Ь Глава 2

проекта, не анализируют их систематически или не сообщают подробностей о них другим разработчикам, и в результате упускается возможность систематического сравнения альтернативных решений.

В идеальном варианте разработки системы альтернативные конфигурации системы должны были бы разрабатываться ИЧФ, но реально ИЧФ, во-первых, почти никогда не несут ответственности за проектирование подсистем или оборудования и, во-вторых, редко обладают теми инженерными знаниями, которые для этого необходимы, потому что альтернативные решения проекта вначале осмысливаются и принимаются либо отвергаются с точки зрения работы механизмов, а уже потом рассматриваются в свете деятельности персонала.

Поэтому обычно ИЧФ ждет, пока проектировщик не разработает альтернативные решения проекта или рекомендует единственный вариант, а затем рассматривает деятельность оператора в выбранном варианте проекта. В любом случае ИЧФ должен изучить каждый вариант с точки зрения его влияния на персонал и указать проектировщику на его сильные и слабые поведенческие стороны.

В процессе разработки альтернативных вариантов проекта инженер может обнаружить некоторые неопределенности в поведенческих характеристиках, что требует «изучения поведенческих замен». Такое исследование надо проводить, например, в том случае, если для выполнения разведки можно выбирать между пилотируемым самолетом и самолетом с дистанционным управлением (СДУ). Основной вопрос состоит в том, чтобы сравнить точность выдерживания намеченной траектории пилотируемым самолетом или СДУ.

Изучение поведенческих замен — это систематический анализ некой проблемы проектирования в свете информации, полученной из литературы, данных испытаний и т.п. Поскольку проблема довольно серьезная, то допустимо, чтобы ИЧФ выполнил так называемое «быстрое черновое исследование» (не отработанное, не обязательно полностью проведенное), однако в большинстве случаев из-за нехватки времени на формальный эксперимент исследование замен основывается на экстраполяции уже существующих данных.

Проанализированные альтернативные проекты подвергаются формальным процедурам количественного сравнения. Эти процедуры могут включать парные сравнения, основанные на весовых критериях [23]. Имеются также компьютерные методы по отбору оптимального проекта [31]. Поскольку эти методы весьма сложны, ими пользуются нечасто [53]. Сравнение альтернативных вариантов проекта и выбор одного из них проектировщиком являются в некотором отношении интуитивными процес-

^ _____ Проектирование, разработка к испытание систем ________77

сами, хотя оии и могут выполняться путем согласования (в рамках проектировочной группы).

Выбор окончательного варианта проекта зависит от ряда критериев, среди которых соответствие системы требованиям ЧФ учитывается лишь в последнюю очередь. В одном из исследований [32J проектировщиков попросили расположить по степени важности такие критерии, как работоспособность персонала, надежность и эффективность системы. ЧФ был поставлен последним. И все же ЧФ в выборе проекта играют «исключительную» роль; так, например, в директиве 5000.1 МО [5] он рассматривается как принудительный фактор для проектировщика, т.е. любая конфигурация, в которой оператор не может функционировать, конечно, совершенно исключается (например, если не допускается, чтобы оператор поднимал вручную больше 30 кг, то любая конфигурация, в которой этот параметр завы-шеи, будет исключена, если альтернативные конфигурации в других отношениях равны). Но ни в коем случае конфигурация не принимается только потому, что она лучше с точки зрения ЧФ.

Описание/идентификация задачи рассматривается в т. 4, гл. 4, поэтому наше изложение этой деятельности сокращено, несмотря на ее огромную важность (см. также [31]). Описание/идентификация задач требует перечисления для каждой функции в каждом альтернативном варианте проекта всех последовательных действий (задач), которые должны быть выполнены для реализации функции. Это по существу таксономическая оценочная классификация. Поскольку идентификация задач является оценочной (т.е. связана с отбором вариантов), ohj довольно проста. Главная трудность для ИЧФ — определение уровня детализации, иа котором задача должна описываться [например, на уровне личного контроля или работы с индикатором («считывание показаний») либо на более высоком уровне («определение того факта, что температура находится в заданных пределах»)]. Сама по себе идентификация задачи не оказывает реального влияния на проектирование. Возможность повлиять на проектирование появляется только тогда, когда задачу анализирует ИЧФ.

На этапе «Анализ задач» ставятся вопросы по описанию задач. ИЧФ отбирает те задачи, которые должны быть проанализированы (решающие, сложные, предъявляющие к оператору большие требования и т.п. задачи). Задачи анализируются с точки зрения поведенческих факторов при проектировании оборудования, расстановке людей, отборе и тренировке персонала, испытаниях и анализе. Полный список вопросов, которые могут быть поставлены, есть в работе [31]. Несмотря на важ-ррсть для ЧФ, анализ задач, по моему опыту, не оказывает осо-

78 Глава 2

бого влияния на проектирование оборудования, потому что ои ничего не дает для характеристик проекта. Однако анализ задач позволяет ИЧФ заранее предвидеть затруднения в деятельности оператора, которые могут помешать работе системы, включая ситуации, вызывающие чрезмерную рабочую нагрузку, высокую вероятность ошибки и т. д. Если такие ситуации обнаружены, ИЧФ исследует их в дальнейшем вместе с главным конструктором, чтобы обеспечить решение проблемы или по меньшей мере обратить внимание проектировщиков на эту проблему. Вопросы расстановки людей, отбора и подготовки персонала не оказывают прямого воздействия на первичный проект.

Кульминация этого аналитического процесса — применение анализа проектирования системы человек — машина (эргономических принципов проектирования) к интерфейсу человек — машина (ИЧМ), которым обычно бывают пульт управления, приборная панель или рабочий пункт. Эти принципы проектирования подробно описаны в работе [51].

2.6.3. Детальный проект

Детальный проект — это продолжение аванпроекта: продолжается анализ аванпроекта. но на более детальном уровне оборудования, а не на уровне система/подсистема. На этапах аванпроекта и детального проекта ИЧФ в первую очередь занят просмотром чертежей оборудования ИЧМ в свете их соответствия «хорошим» эргономическим принципам (например, MIL-STD 1472C [9]). Это не то же самое, что анализ и оценка альтернативных вариантов проекта, выполнявшихся во время распределения функций в аванпроекте. Эти варианты описываются в свете того, как будет функционировать _чмодсистема; они находятся на значительно более общем уровне, чем уровень ИЧМ, с которым мы имеем дело в детальном проекте и который характеризует работу оборудования.

Чертежи проекта, которые описывают ИЧМ, — это так называемые чертежи «верхнего уровня», представляющие «поверхность» оборудования, которую оператор видит как особым образом расположенные средства управления и индикаторы. Это и есть ИЧМ для оператора. Имеется еще и другой ИЧМ для ремонтника, который описывает внутреннее устройство компонентов, взаимодействие схем, доступность к компонентам, размещение контрольных точек и т.д. Соотношение между подготовкой оператора и контрольно-индикаторным оборудованием в основном понятно (хотя пока количественно не оценено). Соотношение между внутренней структурой оборудования и подготовкой ремонтника довольно сложное и неясное, потому что

Проектирование, разработка и испытание систем

не существует поэтапной процедуры анализа этой структуры с целью определения причин неполадок. Чаще всего ИЧФ оценивает по чертежам внешний ИЧМ и не знает внутреннего ИЧМ для ремонтника, хорошо знакомого с особенностями своей работы. В этом не стоит обвинять ИЧФ. Просто внутренний ИЧМ гораздо более сложен, чем внешний ИЧМ, и имеющиеся исследования очень мало помогают ИЧФ.

Оценка чертежей — это оценка свойств. Свойства, оказывающие отрицательное влияние на деятельность оператора, должны отвергаться. Проблема оценки свойств заключается в том, чтобы определить, какие характеристики ИЧМ важны для деятельности персонала. ИЧМ имеет много характеристик, среди кбто-рых величина, форма, вес, цвет, число органов управления, индикаторов, контрольно-индикаторных устройств. Некоторые из этих характеристик более важны, чем другие. Насколько нам известно, ИЧФ не делали попыток согласовать шкалу приоритетности этих характеристик, вероятно, потому, что никогда не изучалось влияние большинства из них на деятельность оператора.

Помимо указания на важность необходимо, чтобы характеристики ИЧМ распознавались. Некоторые характеристики оборудования очень трудно распознать, даже если оцениваемый элемент системы трехмерный. Пример — динамические характеристики дисплея: частота видеокадров и количество переданной информации. Их наблюдать нелегко, поскольку они в большой мере являются перцептивно-когнитивными.

Значительная часть информации, которую ИЧФ пожелает извлечь из чертежей, может лишь подразумеваться. Например, тот факт, что на чертеже указаны индикаторы, заставляет предъявлять требования к процессам наблюдения, но в них не указано, что именно подлежит наблюдению.

Чертежи должны дополнять другие источники информации, такие, как расчеты и спецификации.

Разработка чертежей оборудования начинается на ранних этапах проектирования и продолжается после неформальных и формальных пересмотров проекта до тех пор, пока чертежи не -запускаются в производство. Пересмотры производятся тогда, когда рассматриваются, проверяются и уточняются альтернативные варианты проекта.

Оценка чертежа ИЧМ начинается с формальной процедуры описания того, как ИЧМ будет использоваться, и/или с формирования грубой мысленной модели его работы. Просматривая план приборной панели, ИЧФ ставит следующие вопросы: расположены ли органы управления и индикаторы в соответствии с последовательностью операций (что является наиболее желательным условием, потому что оно облегчает обучение и выпод-

8б Глава й

нение работы); если расположение органов управления и индикаторов не соответствует последовательности операций, отвечает ли оно частоте, с которой применяют органы управления или считывают информацию с индикаторов; какова относительная важность органов управления и индикаторов; все ли органы управления, относящиеся к одной и той же функции, расположены вместе и т. п. В итоге ИЧФ определяет влияние данного проекта на деятельность оператора.

Существует много вопросов, касающихся ИЧМ. Например, контрольный список вопросов по ИЧМ, составленный на основе MIL-STD 1472C [9], содержит сотни пунктов. К каждой относящейся к ЧФ характеристике оборудования может возникнуть хотя бы один оценочный вопрос. Из практических соображений на этом этапе проектирования большинство ИЧФ не делают оценок. Вместо этого они, просматривая чертежи, фокусируют свое внимание на нескольких решающих аспектах, которые могут меняться от оборудования к оборудованию в зависимости от его назначения.

Мейстер [31] дает список из 20 входных и выходных данных и физических характеристик приборной панели, которые могут привести оператора к ошибке. Они включают такие характеристики, как быстро сменяющаяся информация на индикаторе, требования координации работы с другими операторами, большое число органов управления и нагромождение индикаторов. ИЧФ должен думать о всех нежелательных аспектах работы, хотя их влияние на действия оператора точно не известно.

ИЧФ должен определить, что не только существует какое-то несоответствие требованиям к проекту, но и что его влияние на деятельность оператора будет отрицательным. ИЧФ не должен касаться тривиальных вопросов, потому что проектировщик их автоматически отбросит. Это обстоятельство требует, чтобы ИЧФ определил, во-первых, влияние несоответствующей характеристики ИЧМ на деятельность оператора (например, будет ли оно часто вызывать ошибки) и, во-вторых, влияние такой деятельности оператора на функционирование подсистемы, частью которой является оператор. ИЧФ трудно дается первое определение, потому что у него нет количественной базы данных, соотносящих характеристики ИЧМ с деятельностью. По этой причине оценка ИЧФ чертежей в значительной степени является интуитивным процессом и, следовательно, неудовлетворительна.

Итоговые оценки ИЧФ сводятся к ряду качественных суждений о том, что те или иные характеристики неудовлетворительны. (Намного легче определить отрицательные свойства ИЧМ, чем положительные.) Если применяется формальный контрольный лист, то можно подсчетом положительных и отрицательных

________ Проектирование, разработка и испытание систем8>

характеристик получить количественную оценку оборудования, но такой подсчет не представляет ценности и почти никогда не делается.

Поскольку на ранних этапах проектирования системы часто отсутствует детальный анализ рабочих процессов или задач и кет данных о вероятностях ошибок, связанных с характеристиками оборудования, оценка чертежей проекта строится только на воображении н способностях ИЧФ, особенно когда ИЧМ сложен. Нет эмпирических данных о согласованности оценок ИЧФ чертежей во время разработки системы и нет способов оценки обоснованности сделанных выводов, за исключением оценок, которые делаются в контрольном (а значит, искусственном) эксперименте. В работе [32] пяти «экспертам» представили чертежи девяти пультов управления и они оценивали их, используя данные контрольного листа; согласованность оценок экспертов оказалась невысокой.

Как было указано в начале главы, значительная проблема оценки проекта — ее своевременность. В ходе разработки проекта ИЧФ должен периодически проводить проверки качества проектирования ИЧМ.

Оценка проекта чаще всего бывает неформальной и требует присутствия ИЧФ у чертежной доски проектировщика и устных комментариев по чертежу. Недостаток такого способа оценки состоит в том, что не ведется запись комментариев. Подобная оценка всегда должна сопровождаться служебной запиской проектировщику. Рецензирование проекта, напротив, является очень формальной процедурой, выполняемой всеми членами группы проектирования. Рецензирование проекта происходит периодически, через определенные промежутки времени (например, раз в неделю, в две недели или в месяц). Может также проводиться ревизия через более длительные интервалы времени с участием представителей заказчика. Важность ревизии проекта состоит в том, что она дает возможность своевременно выявить недостатки проектирования.

Как отмечалось выше, граница между аванпроектом и детальным проектом четко не определена, и большинство оценок ЧФ продолжает выполняться на более детальном уровне. На этапе детального проекта ИЧФ участвует в испытаниях. Хотя испытания для получения рабочих характеристик могут в ограниченном объеме проводиться уже во время аванпроек-та, но только на этапе детального проекта они становятся действительно важными. Испытания проводятся в трех формах: испытания на полномасштабном макете, испытания в ходе разработки и рабочие испытания (РИ). Здесь эти вопросы рассматриваются неполно, поскольку они подробно излагаются в т. 3, гл. 1.

82 Глава 2

Макеты. Самые распространенные типы полномасштабных макетов — статические и функциональные макеты. Статическим полномасштабным макетом для ИЧФ обычно бывают пульт управления, приборная доска или кабина самолета. Может макетироваться и полный рабочий пункт, состоящий из одной или нескольких приборных панелей и другого оборудования.

Статический полномасштабный макет изготавливается из фанеры, пенопласта и других простых материалов; органами управления и индикаторами, которые он содержит, могут быть рисунки на бумаге или настоящие компоненты. Обычно макет изготавливают так, чтобы можно было переводить тумблеры н положения «включено» и «выключено», но возможности статического полномасштабного макета весьма ограничены: его нельзя даже запрограммировать, чтобы продемонстрировать функционирование оборудования.

Функциональный полномасштабный макет может выполнять функции различной сложности: от демонстрации заранее запрограммированной последовательности операций на оборудовании до обычных операций с использованием микрокомпьютеров; последнее делает макет этого типа почти неотличимым от устройства, называемого имитатором.

Модель в уменьшенном масштабе часто используется для имитации снимаемых с самолета площадей (пример — сканирование видеокамерой поверхности в масштабе 1/10), но она может применяться и для некоторых менее сложных видов моделирования (например, расположения оборудования) [42].

Для ИЧФ полномасштабный макет по существу является инструментом, который помогает ИЧФ проводить ограниченные испытания ИЧМ. В работе [4] рассмотрены возможные применения полномасштабных макетов. Среди них — демонстрация концепций проекта дирекции и заказчику; исследование ИЧМ; изучение доступности отдельных узлов и агрегатов при ремонте и эксплуатации: помощь при проектировании монтажных работ, оборудовании помещений и прокладке кабелей; отработка операций монтажа и обслуживания; использование в качестве тренажера при обучении персонала.

Статический полномасштабный макет популярен у ИЧФ ввиду относительной дешевизны. Его легко можно переделать в соответствии с изменениями в проекте. Если эти изменения довольно крупные, как при переходе от одного прототипа к другому, то легко построить другой полномасштабный макет. Чем больше функций имитирует полномасштабный макет (чем ближе его характеристики к характеристикам рабочего оборудования), тем он дороже. Эта стоимость обычно не входит в бюджет разработки, если только полномасштабный макет не тре-

________ Проектирование, разработка и испытание систем83

бует инженерной разработки (в этой связи желательно, чтобы стоимость программы ЧФ входила в стоимость всей разработки).

Можно использовать полномасштабный макет в качестве трехмерной модели и выполнить с его помощью необходимые эргономические оценки, а также поместить кого-нибудь внутрь его или рядом и попросить его выполнять предложенные задачи (такие, как переключение тумблеров), как требуется в рабочем процессе. Если полномасштабный макет включает оборудование, которое необходимо проверить обычным способом, то ИЧФ может попросить оператора найти какие-то компоненты, нащупать уплотнения, соединить или разъединить кабели, снять и вновь поставить на место крышки и т. п.

Примеры использования полномасштабного макета приведены в работах [15, 22, 19, 49, 12].

Полномасштабный макет в том виде, в каком он здесь описан, представляет технические средства. Макет программного обеспечения выглядит совершенно иначе. Чтобы сравнить альтернативные варианты программного обеспечения, необходимо разработать программу для каждого варианта. Разработанные программы могут быть проверены на компьютере. Если в процессе проектирования альтернативные программы не разрабатывались, надо отлаживать одну, выбранную для данного проекта программу. С этой точки зрения макетные испытания программного обеспечения по существу связаны с разработкой программ. Поэтому такие испытания могут выполняться скорее как обычная часть разработки компьютерной системы, без специальных испытаний по ЧФ.

Текущие испытания. МО [17] определяет, что во время разработки должны проводиться текущие испытания (ТИ и О — текущие испытания и оценка). ТИ и О требуются для всех программ и выполняются на следующих четырех главных этапах разработки:

1. ТИ-1 проводятся на этапе планирования для поддержки решения о переходе к аванпроекту. Они состоят главным образом из анализа и исследований, нацеленных на определение роли ЧФ и их учета в требованиях к системе.

2. ТИ-П проводятся на этапе детального проекта для поддержки решения о полномасштабной инженерной разработке. Их цель — продемонстрировать, что моменты риска, связанные с проектом, определены и сведены до минимума. Обычно ТИ-П проводятся на уровне подсистема — компоненты.

3. ТИ-Ш проводятся на этапе полномасштабной инженерной разработки для поддержки решения о первом крупном производстве. Они служат для проверки того, что рабочие характери-