управления (В. Д. Небылицын)

Вопрос о надежности работы человека, занятого в качестве оператора полуавтоматизированной системы управления, является частью более общей и широкой проблемы психофизиологического отбора. Он возникает в связи с тем, что "боевая" эффективность индивида, прошедшего нормальный курс обучения, т. е. показатели его деятельности в условиях реальной обстановки с ее сложностями, не обязательно совпадает с его учебной квалификацией. Человек, который в процессе обучения быстро и успешно овладел системой необходимых знаний и навыков, в некоторых реально возникающих ситуациях как бы теряет способность их применения в практической работе либо совершает более или менее грубые ошибки, которые не могут быть объяснены пробелами в обучении. Термином "надежность", заимствованным из теории радиоэлектроники, мы пользуемся для обозначения того индивидуально варьирующего качества, от которого в первую очередь зависит стабильность и постоянство рабочих результатов индивида. Употребление этого термина по отношению к человеку несколько необычно; однако оно, очевидно, является вполне правомерным в свете тех положений современной инженерной психологии, которые рассматривают человека, работающего в сложной системе управления, как "звено" этой системы [10; 17] с сенсорным "входом", мозгом - "устройством для переработки информации" и моторным "выходом".

"Электронное вооружение" времен второй мировой войны потребовало от оператора одновременного выполнения нескольких операций. В моменты большого нервного напряжения, находясь под угрозой нападения, способности оператора рассуждать нарушались. В результате возникла масса крупных ошибок, которые конструктор не мог ни предусмотреть, ни объяснить. Ошибки были результатом того, что оператор забывал произвести важные вычисления, допускал ошибки в расчете или при внезапном изменении обстановки терял способность к трезвой ее оценке [18] . Поэтому надежность есть не только "проблема № 1" качества радиоэлектронной аппаратуры, но "проблема № 1" качества операций, выполняемых человеком.