Рис. 2-7. Функциональная модель предметного действия:
А— афферентатор полимодальный; П— схемы памяти; Од— образ действия; Ос— образ ситуации; ИП — интегральная программа, план действия; М — моторный компонент; ДП — дифференциальная программа; К — контроль и коррекция;
1 — предметная ситуация (двигательная задача,
мотив);
2 — установочный сигнал;
3 — текущие и экстренные сигналы;
4— текущие и экстренные команды;
5— изменение предметной ситуации;
6 — информация из окружающей среды;
7 — информация из схем памяти;
8 — актуализация образа;
9— информация, релевантная двигательной задаче;
10 —формирование программы, плана действия;
11 — схема действия;
12 — детализация программ действия;
13 —моторные команды;
14— текущая информация от движения;
15— текущий коррекционный сигнал;
16— упреждающая обратная связь;
17— коррекционные моторные команды;
18— конечная информация от движения;
19— изменение предметной ситуации
(информация для образа ситуации и образа действия);
20— изменение предметной ситуации
(информация для полимодального
афферентатора);
21 — конечный результат;
22— информация в схемы памяти.
Основная функция дифференциальных программ состоит в декомпозиции плана целостного действия. Информация из дифференциальных программ также идет по двум каналам: по каналу прямой связи она попадает в блок коррекций и контроля, а затем — в моторный компонент действия. Таким образом, в блоке контроля и коррекций еще до начала моторного ответа имеются общее представление о схеме действия и начальные условия — детали требуемого действия.
Решение о необходимости корректировки действия вырабатывается на основе сличения информации о начальных условиях, хранящейся в блоке контроля и коррекций, и текущей информации о движении, поступающей из моторного компонента. В результате вырабатывается коррекционный сигнал, который после переработки в блоке дифференциальных программ преобразуется в коррекционные моторные команды. Последние в виде" текущей информации вновь поступают в блок контроля и коррекций, где процесс сличения повторяется. В случае сложного движения процесс может повторяться многократно. Решение об окончании действия принимается на основе сопоставления информации о движении и информации о схеме действия. Эта информация поступает в интегральную программу, где она сравнивается с информацией об изменениях, внесенных моторным актом в предметную ситуацию. При их несовпадении план корректируется, а в случае совпадения принимается окончательное решение о выполнении действия и эта информация поступает в схемы памяти и там хранится.
Сформировавшаяся система предметного действия может функционировать на разных уровнях: ее свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к жестким, самонастраивающимся и самоорганизующимся системам. Предложенная модель пригодна для описания разнообразных видов и форм человеческого действия: это дискретное и непрерывное слежение, медленное и баллистическое, формирующееся и заученное, исполнительное и пробующе-перцептивное, планируемое и экстренное действия. В осуществлении любого из перечисленных действий принимает участие специфический для него набор компонентов и связей между ними.
2.5.2. Общая характеристика математических моделей в эргономике
В проектной практике эргономики большое внимание уделяется развитию математических моделей. Основное преимущество этих моделей состоит в том, что они позволяют рассматривать эргономические проблемы уже с момента зарождения программы, разработки, а не на предпоследнем этапе только для того, чтобы как-то включить человека в систему. Будучи вовлеченными в проектную деятельность с первоначального ее этапа, эргономисты оказываются перед необходимостью кардинального, а не частичного решения проблем человеческого фактора в технике, что, в свою очередь, стимулирует инновационную деятельность по созданию изделий, рабочих мест и систем. Не менее существенно и то, что эргономические проектные решения в таких случаях, как правило, наиболее экономичные.
Кроме традиционных преимуществ, имеются дополнительные аргументы в пользу использования математических моделей в эргономике [23]. Первый состоит в том, что эргономисты совместно с проектировщиками, инженерами, системотехниками участвуют в создании техники и технологии. А партнеры эргономистов привыкли иметь дело с количественными показателями. Второй аргумент в пользу математических моделей в эргономике обусловливается ее тесным взаимодействием с общей теорией систем, которая открывает широкие возможности для применения математических методов. Суть третьего в том, что математическое моделирование является важным средством развития эргономики как научной дисциплины. Четвертый аргумент: математическое моделирование применяется для изучения такого сложного явления, как деятельность человека. Пятый довод: математические модели требуют определенной системы и способствуют повышению культуры в сборе данных. Шестой аргумент в пользу применения математических моделей в эргономике — они позволяют нередко осуществлять синтез там, где раньше он был невозможен.
Важно знать не только доводы в пользу применения математических моделей в эргономике, но и те ограничения и подводные камни, которые с этим связаны.
1. Возможности моделей ограничены и они могут неадекватно отражать деятельность человека.
2. Модели могут давать повод для необоснованных экстраполяции. Например, сервомеханическая модель предлагалась для применения в эргономике. Вначале эта модель касалась лишь деятельности оператора при выполнении задачи компенсаторного слежения. Затем предпринимались попытки использовать ее для изучения деятельности, в которой определяющее значение приобретают такие факторы, как память и способность прогнозирования. Однако сервомеханические модели теряют свою эффективность при их экстраполяции на эту область.
3. Модели могут отрицательно влиять на проектирование работы. Существует опасность, что проектировщики, используя математические модели, будут видеть в рабочем месте интеграцию отдельных задач, количественно выражаемых, и не будут обращать внимание на социальный аспект деятельности.
4. Модели могут толкать на упрощенные эксперименты. В то же время могут создаваться модели на основе упрощенных экспериментов.
5. Даже простые описательные модели могут иметь свои внутренние проблемы. Тем более это относится к сложным математическим моделям. Многие модели, особенно касающиеся когнитивных процессов, настолько сложны, что даже трудно представить возможность их проверки, разве только на очень глобальном уровне.
6. В некоторых случаях модели превращаются в самоцель. Устанавливаются взаимосвязи, которые не имеют практической ценности. Поскольку практическая пригодность модели редко бывает видна в самом начале работы над нею, то значительные потери времени без практического эффекта — вещь неизбежная.
Выделяют три типа эргономических моделей:
1. Модели, которые позволяют прогнозировать деятельность и работоспособность человека, но которые слабо или совсем не учитывают характеристики оборудования. " 2. Модели, позволяющие прогнозировать функционирование системы, но которые мало или совсем не учитывают характеристик человека и его деятельности, разве что косвенно.
3. Модели, включающие как свойства человека и характеристики деятельности, так и параметры оборудования, т.е. деятельность человека с оборудованием и влияние функционирования оборудования на человека в той форме, в какой они сказываются на эффективности функционирования системы [24].
Математическое моделирование в эргономике сочетается с использованием других методов, что характерно не только для этой дисциплины. "Необходимо сочетать моделирование с профессиональным чутьем, расчетами на бумаге, экспертными оценками и достижениями многих других наук. Ни один из методов математического моделирования также не способен родить мудрого решения, окажись он в руках глупца" [25].
Трудности, испытываемые разработчиками моделей, в первую очередь относятся к алгоритмам и вводимой информации. Наиболее трудно поддающиеся определению классы переменных — мотивационные и когнитивные. Когда специалисты по эргономике вводят в свою модель такую переменную, как мотивация, они часто определяют ее в таких терминах, как высокая, средняя и низкая. Здесь сразу же напрашивается вопрос: высокое, среднее или низкое — что? Переменная, лишенная объективного содержания, добавляет еще один неизвестный элемент во включающее ее уравнение. Многие модели содержат переменные именно этого типа. В результате большинство из них остаются мертворожденными, так как не основываются на достаточных эмпирических данных. Сбор и подготовка информации в целях моделирования представляет трудоемкую задачу. Приходится забираться далеко вглубь, что отнюдь не так интересно, как само создание модели. По этой причине эргономисты иногда экономят на информационной базе при разработке моделей. Это существенно снижает полезность выполненной работы [24].
Математическое моделирование деятельности человека-оператора
Существует несколько методов априорного анализа деятельности: обобщенно-структурный, операционно-психологический, метод статистического эталона, логико-информационный и т.д. Используются также три типа моделей поведения человека: когнитивные модели, модели теории управления, сетевые модели задач. В данном разделе рассматривается один из возможных аналитических методов — метод математического моделирования деятельности [22].
В основу такого моделирования положена идея использования методов Монте-Карло для имитации вероятностно-временных характеристик деятельности операторов. Степень расчленения деятельности оператора на отдельные операции зависит от цели расчета и не имеет для модели существенного значения.
В общем случае время выполнения отдельной операции состоит из двух составляющих:
2.5.4. Моделирование систем "человек—машина" в эргономике
Моделирование систем "человек —машина" более затруднительно, чем моделирование физических систем, поскольку:
1) фундаментальных законов или принципов в науке о поведении мало;
2) соответствующие процедурные элементы часто трудно описать и представить;
3) поведение людей во многом определяется социальными факторами, причем их влияние трудно выразить в количественной форме;
4) во многих аспектах поведения существенными могут быть случайные элементы;
5) неотъемлемой частью таких систем становятся способности человека к принятию решений и решению задач.
В современных условиях достаточно широко применяются изощренные методы анализа в эргономике, позволяющие прогнозировать динамику взаимодействия человека, технических средств и программного обеспечения. Все большее внимание уделяется разработке имитационных моделей систем "человек —машина". Такое моделирование предпочтительнее эмпирических исследований в тех случаях, когда использование реальной системы невозможно, непрактично или даже опасно. Имитационное моделирование дополняет и углубляет экспериментальные исследования и аналитическое моделирование [27].
В системном моделировании, использующем возможности ЭВМ, в большей мере моделируется не структура, а поведение объекта. Имеется в виду моделирование сложных систем, которые человек не только формирует в системную целостность, но и в которые сам включается в качестве определяющей подсистемы. При этом возрастает роль неформализованных факторов модели. Новое единство формализованного и неформализованного — важная черта системных моделей.
При неуклонном возрастании эвристических возможностей совершенствующихся формализованных приемов значение неформализованных утверждений, интуитивных догадок в области моделирования сложных систем становится все более существенным. Важной стороной системного моделирования является аксиологиза-ция, или учет, ценностных ориентиров конкретного типа общества. Поэтому в системном моделировании весьма существен удельный вес такой процедуры, как оценка. "Если технической базой системной модели служит неуклонно совершенствующийся компьютер, то технологическое основание этого познавательного приема составляют такие специфические гносеологические особенности, как более органичное включение и в объект, и в модель человека, по сравнению с традиционными чисто объективными формами моделей (в силу этого системное моделирование тесно связано с самопознанием человека), единство общественных и естественных наук при определяющей роли социальных концептуальных предпосылок модели, диалоговость и сценарный подход" [6, с.467].
Системно-функциональный анализ лежит в основе разработки модели целостной системы "человек—машина", которая должна быть пригодна для определения требований к человеко-машинному интерфейсу, разработки базы для оценки показателей выполнения деятельности и составления контрольного листа, позволяющего проверить, все ли эргономические требования воплощены в проекте системы. Деятельность эргономиста в процессе проектирования сложных систем начинается с рассмотрения всех важнейших требований системы и ее функций в их единстве и взаимосвязи. "Наиболее оптимальный путь для обобщения информации, необходимой для анализа функций, состоит в подготовке общего сценария с полным набором системных операций. Сценарий состоит из осмысленного описания типичной последовательности системных операций в вербальной форме, в нем учитываются как нормальные условия протекания деятельности, так и возможные (и наиболее важные) пограничные случаи. В сценарии может отразиться некоторая путаница или взаимопересечение отдельных функций. Это не имеет серьезных последствий на начальном этапе описания, но в ходе дальнейшего анализа функций они должны быть четко рассортированы" [28, с. 109].
Разработка сценария закладывает фундамент междисциплинарного сотрудничества ученых и специалис-
тов, участвующих в проектировании систем человек-машина". Здесь применимы многие методы проектного анализа из тех тридцати пяти, которые описаны Дж.К.Джонсом и которые создают возможность коллективного творчества. Важность этих методов заключается в том, что они позволяют сотрудничать до возникновения концепции, сформированной идеи, случайного эскиза, до появления "проекта". Верно используемые, они освобождают каждого от тирании навязанных проектных идей и позволяют каждому внести свой вклад и действовать так, как он себе представляет. Рекомендуется начинать с использования двух методов — "мозговой атаки" и классификации, которые частично включают многие из аспектов наиболее разработанных методов. "Мозговая атака (рационалистический способ использования воображения) создает у специалиста уверенность в совместном восприятии идей, а классификация (интуитивный способ рационального действия) позволяет приобрести весьма необходимый опыт в искусстве нахождения моделей в явно хаотичной информации, поступившей извне. Примененные вместе, эти два метода позволяют достаточно быстро охватить проблему в целом" [29, с.21].
2.6. Методы эргономической оценки промышленных изделий и проектных решений
Эргономическая оценка техники и технически сложных потребительских изделий — важный этап их разработки и совершенствования, а также сертификации [30], проводится, как правило, после оценки их безопасности. В процедуре оценки используется комплекс взаимосвязанных эргономических требований, предъявляемых к объекту оценки и обусловливающих деятельность человека с ним.
Эргономическая оценка техники и потребительских изделий осуществляется следующими методами:
♦ экспериментальным (с помощью технических измерительных средств, см. рис.2-8);
♦ расчетным (основан на вычислении значений параметров, найденных другими методами);
♦ экспертным (основан на учете мнений экспертов); наблюдения и опроса.
В процедуре эргономической оценки могут применяться как отдельные методы, так и их сочетания (расчетного и экспертного, экспериментального и экспертного). Номенклатура показателей оценки определяется в зависимости от ее целей, требований потребителя, условий использования или функционирования объекта, конструктивных особенностей, сложности объекта и т.д. [31].
Так, например, целью экспериментальной эргономической оценки дисплеев является измерение показателей функционирования этих технических средств и их конструктивных характеристик, оказывающих влияние на здоровье и работу пользователей. Объект оценки — дисплей с клавиатурой, системным блоком (в случае необходимости), а также с программным обеспечением, необходимым для генерации и управления символами в соответствии с методикой проведения оценки. Эргономическая оценка распространяется на многоцветные дисплеи и дисплеи, у которых в качестве средств отображения применяется не только электронно-лучевая трубка, но и ЖК-индикаторы, плазменные индикаторы и др. Предмет оценки: 1) визуальные эргономические характеристики дисплея, определяющие качество зрительного восприятия информации на его экране и безопасность пользователя; 2) излучения дисплеев. Соответственно определяется номенклатура показателей оценки. Для визуальных эргономических характеристик дисплея они следующие:
1) цвет фона или символа;
2) яркость экрана или курсора;
3) средняя яркость;
4) равномерность яркости;
5) отражательная способность, зеркальное или смешанное отражение;
11) неортогональность — отклонение от прямоугольности горизонтальных и вертикальных линий или строк и столбцов;
12) соотношение между смежными яркостями в распределении яркости поперек вертикальной линии (горизонтальное распределение яркости) или поперек горизонтальной линии (вертикальное распределение яркости), выраженное в процентах модуляции;
13) соотношение между соседними яркостями и его зависимость от угла наблюдения;
14) соотношение между максимальной и минимальной яркостью в одном растровом цикле в направлении, перпендикулярном смежным строкам роста;
15) анализ четкости и модуляционной передаточной функции;
16) коэффициент диффузного отражения — отношение рассеянного светового потока, отраженного от оцениваемой поверхности, к световому потоку, отраженному от абсолютно белой, диффузно отражающей поверхности.
В номенклатуру измеряемых излучений дисплеев входят:
1) рентгеновское излучение;
2) электростатический потенциал экрана;
3) напряженность переменного электрического поля;
4) плотность магнитного потока;
5) ограничения тока электростатического разряда (с использованием клавиатуры).
Цели, номенклатура показателей, методы, средства и условия эргономической оценки дисплеев определяются государственным стандартом Российской Федерации
"Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности" (ГОСТ Р50949 —96), шведским стандартом "Методика проведения испытаний дисплеев. Визуальные эргономические характеристики. Характеристики излучений" (MPR 1990:8 1990-12-01), а также другими национальными и международными стандартами.
В государственном стандарте приведен минимальный рекомендуемый перечень средств измерений визуальных эргономических характеристик дисплеев. Шведский стандарт переведен на русский язык Ассоциацией прикладной эргономики и Московским институтом электроники и математики. В названных стандартах внимание обращается на то, что результаты экспериментальной эргономической оценки дисплеев дополняются субъективными оценками пользователей. Одновременно подчеркивается, что оценка условий работы пользователя с дисплеем должна охватить рабочее место в целом.
Результаты эргономической оценки и разработанные на их основе рекомендации сравниваются с поставленной ранее целью оценки для того, чтобы выяснить, решены ли задачи, поставленные перед эргономической оценкой, не возникли ли новые задачи, не следует ли изменить номенклатуру эргономических показателей и способ их определения. Выявление подобных факторов существенно для достижения объективности и динамичности эргономической оценки.
Эргономическая оценка проектных решений проводится на всех этапах проектирования и разработки технически сложных потребительских изделий и техники. Наиболее сложной представляется эргономическая оценка на основе анализа технической документации, включающей технико-экономическое обоснование, расчеты, чертежи, сметы, пояснительные записки и другие материалы. Аля оценки проектных решений используются стандарты в области эргономики, справочники, контрольные листы, а также разнообразные макеты и модели.
2.6.1. Эргономическая оценка технически сложных потребительских изделий
Специфика и основная сложность оценки технически сложных потребительских изделий связана с тем, что с ними имеют дело буквально все люди — мужчины и женщины, дети и молодежь, пожилые и инвалиды, жители городов и сельских поселений. "У каждого класса покупателей свои нужды, потребности, желания, привычки, ожидания, понятия о ценности и т.д. А удовлетворить надо каждого! По крайней мере так, чтобы он не наложил вето на приобретение данной продукции" [32, с.108].
Для потребителя изделие предстает как средство, удовлетворяющее определенные потребности, т.е. функционально. Поэтому прежде всего анализируется соответствие изделия своему назначению. Предметом эргономической оценки являются простота, удобство, надежность и эффективность использования изделий в различных ситуациях потребления. Эргономические показатели находятся в ряду потребительских и основаны на сопоставлении определенных свойств изделия с практической потребностью, для удовлетворения которой это изделие предназначено. "Социально детерминированная потребность определяет конкретный срез рассмотрения свойств объекта. Через эту потребность все аспекты потребительского качества связаны между собой и с контекстом культуры" [33, с.22].
Полный цикл эргономической оценки потребительских изделий включает три этапа, на которых ее осуществляют потребители, эргономисты (рис.2-9), эксперты [34]. Перед оценкой составляется перечень последовательности операций пользования изделием, который наряду с основными должен включать и менее значимые операции, а также учитывать возможность неправильного пользования изделием. Критерии оценки, например простоты и удобства пользования, должны быть соотнесены не только с операциями использования изделия, но и с его транспортировкой, установкой, ремонтом, чисткой, хранением.
В оценке изделия потребителями участвуют лица, имеющие навыки пользования изделием и не имеющие таковых. При оценке технически сложных потребительских изделий, особенно небезопасных, предпочтение отдается потребителям, имеющим навыки обращения с такими изделиями. Перед потребителями в определенной последовательности ставятся задачи пользования изделием в течение заданного времени. В конце процедуры оценки они заполняют вопросник, фиксирующий ее ре-
зультаты. Вопросник позволяет выявить субъективную оценку потребителями различных свойств изделия, отразить его достоинства и недостатки по определенному критерию, например удобства пользования. В этих же целях используется запись на магнитную ленту высказываний потребителя о том, что он замечает в процессе пользования изделием.
При выполнении потребителем задач пользования изделием эргономист фиксирует прежде всего те трудности, которые возникают при деятельности с оцениваемым объектом. При этом часто можно получить больше информации, наблюдая за неопытными, а не за квалифицированными потребителями, так как у первых еще не выработались прочные навыки деятельности с изделием. Такие потребители чаще совершают ошибки.
Рекомендуется не создавать непривычных условий проведения эргономической оценки, поскольку они могут оказать отрицательное воздействие на восприятие потребителя и его деятельность. Предпочтительно проведение эргономической оценки в домашних условиях или максимально приближенных к реальным [35]. Однако для оценки потребительских свойств некоторых технически сложных изделий, например стиральной машины, лабораторные условия являются единственно приемлемыми.
Оснащение лаборатории видеоаппаратурой и специальными местами наблюдения за деятельностью потребителей или испытуемых позволяет более качественно осуществлять сбор информации, так как обеспечивает возможность скрытого наблюдения, проведения поэтапного анализа всех процессов использования изделия, а возможность длительного хранения видеозаписи позволяет в случае необходимости использовать ее для последующего сравнительного анализа.
Оценка изделия экспертами проводится независимо от оценки его потребителями и требует от экспертов квалифицированного анализа. Эксперты должны знать о последних достижениях эргономики, о лучших образцах той группы изделий, которыми они конкретно занимаются. Эксперты составляют контрольный список оцениваемых параметров изделия и определяют соотношение их значимости.
По своей природе качественная оценка основывается на профессиональной квалификации и авторитете экспертов, которым доверено суждение. Выражение в баллах качественной эргономической оценки, вынесенной экспертами, не превращает ее в оценку количественную. "Это лишь символическое отражение некоторых качественных уровней и порядка экспертных предпочтений. Суммирование этих баллов с каким-либо количественным выражением или балльной оценкой технико-экономических или потребительских показателей качества не имеет смысла так же, как сложение любых несоизмеримых величин (например, трех табуреток и двух рублей или ста километров с девятнадцатью часами)" [33, с.26]. Проводя эргономическую оценку технически сложных потребительских изделий, важно иметь в виду, что "рассматриваемое изготовителями и продавцами свойство продукции (например, что чаще всего называется «качеством») может оказаться сравнительно малозначимым для потребителя. Покупателя не интересуют трудности и проблемы производителя. Единственный его вопрос заключается в следующем: «Что это дает мне?»" [32, с. 105].
2.7. Эргономические моделирующие комплексы, системы автоматизированного проектирования и банки данных
2.7.1. Моделирующие эргономические комплексы
Для проведения комплексных исследований, ориентированных на решение задач проектирования систем "человек —машина" и их оценки, разрабатываются и создаются моделирующие эргономические комплексы (стенды), которые зачастую представляют уникальные сооружения. Моделирующие эргономические комплексы незаменимы в тех случаях, когда экспериментальные исследования в реальных условиях затруднительны, экономически невыгодны или вообще невозможны из-за опасности для жизни или здоровья человека, сложности систем "человек —машина", значительных их размеров.
Научно-технический комплекс ВВСв Российском институте авиакосмической медициныпредназначен для эргономических исследований и испытаний макетных и опытных образцов оборудования. Этот и другие подобные экспериментальные стенды включаются в общую систему создания летательных аппаратов. Выполняемые на них эргономические исследования и разрабатываемые
проектные предложения становятся составной частью единого процесса проектирования. Исследования на рассматриваемых комплексах обеспечивают преемственность наземных и летных испытаний, связанных с человеческими факторами в технике, а также позволяют осуществлять оценку основных идей проектов и принципов, закладываемых при конструировании новых кабин и систем управления, оценку образцов оборудования и рациональное построение методики испытаний с учетом возможностей и особенностей летчика, включая выбор критериев оценки авиационного оборудования [36].
Разработанный в американском Научно-исследовательском центре им. Эймса моделирующий комплексстоимостью 8.5 млн. долл. установлен в помещении с полезной площадью 1200 м2. Его основными компонентами являются исследовательская лаборатория, два летных тренажера, три макета рабочих мест диспетчеров управления воздушным движением и три макета самолетных кабин. Это оборудование позволяет моделировать полеты 36 самолетов в воздушной обстановке, максимально приближенной к реальной.