Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Особенности n классификация СЧМ



 

Под системой в общей теории систем (системологии) понимается комплекс взаимосвязанных и взаимо­действующих между собой элементов, предназначен­ный для решения единой задачи [213]. Системы могут быть классифицированы по различным признакам. Одним из них является степень участия человека в работе системы. С этой точки зрения различают авто­матические, автоматизированные и неавтоматические системы. Работа автоматической системы осуществля­ется без участия человека. В неавтоматической систе­ме работа выполняется человеком без применения технических устройств. В работе автоматизированной системы принимает участие как человек, так и техни­ческие устройства. Следовательно, такая система пред­ставляет собой систему «человек—машина».

На практике применяются самые разнообразные виды систем «человек—машина». Основой их класси­фикации могут явиться следующие четыре группы при­знаков: целевое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура машинного зве­на, тип взаимодействия компонентов системы [60]. Эта классификация приведена на рис. 3.1.

Целевое назначение системы оказывает определя­ющее влияние на многие ее характеристики и поэтому является исходным признаком. По целевому назначе­нию можно выделить следующие классы систем:

■ управляющие, в которых основной задачей человека яв­ляется управление машиной (или комплексом);

Рис. 3.1. Классификация систем «человекмашина».

 

■ обслуживающие, в которых человек контролирует состо­яние машинной системы, ищет неисправности, произво­дит наладку, настройку, ремонт и т. п.;

■ обучающие, т. е. вырабатывающие у человека определен­ные навыки (технические средства обучения, тренажеры ит. п.);

■ информационные, обеспечивающие поиск, накопление или получение необходимой для человека информации (радиолокационные, телевизионные, документальные си­стемы, системы радио- и проводной связи и др.);

■ исследовательские, используемые при анализе тех или иных явлений, поиске новой информации, новых заданий (моделирующие установки, макеты, научно-исследова­тельские приборы и установки).

Особенность управляющих и обслуживающих си­стем заключается в том, что объектом целенаправлен­ных воздействий в них является машинный компонент системы. В обучающих и информационных СЧМ на­правление воздействий противоположное — на чело­век. В исследовательских системах воздействие имеет и ту, и другую направленность.

По признаку характеристики «человеческого зве­на» можно выделить два класса СЧМ:

■ моносистемы, в состав которых входит один человек и одно или несколько технических устройств;

■ полисистемы, в состав которых входит некоторый кол­лектив людей и взаимодействующие с ним одно или комп­лекс технических устройств.

Полисистемы в свою очередь можно подразделить на «паритетные» и иерархические (многоуровневые). В первом случае в процессе взаимодействия людей с машинными компонентами не устанавливается какая-либо подчиненность и приоритетность отдельных чле­нов коллектива. Примерами таких полисистем может служить система «коллектив людей — устройства жизнеобеспечения» (например, система жизнеобеспе­чения на космическом корабле или подводной лодке). Другим примером может быть система отображения информации с большим экраном, предназначенная для использования коллективом операторов.

В отличие от этого в иерархических СЧМ уста­навливается или организационная, или приоритетная иерархия взаимодействия людей с техническими уст­ройствами. Так, в системе управления воздушным дви­жением диспетчер аэропорта образует верхний уровень управления. Следующий уровень — это командиры воз­душных судов, действиями которых руководит диспет­чер. Третий уровень — остальные члены экипажа, ра­ботающие под руководством командира корабля.

По типу и структуре машинного компонента мож­но выделить инструментальные СЧМ, в состав кото­рых в качестве технических устройств входят инстру­менты и приборы. Отличительной особенностью этих систем, как правило, является требование высокой точности выполняемых человеком операций.

Другим типом СЧМ являются простейшие чело­веко-машинные системы, которые включают стацио­нарное и нестационарное техническое устройство (раз­личного рода преобразователи энергии) и человека, использующего это устройство. Здесь требования к че­ловеку существенно различаются в зависимости от типа устройства, его целевого назначения и условий при­менения. Однако их основной особенностью является сравнительная простота функций человека.

Следующим важным типом СЧМ являются слож­ные человеко-машинные системы, включающие поми­мо использующего их человека некоторую совокуп­ность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению аппаратов, уст­ройств и машин, предназначенных для производства определенного продукта (энергетическая установка, прокатный стан, автоматическая поточная линия, вы­числительный комплекс и т. п.). В этих системах, как правило, связанность технологического процесса обес­печивается локальными системами автоматического управления. В задачу человека входит общий контроль за ходом технологического процесса, изменение режи­мов работы, оптимизация отдельных процессов, на­стройка, пуск и остановка.

Еще более сложным типом СЧМ являются систе­мотехнические комплексы. Они представляют собой сложную техническую систему с не полностью детер­минированными связями и коллектив людей, участву­ющих в ее использовании. Для систем такого типа характерным является взаимодействие не только по цепи «человек—машина», но и по цепи «человек—человек—машина». Другими словами, в процессе сво­ей деятельности человек взаимодействует не только с техническими устройствами, но и с другими людьми. При всей сложности системотехнических комплек­сов их в большинстве случаев можно представить в виде иерархии более простых человеко-машинных систем. Типичными примерами системотехнических комплексов различного уровня и назначения могут служить судно, воздушный лайнер, промышленное предприятие, вычислительный центр, транспортная система и т. п.

В основу классификации СЧМ по типу взаимодей­ствия человека и машины может быть положена сте­пень непрерывности этого взаимодействия. По этому признаку различают системы непрерывного (напри­мер, система «водитель — автомобиль») и эпизоди­ческого взаимодействия. Последние, в свою очередь, делятся на системы регулярного и стохастического вза­имодействия. Примером системы регулярного взаимо­действия может служить система «оператор — ЭВМ». В ней ввод информации и получение результатов оп­ределяются характером решаемых задач, т. е. режимы взаимодействия во времени регламентируются харак­тером и объемом вычислений. Стохастическое эпизо­дическое взаимодействие имеет место в таких системах, как «оператор — система централизованного кон­троля», «наладчик — станок» и т. п.

Рассмотренная классификация СЧМ не является единственно возможной. Примеры иных подходов к решению этой задачи приводятся в специальной лите­ратуре [18, 26, 35, 38, 53, 137, 162].

Однако несмотря на большое разнообразие систем «человек — машина», они имеют целый ряд общих черт и особенностей. Эти системы являются, как правило, динамическими, целеустремленными, самоорганизую­щимися, адаптивными.

Системы «человек — машина» относятся к классу сложных динамических систем, т. е. систем, состоящих из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменени­ем во времени состава структуры и (или) взаимосвя­зей. Из этого следуют характерные особенности, при­сущие СЧМ как сложной динамической системе:

■ разветвленность структуры (или связей) между элемента­ми (человеком и машиной);

■ разнообразие природы элементов (в состав СЧМ могут входить человек, коллектив людей, автоматы, машины, комплексы мащин и т. д.);

■ перестраиваемость структуры и связей между элемента­ми (например, при нормальном ходе технологического процесса оператор лишь следит за ходом его протекания, т. е. включен в контур управления как бы параллельно; при отклонении от нормы оператор берет управление на себя, т. е. включается в контур управления последова­тельно);

■ автономность элементов, т. е. способность их автономно выполнять часть своих задач.

Системы «человек — машина» относятся также к классу целеустремленных систем. В общем случае счи­тается, что система действует целеустремленно, если она продолжает преследовать одну и ту же цель, изме­няя свое поведение при изменении внешних условий [213]. Существенной особенностью целеустремленных систем является их способность получать одинаковые результаты различными способами. Системы этого класса могут изменять свои задачи; они выбирают как-сами задачи, так и средства их реализации. Целеустремленность СЧМ обусловлена тем, что в нее включен человек. Именно он ставит цели, определяет задачи и выбирает средства достижения цели.

Системы «человек — машина» можно рассматри­вать и как адаптивные системы. Свойство адаптации заключается в приспособлении СЧМ к изменяющим­ся условиям работы, в изменении режима функцио­нирования в соответствии с новыми условиями. Для повышения эффективности СЧМ необходимо предус­мотреть возможность адаптации как внутри самой системы, так и по отношению к внешней среде. До недавнего времени свойство адаптации СЧМ реали­зовалось благодаря приспособительным возможнос­тям человека, гибкости и пластичности его поведе­ния, возможности его изменения в зависимости от конкретной обстановки. В настоящее время, на по­вестку дня ставится вопрос о создании СЧМ, в ко­торых свойство адаптации реализуется путем соот­ветствующего технического обеспечения. Речь идет о создании таких технических средств, которые могут изменять свои параметры и условия деятель­ности в зависимости от текущего конкретного психо­физиологического состояния человека и показателей эффективности его деятельности. Попытки решения этой задачи привели к появлению понятия взаимной адаптации человека и машины в системах управле­ния, или иначе — созданию систем адаптивного ин­формационного взаимодействия в СЧМ. Эта задача решается в рамках структурно-психологической кон­цепции анализа и проектирования СЧМ [17, 18]. Од­ним из конкретных способов реализации такого под­хода является профилактическое обслуживание СЧМ [102, 214].

Системы «человек—машина» относятся также к чис­лу адекватных (от лат. adaequatus — приравненный, рав­ный) систем. Под адекватностью понимается совокупность свойств системы, характеризующих ее приспособленность к выполнению данной задачи. Применительно к техничес­ким звеньям адекватность определяется:

■ правильной организацией СЧМ (наличие в структуре сис­темы необходимого оборудования, программных средств, каналов связи, обученного персонала и т. д.);

■ хорошими физическими характеристиками техники (ме­ханическими, энергетическими и т. п.);

■ средствами активации функционирования (устройства приведения в готовность, переключения работы с одного режима на другой и т. п.);

■ нормальными процессами (материально-техническое, метрологическое и др. виды обеспечения).

Применительно к человеку информационная адек­ватность определяется свойствами концептуальной модели. В основе этого вида адекватности лежат фун­кциональная организация и свойства анализаторов, центральной нервной системы, психофизиологические законы преобразования информации человеком в про­цессе деятельности. Физическая адекватность харак­теризует антропологическое и силовое соответствие человека решаемым задачам. Активационная адекват­ность определяется мотивами, установками, потребно­стями, заинтересованностью человека в выполнении данного вида деятельности, характером эмоциональных реакций, свойствами внимания. Базовая адекватность определяется функционированием вегетативных сис­тем (сердечно-сосудистой, дыхательной и др.), особен­ностями биохимических процессов и психическими состояниями. Разумеется, указанные четыре группы свойств не являются независимыми.

Активационная, физическая и базовая адекватность определяют в целом работоспособность человека. В та­кой трактовке данное понятие характеризует возмож­ности человека реализовать имеющийся у него в виде концептуальной модели «внутренний инструмент» и в виде эффекторов — «внешний инструмент» выполне­ния определенного вида трудовой деятельности [15].

И наконец, системы «человек — машина» можно отнести к классу самоорганизующихся систем, т. е. систем, способных к уменьшению энтропии (неопре­деленности) после вывода их из устойчивого, равно­весного состояния под действием различного рода возмущений. Это свойство становится возможным бла­годаря целенаправленной деятельности человека, спо­собности его планировать свои действия, принимать правильные решения и реализовывать их в соответ­ствии с возникшими обстоятельствами. Способность к адаптации и самоорганизации обуслбвливает такое важное свойство систем «человек — машина», каким является их живучесть.

Из всего сказанного видно, что рассмотренные особенности СЧМ определяются наличием в их соста­ве человека, его возможностью правильно решать воз­никающие задачи в зависимости от конкретных усло­вий и обстановки. Это лишний раз показывает, что исходным пунктом анализа и описания СЧМ должна быть целесообразная деятельность человека.

Важными понятиями, используемыми при анали­зе и исследовании системы «человек—машина» явля­ются функционирование, цель и оптимизация СЧМ. Функционирование СЧМ — процесс достижения по­ставленных перед СЧМ целей, состоящий из упоря­доченной совокупности операций, выполняемых как человеком, так и техническими устройствами. Цель функционирования задается (формируется) человеком (оператором, конструктором, организатором производ­ства и др.) и является системообразующим фактором, благодаря которому реализуется принцип обратной связи, которая позволяет корректировать промежу­точные результаты и направлять функционирование СЧМ на достижение этой цели [35, 137].

Часть процесса функционирования, выделяемая в интересах описания, оценки, проектирования эксплуа­тации или исследования СЧМ по некоторым признакам, наиболее важным для решения задачи, называется функцией СЧМ. Она включает в себя функции опера­тора и функции технической части СЧМ. По общей роли в процессе функционирования СЧМ функции могут быть основными или обеспечивающими. Основные функции непосредственно обеспечивают достижение цели СЧМ, их невыполнение ведет к недостижению цели. Обеспечивающие функции обеспечивают условия выполнения основных функций и, следовательно, про­цесс функционирования СЧМ в целом, т. е. это такие функции, необходимость выполнения которых диктует­ся не способом достижения цели, а необходимостью поддержания работоспособного состояния элементов СЧМ. Совокупность функций, являющихся частью функционирования СЧМ, выполняемых фиксированным неизменным составом элементов СЧМ и используемых в данной части процесса функционирования СЧМ, на­зывается режимом функционирования. Режим функци­онирования является рабочим, если поставлена цель получения продукта труда, для которого создана СЧМ. Режим функционирования СЧМ является вспомогатель­ным, если поставлена цель изменения состояния. К их числу относятся, например, режим хранения, подготов­ки, готовности к применению, восстановления работос­пособности, технического обслуживания, консервации, ремонта, транспортировки и др.

Цель СЧМ в общем случае представляет модель необходимого будущего кибернетической системы, яв­ляющаяся той формой отражения действительности, которая объединяет прошлое, настоящее и будущее. Для СЧМ помимо этого можно определить и цель второго уровня (по отношению к модели необходимого будуще­го состояния) как модель необходимого будущего по­ведения системы и цель третьего уровня как модель настоящего поведения СЧМ. Все три модели (цели) со­стояния и поведения СЧМ на практике могут быть закреплены в структурной организации технической части системы в виде:

■ конечного состояния технической части СЧМ (соответ­ствующего цели первого уровня);

■ динамического состояния технической части СЧМ (соот­ветствующего цели второго уровня);

■ фактического стереотипа поведения технической части системы (соответствующего цели третьего уровня).

Эти три вида состояний образуют естественную иерархию целей первого, второго и третьего уровней. В зависимости от сложности системы число уровней целей может быть значительно большим, чем в данном простейшем случае.

Сложная СЧМ состоит из множества подсистем, каждая из которых имеет свою иерархию целей в виде моделей конечного, динамического состояний и стерео­типа поведения технических и человеческих подсистем. Поэтому в СЧМ при конкретном ее функционировании цели «закреплены» в технической части структуры всей системы. Отсюда следует, что для системы в целом целостность ее структуры означает и целостность си­стемы ее целей всех уровней для всех ее подсистем (как фактических, так и потенциальных).

Поскольку при таком подходе для каждой из под­систем различается три уровня целей, то и целостность подсистем по таким целям целесообразно рассматривать состоящей из трех форм целостности, сопостав­ленных каждому из понятия цели [131].

Достижение поставленной перед СЧМ цели тесно связано с ее оптимизацией. Под ней в наиболее общем виде понимается определение совокупности частных показателей, при которых достигается экстремум не­которой целевой функции, характеризующей эффек­тивность СЧМ. С математической точки зрения оп­тимизация может быть условной, когда на искомые показатели накладываются некоторые ограничения, либо безусловной, когда этих ограничений нет. В пер­вом случае ищется условный экстремум, во втором — безусловный. Кроме того, оптимизация может вестись по одному показателю или нескольким показателям од­новременно, в последнем случае речь идет о многопа­раметрической (векторной) оптимизации. Поскольку СЧМ является сложным динамическим объектом, ра­бота которого обычно протекает в рамках определен­ных ограничений, а качество функционирования зави­сит от большого числа факторов, то для нее наиболее характерным является случай многопараметрической условной оптимизации. В математическом плане такая задача является наиболее сложной.

С формальной точки зрения задача оптимизации СЧМ формируется следующим образом. Есть некото­рая целевая функция

где — частные показатели деятельности оператора, работы машины и условий внешней среды. Требуется определить значения этих показателей, при которых функция Э достигает макси­мума. При этом на их значения накладываются неко­торые ограничения где , — области допустимых значений соответ­ствующих показателей. В общем случае решение рас­смотренной задачи оптимизации СЧМ представляет оп­ределенные трудности, поэтому обычно стараются провести возможные упрощения (сокращение числа искомых показателей, сокращение числа ограничива­ющих условий и др.). В зависимости от возможной сте­пени упрощения для решения задачи оптимизации СЧМ могут использоваться методы математического программирования, наискорейшего спуска, множителей Лагранжа и др.

Необходимо отметить, что термин оптимизация используется в инженерной психологии довольно ча­сто. Например, говорят об оптимизации деятельнос­ти оператора, оптимизации рабочего места, оптими­зации труда и т. д. Однако в большинстве случаев этот термин употребляется не в строгом смысле, а речь идет лишь о некотором улучшении того или иного па­раметра.

Выше были рассмотрены основные вопросы сис­темного подхода к изучению главного звена СЧМ — человека. На основании этого можно в общих чертах охарактеризовать некоторые важнейшие принципы системного подхода к изучению СЧМ. Суть их сводит­ся к следующему [60].

1. Возможно более полное и точное определение на­значения системы, ее целей и задач. Это требует, в свою очередь, анализа состава и значимости от­дельных целей, подцелей и задач; определения воз­можности их осуществимости и требуемых для этого средств и ресурсов; определения показате­лей эффективности и целевой функции СЧМ.

2. Исследование структуры системы, и прежде все­го состава входящих в нее компонентов, характе­ра межкомпонентных связей и связей системы с внешней средой, пространственно-временной организации компонентов системы и их связей, границ системы, ее изменчивости и особеннос­тей на различных стадиях существования (жиз­ненного цикла).

3. Последовательное изучение характера функциони­рования системы, в том числе: всей системы в целом, отдельных подсистем в пределах целого, изменчивости функций и их особенностей на разных стадиях существования системы.

4. Рассмотрение системы в динамике, в развитии, т. е. на различных этапах ее жизненного цикла: при проектировании, производстве и эксплуатации.

На последнем из этих принципов следует остано­виться особо. В ряде случаев рамки инженерной психологии неправомерно суживают, отводя ей лишь роль проектировочной дисциплины. Как отмечалось выше, проектировочная сущность инженерной психологии приобретает в настоящее время решающее значение. Однако только ею не ограничивается проблематика ин­женерной психологии. Для того чтобы были реализо­ваны все потенциальные возможности систем «чело­век — машина», необходим также правильный учет инженерно-психологических требований в процессе их производства и эксплуатации. Это приводит к необхо­димости создания единой системы инженерно-психо­логического обеспечения систем «человек — машина» на всех этапах их жизненного цикла.

Под инженерно-психологическим обеспечением понимается весь комплекс мероприятий, связанных с организацией учета человеческого фактора в процессе проектирования, производства и эксплуатации СЧМ. Проблема инженерно-психологического обеспечения имеет два основных аспекта: целевой и организацион­но-методический (табл. 3.1).


 

Таблица 3.1

Содержание инженерно-психологического обеспечения СЧМ

 

Этап жизненного цикла Аспект инженерно-психологического обеспечения
целевой организационно-методиче­ский
Проектирование Определение функций человека в проектируе­мой СЧМ и оценка его психофизиологических возможностей по их выполнению (инженерно-психологическое проек­тирование) Разработка нормативных и справочно-методических мате­риалов по инженерно-психоло­гическому проектированию деятельности оператора. Организация труда коллектива проектировщиков
Производство Учет психофизиологиче­ских свойств человека в процессе производства (условия труда, режимы труда и отдыха, взаимо­связи операторов в груп­повой деятельности и т.п.) Разработка нормативных и справочно-методических мате­риалов по учету человеческого фактора в процессе производ­ства
Эксплуатация Учет психофизиологиче­ских возможностей чело­века при эксплуатации техники (профессиональ­ный отбор, обучение, тренировки, формирова­ние операторских кол­лективов, организация их труда) Разработка методик по про­фессиональному отбору (если это необходимо) и подготовке операторов, подбору коллекти­вов, организации труда. Разра­ботка нормативных докумен­тов, регламентирующих при­менение этих методик

 

Первый из них связан с непосредственным вы­полнением работ по учету человеческого фактора на каждом из этапов жизненного цикла СЧМ; его содержание целиком и полностью определяется проблема­тикой инженерной психологии. Второй аспект связан с организационно-методическим обеспечением работ по учету человеческого фактора. Он включает в себя разработку необходимых справочно-методических ма­териалов, с помощью которых можно выполнять эти работы, а также разработку нормативных документов, регламентирующих (в частности, утверждающих) сте­пень и полноту учета человеческого фактора при проек­тировании, производстве и эксплуатации СЧМ. При от­сутствии таких документов проведение работ по учету человеческого фактора не будет являться обязательным мероприятием, и поэтому задача инженерно-психологи­ческого обеспечения не может считаться полностью решенной.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.