Требования антропометрии и биомеханики

При проектировании оборудования необходимо предусматри­вать его соответствие антроп. данным и биомех. характеристикам человека на основе учета:

– динамики изменений размеров тела при перемещении всего тела или его частей в пространстве (динамические разме­ры);

– диапазона движений в суставах;

– правил экономии движений.

При этом обеспечивается:

– оптимальная рабочая поза;

– оптимальные размеры рабочих зон;

– оптимальные для работающего человека размеры РМ и взаимное расположение его элементов, обеспечива­ющих опред. рабочую позу.

При непосредственном использовании антроп. дан­ных следует определить:

– контингент людей, для которых будет предназначено обо­рудование;

– выбрать антроп. признак (АП) (группу признаков), которые являются основой для определения размера обору­дования;

– установить, какой процент работающих должно удовлетво­рять проектируемое оборудование, и определить границы интервала, в которых учитывается при проектировании не­обходимый объем выборки;

– найти соответствующие границам интервала (границы обоз­начаются или в перцентилях или долях сигмы) минималь­ные и максимальные значения АП (по справочным данным или проведя спец. из­мерения);

– учесть соответствующую поправку на вид одежды и обувь.

Среди АП различают классические и эрг. размеры, среди эргономических – статические и динамические. Эргономическими называются размеры тела, ко­торые могут служить основой для определения размеров разл. объектов конструирования. Эти размеры по своей ориентации в пространстве наиболее соответствуют ориентации параметров проектируемого оборудования, они измеряются в разных положе­ниях и позах, условно имитирующих рабочие позы и положения.

Большинство эрг. размеров по своей структуре со­ставные, части этих размеров биологически неравнозначны, отно­сятся к разным анатомическим системам (кость, мышцы). Особен­но это относится к габаритным размерам и размерам, взятым в по­ложении «сидя». Различия между группами населения по эрг. размерам несколько меньше, чем по классическим, и характеризуются некоторыми особенностями.

Статические АП – это размеры те­ла, измеренные однократно в статическом положении испытуемо­го, сохраняющего при измерении одну и ту же позу и положение. Условность и постоянство позы обеспечивают идентичность

изме­рений. Статические АП делятся на раз­меры отд. частей тела и габаритные размеры. Их можно рекомендовать для установления размеров рабочего места или изделия (высота, ширина, глубина и. др.), уточнения этих разме­ров, определения диапазона регулировки регулируемых парамет­ров, разработки условий эрг. экспериментов, проведе­ния экспертизных работ.

Габаритные размеры – это наибольшие размеры тела в раз­ных его положениях и позах, ориентированные в разных плоско­стях. Они измеряются по наиболее удаленным друг от друга точ­кам. Габаритные размеры используются для определения мини­мальных размеров пространства, занимаемого человеком в разных положениях и позах, определения размеров проходов, люков, без­опасных промежутков и т.п.

Динамические АП – это размеры, изменяющие свою величину при перемещений части тела и всего тела в пространстве. Они характеризуются угловыми и линейными перемещениями. К ним относятся углы вращения в суставах и линейные изменения одного и того же размера (эффект движения тела) в виде максимального его увеличения или уменьшения при перемещении части тела в пространстве. Н-р, изменение длины руки при измерении досягаемости при перемещении руки вниз, в сторону, вперед, вверх. Динамические АП рекомендуется использовать для определения амплиту­ды рабочих движений и для определения размеров сенсомоторно­го поля.

При проектировании следует использовать в основном эрг. размеры. При пользовании антроп. дан­ными не допускается сложения простых классических размеров для получения эрг. размеров, т.к. размеры, полу­ченные путем сложения, на 5–10 см больше, чем размеры, из­меренные непосредственно.

При сравнении нац. групп, резко отличающихся по антроп. данным, например, литовцев, русских и ар­мян, наблюдаются значительные различия. Н-ер, различия в росте – 5–9 см. Если же сравнить нац. группы, близ­кие по антроп. данным, например, русских, белорусов и украинцев, различия между ними незначительны. Если объ­екты проектирования предназначены строго для какой-либо одной республики, то следует учитывать нац. антроп. данные населения этой республики. Если изделия промышлен­ного производства предназначены для населения СССР в целом, то следует использовать данные наиболее многочисленного насе­ления СССР – русских, украинцев, белорусов. Не следует сме­шивать антроп. данные наиболее удаленных нацио­нальностей, относящихся к разным этническим группам (н-р, населения Прибалтики и Средней Азии и т.п.).

Что касается возрастных различий, то имеется тенденция к увеличению всех продольных размеров тела у лиц молодого поколения, а поперечных, передне-задних и обхватных размеров – у лиц старшего возраста.

При проектировании оборудования следует знать, что наиболь­шие различия в размерах тела наблюдаются между мужчинами и женщинами внутри любой нац. группы (10–12 см. в длине тела), затем следуют нац. различия, а далее – возрастные и профессиональные.

Следует учитывать след. половые различия:

– продольные размеры тела мужчин в положении «стоя» на 7–12 см больше размеров женщин;

– продольные размеры тела мужчин в положении «сидя» на 3–6 см больше соответствующих размеров у женщин;

– поперечные, передне-задние и обхватные размеры верхней части тела мужчин на 1–3 см больше соответствующих размеров у женщин;

– размеры таза и бедер у женщин на 1–3 см больше, чем у мужчин.

Цифровые значения антроп. данных можно пред­ставлять в виде таблиц, соматограмм, номограмм, манекенов (плоских и объемных) и др. Наиболее распространенный способ представления – табличный. В таблицах, как правило, представ­ляются след. статистические параметры: средняя арифмети­ческая величина признака, среднее квадратическое отклонение (сигма), значения признака, соответствующие перцентилям –1-, 5-, 95-, 99-ому, коэффициент вариации.

Между средним квадратическим отклонением и частотой встре­чаемости признака имеется прямая связь, которая выражается возможностью определить процент людей или объем выборки, у которых величина АП укладывается в тот или иной интервал. Зная значения средней арифметической величины и среднего квадратического отклонения и используя стандартные таблицы площадей кривой нормального распределе­ния, можно найти значения того или иного признака, которые определяют границы заданного интервала, и, наоборот, но значе­ниям признака можно определить интервал, в котором они нахо­дятся.

Для определения границ интервалов, в которых учитывается объем (процент) населения, которому должно удовлетворять проектируемое оборудование, а также для определения минималь­ных и максимальных значений АП, следует пользоваться системой перцентилей, а не долей сигмы, что более наглядно.

Перцентиль – сотая доля объема измеренной совокупности людей, которой соответствует опред. значение АП. Площадь, ограниченная нормальной кривой, делится на 100 равных частей, или перцентилей. Каждый перцен­тиль имеет свой порядковый номер. Так, н-р, 5-ый перцен­тиль отсекает в левой части кривой нормального распределения 5% совокупности людей с наименьшими значениями признака. 50-ый перцентиль в нормальном распределении соответствует среднему арифметическому значению признака. 95-ый перцентиль отсекает в правой части нормальной кривой оставшиеся 5% сово­купности людей с наибольшими значениями признака.

Если необходимо учесть 75% выборки, то, чтобы получить пер­центили, ограничивающие этот объем, необходимо произвести след. расчет:

где р – перцентиль. В результате получили, что 75% используемой группы

населе­ния заключены в пределах 12,5–87,5 перцентилей, что соответст­вует интервалу М±1,15а.

Средние арифметические значения признака следует использо­вать в редких случаях ввиду того, что оборудование, созданное с учетом только средних размеров тела для большого количества людей, будет неудобным.

Конструкция оборудования должна обеспечивать легкость использования и удобство эксплуатации по меньшей мере для 90 % потребителей..

Определение границ интервалов, в которых учитывается нeoб­ходимый объем выборки, связано с ориентацией в пространстве параметров оборудования и функциональным назначением этих параметров.

Неизменяемые высотные размеры оборудования при работе на нем только мужчин или только женщин должны рассчитываться исходя из значения АП, соответствую­щего 95-ому перцентилю каждой половой группы, при работе мужчин и женщин – 95-ому перцентилю мужской группы.

Рациональная рабочая поза людей более низкого роста должна обеспечиваться путем регулирования изменяемых параметров РМ (рабочее сиденье, подставка для ног).

Неизменяемые размеры оборудования, связанные с вертикаль­ной досягаемостью в нижних зонах, рассчитываются исходя из значения АП, соответствующего 95-ому перцентилю каждой половой группы, если оборудование предназ­начено для работы только мужчин или только женщин; при работе на оборудовании мужчин и женщин – 95-ому перцентилю мужской группы.

Неизменяемые размеры вертикальных досягаемостей в верх­них зонах рассчитываются исходя из значения АП, соответствующего 5-ому перцентилю каждой половой группы, если оборудование предназначено для работы только мужчин или только женщин; при работе на оборудовании мужчин и женщин – 5-ому перцентилю мужской группы.

Неизменяемые размеры оборудования с ограничением их мак­симального значения, такие как зоны видимости, расстояния до индикаторов, контрольных точек, поручней, т.е. связанные с го­ризонтальной досягаемостью, размах движения органов управле­ния и т.п., которые влияют на качество работы оператора или ограничены размерами тела, должны выбираться, исходя из зна­чения 5-го перцентиля соответствующей группы населения. Иными словами, неизменяемые по ширине и глубине размеры оборудова­ния в том случае, когда на нем работают только мужчины или только женщины, должны рассчитываться, исходя из значения АП, соответствующего 5-ому перценти­лю каждой половой группы, при работе на оборудовании мужчин или женщин – 5-ому перцентилю мужской группы.

Размеры оборудования с ограничением их минимального значе­ния (не должны быть меньше), такие как проходы, подходы, люки, безопасные промежутки и т.п., которые обеспечивают прохожде­ние тела или его частей, должны соответствовать значению АП соответствующему 95-ому перцен­тилю соответствующей группы населения.

Нижние и верхние границы измеряемых параметров оборудо­вания при работе на нем только мужчин или только женщин должны рассчитываться, исходя из значений АП, соответствующих 5-ому и 95-ому перцентилю каждой половой группы. При работе на оборудовании мужчин и женщин – нижняя граница должна соответствовать: 5-ому перцентилю женской группы, верхняя – 95-ому перцентилю мужской группы.

Высотные размеры проектируемого оборудования должны со­ответствовать продольным размерам тела с учетом положения последнего. Не следует использовать размеры тела, взятые в по­ложении «стоя», при расчете РМ для работы сидя.

При расчете высотных размеров оборудования следует поль­зоваться антроп. данными молодого поколения (до 30 лет), а при расчете поперечных, глубинных размеров – данны­ми населения старшего возраста (30–40 лет).

Точность использования антроп. данных зависит от величины порогов мышечно-суставной чувствительности челове­ка и от эрг. значимости элемента оборудования. Вели­чина порогов мышечно-суставной чувствительности при различении линейных и угловых характеристик РМ свидетель­ствует о том, что человек легко (субъективно и объективно) раз­личает изменение высотных характеристик РМ (рабо­чая поверхность, сиденье, подставка для ног) на 8–40мм и соответственно угловых характеристик на 1°. Этими данными следует руководствоваться при определении допустимых отклоне­ний от оптимальных параметров РМ и округлении цифровых значений АП.

Все элементы РМ, которые имеют непосредственное соприкосновение с телом человека, должны по возможности точно соответствовать его антроп. данным (размеры си­денья, рабочей поверхности, подставки для ног, органов управле­ния и т.п.). Округление допускается до 1см. При расчете мини­мальных пространств, занимаемых телом человека в разных положениях и позах, могут быть допуски 2–3 см.

Рабочие сиденья (РС)

Приспособления, обеспечивающие поддержание рабочей позы для выполнения работы в положении «сидя», различны: кресла, стулья, табуреты разл. типов, откидные сиденья (стенные), сиденья-опоры. РС классифицируются по степени стабилизации рабочей позы, по набору элементов РС, по типу конструкции элементов сиденья, по степени подвижности, по сте­пени мягкости, по обеспечению виброгашения и т.п.

Выбор типа РС определяется конкретным харак­тером и условиями ТД человека. Различают РС для длительного и кратковременного пользо­вания.

РС для длительной работы в положении «сидя» должны включать обязательные элементы: сиденье и спинку для стульев; сиденье, спинку и подлокотники для кресел. Доп. элементами рабочих кресел могут быть подголовники. Под­ставки для ног рекомендуются для всех видов работ, связанных с длительным сохранением положения «сидя».

Конструкция РС, предназначенного для длитель­ной работы в положении «сидя», должна обеспечивать поддержа­ние осн. рабочей позы, не затруднять рабочих движений, смену позы и положения, обеспечивать условия для отдыха.

Осн. рабочая поза предусматривает такое положение кор­пуса, которое способствует проявлению ест. изгибов позвоночного столба (поясничного, грудного и шейного) и не вызывает значительного мышечного напряжения. При этом не рас­тягиваются мышцы и связки позвоночника, не расслабляются мышцы брюшного пресса и тазового дна, межпозвоночные хрящи не принимают асимметричную форму, не сдавливаются органы грудной клетки (сердце, легкие). Несоблюдение вышеперечислен­ных условий приводит к патологическим изменениям опорно-дви­гательного аппарата человека и др. нарушениям (остеохонд­роз, спондилез, радикулит, сутулость, опущение внутренних орга­нов, отвислость живота и др.).

При работе сидя величина углов в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах должна быть не менее 90°. Оптималь­ные углы в суставах 98–103°.

Если трудовой процесс требует длительного поддержания жест­ко фиксированной рабочей позы без возможности ее смены (в промежутки времени не менее 30–40 мин), то рекомендуется полумягкое сиденье (кресло) с регулируемыми параметрами, уста­навливаемыми в соответствии с инд. антроп. данными работающего, профилированное (с двумя углами наклона), с высокой спинкой. Для снятия общего напряжения ре­комендуется в перерывах изменять позу и положение тела.

В тех случаях, когда имеются условия для произвольного изме­нения рабочей позы в пределах рабочей зоны, можно использовать плоское, горизонтальное или с наклоном назад (3–8°) сиденье с профилированной или непрофилированной обычной или пояс­ничной спинкой.

Независимо от проф. назначения имеется несколь­ко требований, общих для сидений длительного пользования.

1. Сиденье должно обеспечивать позу, способствующую умень­шению статической работы мышц.

2. Сиденье в целом и его элементы должны создавать условия для возможности изменения рабочей позы.

3. Конструкция сиденья не должна затруднять деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной сис­темы; она не должна вызывать болезненных ощущений, возникающих в результате давления элементов сиденья на тело человека.

4. Глубина сиденья не должна быть чрезмерно большой.

5. Передний край сиденья должен быть закруглен.

6. Свободное перемещение сиденья относительно рабочей поверхности, в случае обширной рабочей зоны – вращение сиденья.

7. Наличие ряда регулируемых параметров (высота сиденья, угол наклона спинки, высота спинки).

8. В конструкции сидений должны быть учтены требования безопасности, общие и частные.

9. В большинстве видов производства, за исключением тех, где существуют специфические технологические ограничения, желательно использовать полумягкую обивку РС. Материал обивки должен быть нескользящим, влаго-отталкивающим, неэлектризующимся, воздухопроницаемым.

В оптимальном варианте конструкции РС долж­ны регулироваться высота поверхности сиденья, угол наклона спинки, расстояние от спинки до переднего края сиденья. При необходимости должны регулироваться также след. пара­метры: высота спинки, высота подлокотников, высота подголов­ников. Диапазон регулировки параметров устанавливается в пре­делах 5% для женщин и 95% для мужчин.

Существует опред. зависимость в высотных размерах РС и рабочей поверхности. Высота рабочей поверх­ности (для работы сидя) не имеет прямой связи с ростом рабо­тающего, а связана непосредственно с высотой сиденья. Кроме того, расстояние между рабочей поверхностью и плоскостью си­денья также не связано с ростом человека и мало варьирует: 280–300 мм – при наклонном корпусе, 350 мм – при выпрямленном. Для кратковременного пользования (5–10 мин) рекоменду­ется использовать жесткие стулья и различного типа табуреты. Жесткие стулья рекомендуются с плоским горизонтальным си­деньем и профилированной спинкой. Табуреты различаются по форме сидений (круглые, квадратные), по высоте (высокие, сред­ние, низкие), по количеству опор (четыре, три опоры). Кроме того, могут быть использованы сиденья-опоры, представляющие собой высокие табуреты с уменьшенной горизонтальной поверхностью. Они используются в тех случаях, когда работающий не имеет воз­можности присесть «а короткое время, но может опереться на вы­сокое сиденье-опору, снизив тем самым напряжение мышц. Кресло человека-оператора стационарных и подвижных объек­тов должно включать след. осн. элементы: сиденье, спинку и подлокотники. Регулироваться должны высота поверх­ности сиденья и угол наклона спинки, а при необходимости – высота спинки и подлокотников, угол наклона подлокотников, вы­сота подголовника и подставки для ног, угол наклона подставки для ног. При этом должна обеспечиваться надежная фиксация элементов кресла в заданном положении. Подвижность кресла относительно пола или др. поверхности, на которой оно уста­новлено, может не ограничиваться. Однако в тех случаях, когда это необходимо, кресло должно быть фиксировано. Конструкция кресла должна способствовать ослаблению вибрационных и удар­ных воздействий. Конструкционные и отделочные материалы крес­ла должны быть прочными, огнестойкими, нетоксичными, обеспе­чивающими в необходимых случаях возможность эксплуатации в разл. климатических условиях. Покрытия сиденья, спинки, подлокотников и подголовника должны изготовляться из умягчен­ного, влагоотталкивающего, неэлектризующегося, воздухопрони­цаемого материала.

 

 

Оптимизация средств и систем отображения информации (ОИ)

§1. Деятельность оператора с информационными моделями (ИМ)

Развитие промышленности XX столетия все в большей и большей степени характеризуется механизацией и автоматизацией произ­водственных процессов. В ряде случаев это приводит к тому, что во многих видах Д не так легко конкретно указать и определить предмет труда и его результат. Дело в том, что сред­ства ТД начинают занимать в сознании рабо­тающего место ее предмета, а сам предмет как бы «дематериали­зуется». Этот процесс дематериализации происходил постепенно. Существовало и существует большое число ситуаций, когда тре­буемая точность непосредственного наблюдения и оценки превос­ходит разрешающую способность органов чувств человека. Для повышения точности непосредственного наблюдения стали исполь­зовать разл. датчики, информация (И) от которых поступает в аналоговой или цифровой форме. Эта И частично дуб­лирует непосредственное восприятие предмета труда или рабочего процесса. Приборная И предъявляется в более удобной для восприятия форме. Использование таких двойных источников И – это начало «раздвоения» предмета ТД. Человек начинает иметь дело не только, а в некото­рых случаях и не столько с непосредственно наблюдаемыми, сколько с инструментально измеренными свойствами предмета тру­да. Такие ситуации типичны для многих транспортных профессий, для профессий металлургов, инструментальщиков и др. По мере того как человек все больше удалялся от предмета труда в силу невозможности или опасности его непосредственного наблюдения, все шире стали использовать разнообразные средства дистанцион­ного, контроля и управления, спец. средства ОИ. Последние предназначены для предъявления челове­ку данных, характеризующих объекты управления или его пара­метры, ход технологического процесса, наличие энергетических ресурсов, состояние средств автоматизации, каналов связи и пр. Эти данные предъявляются человеку в количественной, качественной, в т.ч. и картинной форме.

Внедрение систем дистанционного контроля и управления привело к тому, что средства ОИ стали использовать в качестве единственного источника И об управляемом объекте, рабочем процессе и о состоянии самой си­стемы дистанционного управления или СЧМ. Операторы таких систем действуют не с реальными объекта­ми, а с их заместителями или имитирующими их образами, т.е. с ИМ реальных объектов. Последние, бу­дучи средствами ТД операторов, нередко ста­новятся и ее предметом.

ИМ есть организованная в соответствии с опред. системой правил совокупность И о со­стоянии и функционировании объекта управления и внешней сре­ды. Она является для оператора своеобразным имитатором, отра­жающим все существенно важные для управления свойства реаль­ных объектов, т.е. тем источником И, на основе кото­рого он формирует образ реальной обстановки, производит анализ и оценку сложившейся ситуации, планирует управляющие воздействия, принимает решения, обеспечивающие правильную ра­боту системы и выполнение возложенных на нее задач, а также наблюдает и оценивает результаты их реализации.

В философско-методологической литературе под моделью по­нимается функциональный гомоморфный перенос (отображение) части внешнего мира на систему понятий (изображений, визуали­зированных картин, символов, знаков и т.п.). Это отображение не является взаимно-однозначным, т.е. изоморфным, однако оно сохраняет связи, которые существуют между элементами внешнего мира. Последнее свойство позволяет модели быть не только описа­тельной, но и предсказательной. В соответствии с таким опреде­лением существенными компонентами модели являются: 1. Поня­тия (термины, знаки, символы). 2. Постулаты (аксиомы или зако­ны). 3. Правила трансформации (правила вычисления). 4. Прави­ла соответствия, отображения, которые позволяют сравнивать результаты вычислений с экспер. или практич. результатами. Приведенные четыре общих положения могут ха­рактеризовать модели-теории, а также очень простые модели. Распространены также и операционные определения модели. Си­стема является моделью, если она способна отвечать на вопросы о внешнем мире. Важным достоинством операционного определе­ния является то, что оно включает в себя не только модели-теории, но и кибернетические системы, реализованные с помощью ЭВМ. В соответствии с общепринятым положением о том, что слиш­ком абстрактная модель бесплодна, а слишком детальная вводит в заблуждение, объем И, включенной в модель, и пра­вила ее организации должны соответствовать задачам и способам управления. Физически ИМ реализуется с по­мощью разнообразных средств отображения И.

Наиболее существенной особенностью ДЧ с ИМ является необходимость соотнесения сведений, получаемых посредством приборов, экранов, мнемосхем, табло и т.п., как между собой, так и с реальными управляемыми объектами. На процедурах соотнесения этих сведений строится вся ДО. Отсюда понятно, что построение адекватной ИМ является одной из важней­ших задач конструирования системы управления в целом.

В работе по созданию ИМ, предшествую­щей выбору тех. средств ее реализации, т.е. средств ото­бражения И, необходимо руководствоваться след. ЭТ:

– по содержанию: ИМ должны адекватно отображать объекты управления, рабочие процессы, окружаю­щую среду и состояние самой системы управления;

– по количеству информации: ИМ должны обеспечивать оптимальный информац. баланс и не при­водить к таким нежелательным явлениям, как дефицит или излишек И;

– по форме и композиции: ИМ должны со­ответствовать задачам трудового процесса и возможностям человека по приему, анализу, оценке И и осущест­влению управляющих воздействий.

Всесторонний учет этих требований в процессе проектирования обеспечивает необходимую оперативность и точность ТД человека и, в частности, эффективное выполнение функций СЧМ.

ИМ современных СЧМ в большинстве случаев адекватно отражают объекты управления и состояние системы управления. Тем не менее работа оператора с ними часто не удовлетворяет требованиям оперативности и точности.

Опыт показывает, что операторы часто сталкиваются с трудно­стями, которые являются результатом того, что конструктор исхо­дит из неправильных или неполных представлений о возможно­стях человека по приему и переработке И. С этим свя­заны такие просчеты, как неудачный выбор системы кодирования, предъявление слишком больших объемов И или слиш­ком быстрая ее смена, не говоря уже об игнорировании элемен­тарных психофизиологических требований. Гл. причина этого в том, что в основу ИМ нередко кладется система взаимосвязей реального объекта, не учитывающая специ­фических особенностей психол. структуры работы чело­века с этим объектом.

Предметное содержание ДО весьма много­образно. Это разнообразие отражено в классификации автомати­зированных систем управления (АСУ). К нему следует лишь добавить саму систему управления и ее элементы, которые высту­пают в качестве особого предметного содержания ДО, занятых функциональным контролем и обслуживанием средств автоматизации. В описание предметного содержания объектов управления обязательно должны входить пространствен­но-временные и динамические параметры их существования, функ­ционирования и взаимодействия.

Кстати, для того чтобы проиллюстрировать многообразие пред­метного содержания ДО, следует напомнить, что в качестве такового выступает и его собственное функциональ­ное состояние. Это типично для проводимых космонавтами медико-биологических, психологических и эрг. исследований. Анализ предметного содержания Д является исход­ным и необходимым условием решения любых эрг. за­дач. Детальная характеристика предметного содержания Д особенно необходима на стадиях разработки ИМ и для обучения операторов.

Характеристика психол. содержания ДО была дана в работах Д.Ю. Панова и В.П. Зинченко, после чего многократно воспроизводилась, детализирова­лась, уточнялась применительно к разл. видам операторской Д. Здесь нужно подчеркнуть, что Э и инже­нерная психология изучают и проектируют именно Д с информац. (и исполнительными) моделями. В инженер­ной психологии нередко употребляется термин «взаимодействие человека со средствами автоматизации». Этот термин, однако, не позволяет зафиксировать специфику чел. Д. Средства автоматизации, как известно, могут взаимодействовать друг с другом и без помощи человека. Об этом можно было бы и не говорить, если бы термины «информац. взаимодействие», «информац. обмен» и т.п. не задавали неверную методоло­гическую ориентацию эрг. и инженерно-психологиче­ским исследованиям.

Понятие Д применимо и в тех случаях, когда речь идет о диалоге человека и машины. Во всяком диалоге имеется ведущий партнер. В диалоговых взаимоотношениях человека и машины в автоматизированных системах управления меняется лишь то, что оператор имеет значительно большую свободу опе­рирования с ИМ по сравнению с первыми-поколениями АСУ. Видимо, в перспективе операторы в известных пределах сами будут определять содержание и форму ИМ, обращаясь к информац. обеспечению АСУ.

Узловая проблематика психол. анализа ДО связана с содержанием, формой постоянных и опера­тивных образно-концептуальных моделей (ОКМ) реальной и прогнозируемой обстановки, самой системы управления, потен­циальных и актуальных проблемных ситуаций. ОКМ также включает в себя систему оценок и ценностей, оперативные способности, общее представление о времени и пространстве и опред. способ взаимодействия индивида с внешним миром. Проблема внутренних моделей окружения возникла в философии и общей психологии до инженерно-психологических исследований. Эти мо­дели назывались также собственными, концептуальными. (В ка­честве курьеза можно упомянуть также об употреблении равно­значных по смыслу, но неадекватных по форме терминов «мозго­вая» и «психическая модель».)

В контексте инженерно-психологических исследований пробле­ма внутренних и концептуальных моделей была выдвинута в Англии в 1943 г., но затем она долго не могла получить соот­ветствующей разработки. Интерес к этой проблематике возродил­ся в последние годы в связи с приходом на смену необихевиоризму и информац. подходу когнитивной психологии. В нашей литературе проблеме формирования и функционирования ОКМ посвящено большое число экспер. психол. исследований. Это связано с осн. ориентацией советской Э и инженерной психологии на формирование у оператора системы разумных действий, а не цепей реакции. Хотя к ДЧ в АСУ предъявляются требования в отношении скорости, своевременности, оперативности, это не означает, что у человека надо вырабатывать реактивные, импульсивные формы поведения. Подчеркивание значения ОКМ в ДО – это подчеркивание разумного, сознательного характера его Д.

Сложность рационального определения (и проектирования) ДО состоит в том, что его включают в систему управления для выполнения таких функций, применительно к ко­торым часто невозможно выработать четкие и однозначные инструкции и правила. При этом оператору поручаются выполне­ние или контроль наиболее важных и ответственных функций в системе. От оператора требуются разумные действия в непред­виденных обстоятельствах, зачастую в условиях недостаточной, а порой и недостоверной И. Работа оператора, как и системы управления в целом, протекает в реальном масштабе вре­мени, что налагает особые требования к ее скорости и точности. Проблемы оптимизации и проектирования ДО с ИМ, разработка требований к ИМ, пути формирования постоянных и опе­ративных ОКМ ситуации уже длитель­ное время находятся в центре внимания специалистов области Э, инженерной психологии, техники ОИ. В то же время конкретное содержание этой проблематики претерпело за последние пятнадцать лет существенные изменения. Отступили на второй план исследования скорости перц. процессов, в частности информац. поиска. Значительное усовершенствование качества предъявления И привело к уменьшению числа исследований, посвященных однозначности восприятия знаковой и буквенно-цифровой И. Достигну­та значительно большая ясность в понимании оперативно-техниче­ской стороны перцептивных и опознавательных процессов. Однако все это не уменьшило актуальности исследования путей построе­ния информационных и формирования концептуальных моделей. Корни этой проблематики касаются самого существа ДО автоматизированных систем управления. В этом типе Д выступает, может быть, значительно более рельеф­но, чем в других, известная диспропорция между бедностью ото­бражения и богатством, сложностью и многослойностью отобра­женной реальности, которую человек должен реконструировать, анализировать и применять в соответствии с принятым решением. И несмотря на быстрое развитие техники отображения, эта дис­пропорция сохраняется (если не увеличивается по мере роста мас­штабов и сложности АСУ). Сохранение этой диспропорции приво­дит к изменению проблематики изучения перцептивных и мысли­тельных процессов.

Поскольку оператор все больше имеет дело с недостаточно чет­ко опред. пространством возможных задач, нередко бывает так, что он должен извлекать, вычерпывать из ИМ и соответственно реконструировать самое разл. пред­метное содержание, разл. слои реальности. Эти слои могут быть внешними, характеризующими, н-р, простр. расположение объектов или их единичные свойства; они могут характеризовать общие функциональные свойства групп объектов или функциональные (а не только пространственно-временные) отношения между разл. объектами; наконец, возможны ситуации, требующие оперирования не с самими объектами, а с системами более или менее взаимосвязанных категориальных свойств и качеств этих объектов.

Учет указанных обстоятельств, в которых протекает реальная ДО, требует более интенсивного, чем прежде, изучения мотивационных, целевых, в широком смысле, личностных аспектов перцептивной и мыслительной Д.

Немалый научный и практич. интерес представляют по­следовательность и возможная глубина проникновения оператора в ситуацию, в ее невидимые непосредственно пласты, в ее смысл и значение. Здесь важна и такая характеристика, как время про­никновения в эти пласты, время построения ОКМ, которая по необходимости является частичной, в известном смысле односторонней. Важным является и время дополнения модели или время ее смены. Но, пожалуй, наиболее существенным является определение направленности на то или иное предметное содержание. При этом последняя определяется как задачами субъекта, так и самим предметным содержанием и, разумеется, способами его извлечения и трансформации в значе­ние. Сочетание, этих обстоятельств приводит к эволюции (или к смене) ОКМ, т.е. к эволюции когнитивных продуктов Д, к смене образа ситуации, к полаганию новых целей. Есте­ственно, что ведущим в этом сочетании является реальный объект, его реальное предметное содержание, детерминирующее действие субъекта. Вместе с тем нельзя недооценивать и возможного (а может быть и обязательного) эффекта «вчитывания» в объект априорного опыта и знаний субъекта. Последнее требует особен­но внимательного отношения к инд. различиям между людьми, к возможному предпочтению ими тех или иных слоев реальности.

Сказанное относительно предметного содержания ДО подтверждает тезис о его «дематериализации». Этот тезис следует понимать в том смысле, что у оператора в каждый данный момент его Д нет априорного представления о ее конкретном предметном содержании. Он должен извлекать его из избыточной ИМ, строить образ этого предметного содержания и в зависимости от этого образа ставить и достигать конкретные цели.

Именно поэтому ДО нередко называют творческой и именно поэтому так сложна оценка эффективности ДО СЧМ, равно как и решение насущных задач оптимизации и проектирования ДО.

Опыт разработки и эксплуатации ИМ, а также спец. анализ ДО с ними по­зволяют сформулировать ряд важнейших характеристик ИМ.

1. В ИМ представлены лишь те свойства, отношения, связи управляемых объектов, которые существенны, имеют опред. функциональное значение, т.е. «участвуют в игре». В этом смысле модель воспроизводит действительность в упрощенной форме и всегда является некоторой идеализацией действительности. Степень и характер упрощения и идеализации могут быть определены на основе анализа задач СЧМ в целом и анализа задач операторов СЧМ.

2. Модель должна быть наглядной, т.е. оператор должен иметь возможность воспринимать сведения быстро и без кропотливого анализа. Только при этих условиях ему не потребуется много вре­мени на информац. подготовку решения, включающую ста­дии формирования ОКМ и формирования в необходимых случаях модели проблемной ситуации. ИМ может быть наглядной в разных смыслах. Она может давать, н-р, наглядное представление о простр. расположении объектов, т.е. быть в какой-то мере геометрически подобной их действительному расположению. В этом случае оператор будет иметь наглядное представление о таких свойствах управляемых объектов, как расстояние между ними, их принадлежность к ка­кой-либо территориальной группе и т.п. Если для оператора су­щественны иные признаки, то необходимо сделать наглядными др. свойства управляемых объектов, н-р их принадлеж­ность к одному и тому же типу или состоянию. При функциониро­вании системы возможны периоды, когда необходимо наглядное представление одних свойств управляемых объектов и периоды, когда нужно учитывать другие их свойства.

Наглядность ИМ не всегда легко дости­жима, т.к. нередки случаи, когда объекты управления, их свойства и взаимодействия сами по себе не обладают наглядными признаками. В этих случаях приходится решать задачи, близкие к тому, что в методологии науки определяется как визуализация понятий.

3. Одним из важнейших средств достижения легкой восприни­маемости, или «читаемости», ИМ является правильная организация ее структуры. Это означает, что в ИМ должны быть представлены не коллекция или набор сведений, так или иначе упорядоченных, а они должны находиться в определенном и очевидном взаимодействии.

При «хорошей» структуре или гештальте ИМ оператор выполняет ординарные функции, нарушения «хорошей» структуры свидетельствуют о возникновении отклоне­ний от нормального режима функционирования, требующих экст­ренного вмешательства оператора. Хорошая структура обеспечи­вает быстрое и правильное восприятие ситуации в целом. Отклоне­ния от нее воспринимаются оператором как потенциально проб­лемные, конфликтные и заставляют его производить детальный анализ ситуации с целью обнаружения источника конфликта и поиска путей его устранения. Одним из средств достижения хоро­шей структуры является правильная компоновка ИМ. В этом смысле разработка ИМ пред­ставляет собой задачу, в какой-то степени эквивалентную задаче хорошей компоновки картины. Так же как и хорошо скомпонован­ная картина, ИМ может помочь восприятию ситуации в целом, если она не будет перегружена деталями, на­рушающими целостное восприятие. Важной задачей художника является отбор того существенного и типичного, что позволяет ему с максимальной эффективностью довести до зрителя свою идею. Точно так же и при создании ИМ чрезвычай­но существен отбор функционально значимых сведений и инфор­мативных данных, которые должны быть предъявлены оператору. Сказанное в равной степени относится и к отображению конфликт­ных ситуаций, осознание которых облегчается при столкновении противоречивых образов, тенденций, свойств и т.п.

4. Восприятие ситуации как проблемной облегчается, если в ИМ предусмотрено:

– отображение конкретных изменений свойств элементов си­туации, которые происходят при их взаимодействии. В этих случаях изменения свойств отд. элементов восприни­маются не изолированно, а в контексте ситуации в целом. Более того, изменение свойств одного элемента воспринима­ется как симптом изменения ситуации в целом, что прово­цирует поиск и распознавание оператором того или иного симптомокомплекса;

– отображение динамических отношений управляемых объек­тов. При этом связи и взаимодействия ИМ должны отображаться в развитии. Допустимо и по­лезно даже утрирование или усиленное отображение тенден­ций развития элементов ситуации, их связей или ситуации в целом;

– отображение конфликтных отношений, в которые вступают элементы ситуации.

5. И об объектах управления предъявляется опера­тору не в натуральном, а в закодированном виде. При этом ста­новится особенно важной проблема создания особого языка, по­пятного человеку и одновременно могущего быть использованным машиной, проблема согласования «входов» и «выходов» человека и машины.

При построении ИМ необходимо найти наиболее эффективный код, т.е. ту систему символов (которую мы будем называть «алфавитом» рассматриваемого кода), с по­мощью которой предъявляются сведения об управляемых объек­тах. Выбор системы кодирования тесно связан с возмож­ностью быстрого осмысливания предъявляемой оператору И.

6. Объем И того или иного рода, который может быть хорошо усвоен оператором, не может быть задан ему про­извольно. Он должен быть определен для данных условий работы или уже на основе имеющихся количественных оценок работы оператора, или при помощи спец. эксперимента. Если этот объем И определен, то в совокупности с избранной системой кодирования он помогает составить представление о сте­пени сложности ИМ, которая допустима в данных условиях.

Степень сложности ИМ обусловлена гл. образом требованиями оперативности.

Данная выше характеристика свойств ИМ не претендует на полноту. Перечисленные свойства ИМ могут учитываться в процессе конкретного про­ектирования не в одинаковой степени, а в зависимости от доми­нирующей функции оператора (обнаружение, поиск, решение задач, исполнение и т.д.).

Сказанное выше о свойствах ИМ в рав­ной степени относится к случаям, когда все осн. характери­стики моделей определяются на этапах проектирования СЧМ и когда операторы имеют значительно большую свободу в опериро­вании данными, хранящимися в памяти ЭВМ, и сами участвуют в построении ИМ. Т.о., при построении ИМ для системы управления необходимо учитывать очень многое. Конеч­но, сейчас еще нельзя указать все те требования, которые долж­ны быть учтены при проектировании и построении ИМ. Однако уже сейчас можно предложить след. порядок работы по ее построению:

1) определение задач системы и очередности их решения;

2) определение источников И, методов решения за­дач, времени на их решение, а также требуемой точности;

3) составление перечня типов объектов управления, определе­ние их количества и др. параметров работы системы, которые необходимо учитывать при решении задач;

4) составление перечня признаков объектов управления разных типов, учет которых необходим при решении задач;

5) распределение объектов и признаков по степени важности; выбор критичных объектов и признаков, учет которых не­обходим в первую очередь;

6) распределение функций между автоматикой и операторами, в частности, определение:

– числа уровней управления и степени сложности каждого из них т.о., чтобы не была превышена пропускная способность операторов на каждом уровне;

– типов ИМ на каждом уровне;

– автоматич. оборудования, необходимого при намечен­ной структуре системы.

Первые этапы процесса проектирования системы в ряде слу­чаев должны быть проделаны несколько раз с целью последова­тельного приближения к оптимальному варианту, учитывающему экономику построения системы.

Когда пройдены первые этапы работы по проектированию си­стемы, можно перейти к следующим:

7) выбор системы кодирования объектов управления, их со­стояний и признаков для ИМ разл. уровней управления, оптимальной с точки зрения функ­циональных возможностей операторов, работающих в си­стеме;

8) разработка общей композиции ИМ, обеспечивающей преимущественное выделение наиболее важных объектов и критических для работы системы состоя­ний и признаков;

9) определение системы исполнительных действий операторов, которые необходимо осуществлять в процессе решения и после него (запрос И, передача сообщений, рас­поряжений и т.п.);

10) создание макета, моделирующего игровую ситуацию, и проверка на нем степени эффективности избранных вариан­тов ИМ и систем кодирования И. Критерием эффективности при работе на макете служат время и точность работы оператора, которые долж­ны соответствовать условиям успешной работы системы в целом;

11) изменение по результатам экспериментов композиции ИМ и систем кодирования и проверка эффективности каждого нового варианта на макете;

12) определение на макете требуемой степени подготовки опе­раторов, способов обучения и оптимального режима рабо­ты операторов в системе управления в соответствии с тре­бованиями к скорости и точности работы операторов;

13) составление инструкций по работе операторов в игровой системе управления.

После выбора и проверки оптимального варианта ИМ и системы кодирования И можно начинать работу по инженерному проектированию средств отображения, позволяющих предъявлять оператору И в требуемой форме. Это же относится и к информационно-логическим маши­нам, для которых необходимо составить алгоритмы обработки И, приведения ее к виду, обеспечивающему восприятие на высоком оперативном уровне.

На всех этапах работы над конструированием ИМ должны совместно работать специалисты ряда обла­стей, связанных с созданием систем управления: системотехники, специалисты по исследованию операций, математики и раз­работчики средств отображения, инженерные психологи, эргоно­мисты.

Предложенный выше порядок намечен лишь в общей форме. Он может меняться в связи со спецификой тех или иных систем управления или в связи с различием функций операторов в одной системе управления. Многое, о чем здесь идет речь, интуитивно учитывается при создании систем управления, но, как правило, далеко не достаточно.