УЧЕТ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ СОЗДАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Забродин Ю. М., Николаев С. А., Козин Н. С.

Психологический журнал 1985, Том 6 № 6. С.60-74

 

 

 ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все более широкое распространение получают автоматизированные системы, создаваемые на базе вычислительных комплексов. Они применяются в научных исследованиях; при автоматизации процессов проектирования, управления, редактирования и обработки текстов, информационного поиска; при организации систем связи и др. Основные направления использования подобных систем рассмотрены в работе [8], где охвачен достаточно широкий спектр задач, от почтовой службы и игровых систем до искусственного интеллекта.

Данный класс автоматизированных систем в инженерной психологии получил название систем «человек — ЭВМ». Необходимость такого выделения в определенный класс вызвана целым рядом специфических особенностей, присущих этим системам. В первую очередь следует отметить те, которые касаются структуры технической части и средств взаимодействия человека с устройствами вычислительной техники. В любой автоматизированной системе принято выделять два основных элемента: техническую часть и человека или группу людей, использующих первую для достижения тех или других целей [5]. Применительно к системам «человек — ЭВМ» понятие «техническая часть» определяет не только устройства вычислительной техники. В это понятие необходимо включать и алгоритмы, в соответствии с которыми осуществляется обработка информации. Указанные алгоритмы и их реализация представляют собой математическое и программное обеспечение (МПО) систем «человек — ЭВМ». Следовательно, структура технической части автоматизированных систем данного класса представляет собой совокупность двух элементов: устройства ЭВМ и МПО.

Взаимодействие человека с устройствами ЭВМ производится с использованием различных формальных языков. Это могут быть языки программирования, описания заданий и текстов, языки запросов и т. п. Совокупность таких языков и языковых средств (тезаурусы, тематические классификаторы) является информационно-лингвистическим обеспечением (ИЛО). Относить ИЛО к технической части системы вряд ли целесообразно. Оно не содержит технических элементов. Поэтому в рамках данной работы ИЛО рассматривается как самостоятельный функциональный элемент системы «человек — ЭВМ». Здесь следует отметить связь, существующую между информационно-лингвистическим и математическим программным обеспечением. Она состоит в том, что первое является средством управления вторым.

Таким образом, в качестве главных специфических особенностей систем «человек — ЭВМ», выделяющих их среди других классов автоматизированных систем, следует отметить наличие в структуре техниче-

 

 


Стр.61 

ской части двух элементов и связанного с МПО информационно-лингвистического обеспечения. Эти особенности во многом определяют и широкие возможности таких систем. Дело заключается в том, что, изменяя МПО и ИЛО, можно на одних и тех же устройствах ЭВМ создавать системы для решения различных задач. В этом и состоит универсальность (гибкость) систем «человек — ЭВМ», позволяющая обработать различные виды информации, что и способствует широкому их использованию.

Системы «человек—ЭВМ» создаются для обеспечения потребностей в информации, возникающей в процессе выполнения той или другой деятельности. Следовательно, в этом случае, так же как и в других автоматизированных системах, комплекс технических устройств является лишь средством расширения возможностей человека по приему, переработке, поиску и хранению информации. При этом сохраняется ведущая роль человека при постановке задачи, оценке результата функционирования технической части, принятии требуемых решений и т. п. Это свидетельствует о том, что деятельность человека в подобных системах является основным, центральным элементом, так же как и в других автоматизированных системах. Следовательно, параметры и характеристики функционирования технической части должны быть согласованы с возможностями человека по восприятию, мышлению, принятию решений и т. д. В противном случае невозможно обеспечить взаимодействие человека и технических устройств с требуемым качеством, а значит, и потребную эффективность системы в целом. Данный вывод логически приводит к необходимости учета человеческих факторов при создании подобных систем, которое зафиксировано в руководящих методических указаниях о построении автоматизированных систем на базе ЭВМ [7].

Проблема учета человеческих факторов при создании автоматизированных систем традиционно относится к инженерной психологии. Связано это с тем, что предметом исследования данной науки является информационное взаимодействие человека и технических устройств, а объектом исследования — собственно человек и его деятельность [5.1. К настоящему времени в отечественной и зарубежной инженерной психологии накоплен достаточно обширный опыт решения указанных проблем. Основные результаты исследований, проводимых в этом направлении, изложены в ряде ГОСТов и монографий. Первые содержат инженерно-психологические рекомендации и требования, обеспечивающие оптимальность взаимодействия человека с техническими устройствами, вторые — методы анализа и синтеза деятельности человека в автоматизированных системах. Однако отмеченные рекомендации и методы разрабатывались в большинстве случаев для автоматизированных систем управления технологическими процессами, энергосистемами, движущимися объектами. При этом изучались лишь некоторые типы систем «человек — ЭВМ» и не рассматривалось все их многообразие. В результате многие факторы, связанные со спецификой этих систем, не анализировались. Поэтому была поставлена задача определения путей использования методов инженерной психологии для решения проблемы учета человеческих факторов при создании систем данного класса. Причем основное внимание было уделено специфическим особенностям, изложенным выше.

Решение поставленной задачи требует прежде всего конкретизации понятия «человеческие факторы» применительно к системам «человек— ЭВМ». В инженерной психологии этим термином обозначают два комплекса параметров и характеристик, которые определяют качество и эффективность деятельности и влияют на эффективность системы в целом. С одной стороны, это параметры средств автоматизации, которые влияют на характеристики психических процессов и функций; с другой — это собственно характеристики психических процессов и функций, участвующих в выполнении деятельности. В узком смысле «человеческие факторы» можно определить как функциональные характеристики субъекта, значимые при выполнении деятельности; в более широком смысле — как объединение описанных выше комплексов характеристик и параметров. Они выявляются в процессе анализа деятельности, а учитываются в процессе ее синтеза. Поэтому конкретизация понятия «человеческие факторы» связана с рассмотрением проблем анализа и синтеза деятельности в системах данного класса.

 

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ В СИСТЕМАХ «ЧЕЛОВЕК — ЭВМ»

Психологические и инженерно-психологические исследования, посвященные проблемам анализа и синтеза деятельности человека в различных автоматизированных системах, имеют достаточно длительную исто-

 

 


Стр.62 

рию. Все они направлены на решение одной конечной задачи — учета человеческих факторов при проектировании и внедрении. Вместе с тем их отличает методическое и методологическое обоснования, на которых они базируются. В настоящее время сформулировалось несколько подходов к рассмотрению указанных проблем, определяющих основные направления исследований.

Один из таких подходов базируется на бихевиористской схеме «стимул — реакция». В самом общем виде его можно охарактеризовать выражением следующего вида:

В = Ф1(H, S, R),                                                                                            (1)

 

где В = {bi} — комплекс параметров, отражающих какие-либо аспекты или особенности деятельности (например, качество, эффективность и т. п.);Ф1—некоторая функция или оператор отображения; Н = {hj} — функциональные характеристики человека (персональные переменные или переменные индивида); S = {Sk} — параметры стимула; R={rl} — параметры реакции или переменные ответа.

В рамках этого подхода основное внимание уделяется изучению связи комплекса параметров В и параметров стимула. Получаемые в результате схемы и модели сводятся к сопоставлению параметров стимулов и реакций. При этом ставится задача отыскания некоторого оператора отображения, описывающего эту связь. Обычно такой оператор ищется в виде матрицы, элементами которой являются персональные переменные или их комплексы. Ограничение изложенного подхода подробно рассмотрено в работах [2, 3]. Поэтому здесь нет необходимости останавливаться на них детально. Достаточно констатации вывода о том, что данный подход не адекватен полностью задачам, решаемым в процессе анализа или синтеза деятельности человека в автоматизированных системах.

Другой подход формально можно описать следующим выражением:

В = Ф2 (L, F, G),                                                                                          (2)

 

где В — см. выражение (1); Ф2 — некоторая функция или оператор отображения; L — {lj} — параметры, описывающие ситуацию взаимодействия человека с технической частью (режим функционирования системы); F — {fk} — характеристики структуры и функциональных свойств технической части системы;. G = {gl} — параметры желаемого результата деятельности.

В этом случае центральным является системообразующий фактор, который организует целенаправленную деятельность. Таким фактором является потребный и предвидимый результат деятельности.

Из сопоставления выражений (1) и (2) следует, что второй подход более предпочтителен, чем первый. Он не ограничивается только описанием связи «стимул — реакция», а требует учета особенностей структуры системы и процессов целеполагания.

Однако при этом на второй план отодвигаются вопросы, связанные с динамикой изменения состояния системы от исходного до потребного.

В настоящее время в Институте психологии АН СССР развивается еще один подход, который во многом преодолевает ограничение первых двух. Он включает идею системного строения деятельности, предполагает ее многоуровневость и иерархичность. Это означает, что человек не только воздействует на элементы технической части, но и отражает результаты взаимодействия, формируя при этом новые цели. Психика рассматривается как система, позволяющая человеку формировать последовательность управляющих действий в соответствии с иерархией целей деятельности. Данный подход можно охарактеризовать следующим выражением:

B = Ф3(U0,Uƒ,ST),                                                                                                   (3)

 

 


Стр.63 

где В — см. выражение (1); Ф3 — некоторая функция или оператор отображения; U0={u0} — комплекс параметров, отражающих исходное состояние системы; Uƒ = {uƒ}—комплекс параметров, отражающих желаемое состояние системы; ST = {stl} — множество возможных стратегий деятельности.

Практическая ценность данного подхода состоит в том, что субъект деятельности управляет событиями, составляющими процесс управления. Это означает, что человек в автоматизированной системе должен решить определенную задачу, заданную в конкретных условиях взаимодействия с технической частью. Смысл этой задачи состоит в изменении состояния от U0 до Uƒ.

Здесь следует заметить, что зависимость (3) не позволяет проводить детальный анализ разнообразных форм конкретной деятельности. Вместе с тем именно общий вид этой формулы дает возможность рассматривать ее как важное связующее звено в различных аспектах анализа многочисленных форм деятельности. Данная зависимость фиксирует объективную сущность деятельности, поскольку общая задача любой деятельности в автоматизированной системе состоит в том, чтобы перевести объект управления из начального состояния в желаемое. При этом управляющие действия человека направлены на удовлетворение тех или иных потребностей.

Связь между начальным и желаемым состояниями представляет собой некоторые реализации элементов множества возможных стратегий деятельности. Эти элементы могут быть проанализированы с точки зрения возможности или целесообразности осуществления. Последнее означает выбор некоторого подмножества множества ST. Такая конкретизация дает возможность для раскрытия принципиальных различий в уровнях анализа деятельности и психологического ее описания. В этом случае ST рассматривается как множество возможных операций над U0:

 

Uƒ = ST (U0).                                                                                                            (4)

При таком подходе оптимальная, или наиболее приемлемая, стратегия является множеством таких элементов stl которые обеспечивают выполнение выражения (4) для всех u0 и uf и соответствуют возможностям человека по выполнению элементов stl Это означает, что оптимальная стратегия определяется следующими факторами:

 

ФОРМУЛА (ВСТАВИТЬ КАК РИСУНОК)                                                                              (5)

 

 

где STopt — наиболее приемлемая или оптимальная стратегия деятельности; 0 — некоторая функция (или оператор отображения), характеризующая влияние возможностей человека на выбор элементов подмножества М, Р; М — {mi} — возможности человека по выполнению элементов множества STopt; P={pj} — свойства и параметры элементов и структуры технической части, а также характеристики, описывающие режим функционирования системы.

Аналогичные описания применяются и в рамках алгоритмических методов описания и анализа деятельности. Однако опыт их практического использования показывает, что они недостаточно полно учитывают субъекта. Вызвано это следующими причинами.

Результаты применения алгоритмических методов воплощаются в двух формах: операциональная структура деятельности и инструкция по ее выполнению. В первой устанавливаются определенные иерархические связи между множеством ST с одной стороны и нормативным алгоритмом — с другой. Это означает сопоставление множеств ST и STopt. Вместе с тем техническая часть по существу связывает mi через pj с

 

 


Стр.64 

stopt. Следовательно, ее можно рассматривать как отображение элементов множества ST в (или на) множество М — задача анализа, либо М в (или на) ST — задача синтеза. Именно анализ и синтез этих отображений составляют основную проблему учета человеческих факторов.

В инструкции по выполнению деятельности записана последовательность действий, которые необходимо выполнить в процессе взаимодействия с технической частью. Инструкция в большинстве случаев рассчитана на некоторую совокупность людей. Поэтому в конкретном анализе общие психологические ограничения, являющиеся базой для инструкции, мало информативны. В результате возникает проблема изучения области возможных вариаций стратегии деятельности и функциональных возможностей человека. Все это вызвано тем, что в рамках алгоритмических методов основное внимание уделяется выделению STopt из ST в соответствии с множествами U0, Uf и мало анализируется зависимость STopt = Ө(M,Р). Решение отмеченной проблемы требует перехода к более детальному описанию деятельности, которое позволило бы рассматривать не только набор состояний системы и возможных операций над ними, но и субъекта деятельности. Подобная возможность обеспечивается выражением

 

ФОРМУЛА (ВСТАВИТЬ КАК РИСУНОК)                                                                                                (6)

 

где все обозначения соответствуют введенным выше.

Выражение (6) является исходным для анализа и синтеза деятельности человека в автоматизированной системе. Дальнейшая его конкретизация возможна лишь при изучении специфики того или другого класса систем. Эта конкретизация заключается в декомпозиции деятельности, направленной на выделение типовых задач и подзадач, а также особенностей их взаимосвязи, и в психологическом анализе, решении типовых задач и подзадач, направленном на разработку моделей, включающих модели как психических процессов, так и психических функций.

Декомпозиция деятельности должна проводиться в соответствии с основными этапами обработки информации в системе, так как указанные выше задачи и подзадачи составляют основное содержание этих этапов.

Выше уже рассматривалась структура системы «человек — ЭВМ». Она включает следующие основные элементы: человека или группу людей (пользователей), устройства ЭВМ, МПО и ИЛО. Функциональная схема, соответствующая такому варианту декомпозиции, представлена на рисунке. Здесь же выделены основные этапы обработки информации в системе.

Этапы обработки информации человеком представлены в верхней части функциональной схемы. Она не претендует на полную завершенность. Основная цель ее разработки заключалась в иллюстративности. Вместе с тем она базируется на функциональных моделях, разработанных ранее в общей, инженерной психологии и психофизике. Совместный анализ таких моделей позволил выделить основные этапы обработки информации человеком, которые могут интерпретироваться как с точки зрения теории психических процессов и функций, так и с позиций разработчиков технической части.

Деятельность человека начинается с формирования иерархии целей, которая соответствует условиям исходной задачи. Последние обозначены на рисунке: А (A = {аi}), где ai — требования и ограничения, определяющие комплекс условий исходной задачи. В общем случае исходная

 

 


Стр.65 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Функциональная схема взаимодействия в системе «человек — ЭВМ»

 

задача может формулироваться конечным пользователем — человеком, не имеющим прямого доступа к устройствам ЭВМ,— либо непосредственным пользователем (в дальнейшем просто пользователем), осуществляющим взаимодействие с этими устройствами. Содержание условий исходной задачи может определяться потребностями в информации, результатами решения предыдущих задач или целями решения последующих (например, ввод информации).

Формирование иерархии целей осуществляется в процессе оперативного мышления, учитывающего опыт, закрепленный в долговременной памяти. В результате формируется наиболее приемлемая (оптимальная с точки зрения пользователя) стратегия взаимодействия с технической частью. Этот этап представляет собой «внутреннюю» подготовку к решению исходной задачи и включает формирование образа-цели и его преобразование в стратегию решения исходной задачи.

Процесс формирования образа-цели можно рассматривать как некоторое отображение условий исходной задачи, которое формально может иметь вид:

 

 


Стр.66 

 C = W1(A).                                                                                           (7)

 

где C = {Ci} множество подцелей деятельности, объединенных в некоторую структуру — образ-цель; W1 — оператор отображения, A — условия исходной задачи.

Вид оператора отображения W1 определяется прежде всего знаниями и навыками пользователя. Это означает, что пользователь должен обладать информацией о том, какими потребностями вызвано формулирование исходной задачи, какими возможностями обладает техническая часть и как он может эти возможности использовать. Таким образом, можно записать:

 

W1 = W1(M,P).                                                                                       (8)

 

Образ-цель представляет собой концептуальную структуру — совокупность понятий и связей между ними. Эта структура отражает условия исходной задачи в понимании их пользователем и характеризует множество желаемых состояний технической части — U0.

Преобразование образа-цели в стратегию деятельности состоит в выборе из множества возможных воздействий на технические устройства некоторого подмножества, которое удовлетворяет образу-цели и возможностям человека по реализации этих воздействий. Это означает, что вначале определяется множество принципиально возможных стратегий, а затем подмножество оптимальных воздействий. Данный этап может быть описан формально в виде

 

 

ФОРМУЛА (ВСТАВИТЬ КАК РИСУНОК)                                                                   (9)

 

где ST — множество принципиально возможных воздействий на техническую часть, которые позволяют осуществить преобразования состояния от (U0 до Uf; STopt — оптимальная стратегия решения исходной задачи; W2 — оператор отображения; Р — множество характеристик, отражающих возможности технической части; М — возможности пользователя.

Данный этап реализуется без непосредственного участия средств автоматизации. Однако, как следует из (9), функциональные характеристики последних оказывают тем не менее влияние на процесс формирования стратегии решения исходной задачи. Это влияние проявляется в зависимости STopt от Р и в сопоставлении Р с М при выборе STopt из ST. Данный вывод означает, что к числу человеческих факторов необходимо отнести характеристики МПО и ИЛО несмотря на то, что на рассматриваемом этапе они явно не используются.

Взаимодействие пользователя с устройствами ЭВМ представляет собой формулирование и ввод сообщений R (сообщений пользователя) с последующей оценкой сообщений системы (S), отражающих результаты обработки информации. При интерактивном (диалоговом) взаимодействии пользователь должен сразу реагировать на cообщения S; при пакетной обработке ответы пользователя формулируются спустя некоторое время. Поэтому для интерактивного взаимодействия к числу человеческих факторов следует относить параметры, характеризующие темп обмена сообщениями между пользователем и устройствами ЭВМ. В качестве сообщений пользователя могут рассматриваться программы, команды, описания текстов, запросы на формальном языке и т. д. Сообщения системы отражают результаты обработки и/или поиска информации, допущенные ошибки, состояние систем и другие виды реакции технической части.

Формулирование сообщений R осуществляется в процессе оперативного мышления. Долговременная память при этом обеспечивает необходимой информацией о возможностях средств описания требуемого состояния технической части, которое необходимо для решения подзадачи.

 

 


Стр. 67

 Использование такой информации представляет собой навыки формулирования сообщений с помощью средств ИЛО и последующего ввода с помощью алфавитно-цифровой клавиатуры или других устройств. При этом человек вначале формирует концептуальную структуру, которая отражает цель решаемой подзадачи. По существу это тот же образ-цель, но в отличие от концептуальной структуры С он отражает не цель деятельности, а цель подзадачи. Поэтому правильнее было бы назвать его «образ-подцель». Далее формируется программа управляющих действий, которая определяет последовательность воздействий на клавиатуру или другие органы управления. Рассмотренный этап может быть описан следующим образом:

 

                       (10)

 

 где W4 — оператор отображения, описывающий преобразование концептуальной структуры Q4 в сообщение R; Q— образ-подцель; R* — моторные акты (управляющие воздействия); W5 — оператор отображения, описывающий преобразование сообщений R в управляющие действия; Н и М — описаны выше.

Из выражения (9) следует, что можно выделить два уровня описания процессов обработки информации на данном этапе: концептуальный (формирование R) и сенсомоторный (реализация R*).

Оценка сообщений S осуществляется в процессе восприятия и оперативного мышления. Роль долговременной памяти заключается в обеспечении оперативного мышления необходимой информацией о способах описания результатов обработки и их отображение соответствующими устройствами. При этом пользователь формирует сенсорно-перцептивный, а затем оперативный образ. Первый отражает сообщения S, а второй представляет собой концептуальную структуру, характеризующую состояние технической части. Этот этап также можно описать с помощью операторов отображения:

 

(11)

 

где S — сенсорно-перцептивный образ; W6 — оператор отображения, описывающий процесс восприятия; — оперативный образ; W7 — oператор отображения, описывающий процесс преобразования сенсорно-перцептивного образа в оперативный.

Таким образом, и этот этап можно рассматривать на двух уровнях.

Основное содержание концептуального уровня обработки информации заключается в кодировании и декодировании концептуальных структур с помощью средств ИЛО. В первом случае (9) — это кодирование, заключающееся в описании образа-подцели с помощью элементов лексики и в соответствии с правилами синтаксиса формального языка, во втором (10) — выбор концептуальных элементов, соответствующих сообщению на формальном языке. Этот вывод дает возможность конкретизировать понятие, «человеческие факторы» применительно к названным этапам. Дело заключается в том, что кодирование и декодирование относятся к процессам принятия решения [9]. Поэтому человеческими факторами на этих этапах является число логических условий и понятий, которые человек должен одновременно удерживать в оперативной памяти при кодировании и декодировании. Кроме того, необхо-

 

 


Стр.68 

димо учитывать ограниченность времени, в течение которого информация может удерживаться в оперативной памяти [1]. Вместе с тем человеческими факторами являются особенности лексики формального языка и его синтаксис.

Второй уровень (сенсомоторный) требует учета таких человеческих факторов, как параметры устройств ввода и отображения информации: яркость, контрастность, конфигурация символов, форма и взаимное расположение клавиш, усиление нажатия и т. д. Инженерно-психологические рекомендации и требования по выбору этих параметров представлены в [9] и ряде ГОСТов, перечисленных там же.

Оперативное мышление занимает центральное место в процессе решения подзадачи. Оно позволяет сопоставить образ-подцель с оперативным образом и сформировать концептуальную структуру, характеризующую сообщения R. Формально по аналогии с (8) это можно описать следующим образом:

 

(12)

 

 

где W8 — оператор отображения, описывающии оперативное мышление; W9 — оператор отображения, описывающий извлечение из долговременной памяти необходимой информации.

В соответствии с выражением (11) особенности оперативного мышления определяются полученными ранее результатами и знаниями, которыми обладает пользователь (Q3). Следовательно, к числу человеческих факторов на данном этапе следует относить форму описания решения предыдущих подзадач и требования по наличию специальных навыков.

Обработка информации техническими средствами автоматизации начинается с анализа сообщений пользователя и заключается в извлечении и/или преобразовании информации, хранящейся в массивах баз данных. Завершается она генерацией сообщений системы. Это может быть анализ запросов, текстов, команд и т. д. Обработка информации заключается в размещении или поиске в базе данных информации. Генерация сообщений системы — перевод с внутреннего языка на формальный. Эти этапы можно описать по аналогии с уже рассмотренными. Так, для анализа сообщений пользователя —

 

N1 = W10(R*),                                                                                              (13)

 

где N1 — коды сообщений пользователя на внутреннем языке системы; W10 — оператор отображения, описывающий процесс анализа сообщений пользователя.

Для этапа обработки информации —

 

(14)

 

 

где N4 — результат обработки информации, представленный на внутреннем языке системы; W11 — оператор отображения, описывающий преобразование; N3 — информация, поступающая из баз данных; N2 — обращение к базам данных; W12 — оператор отображения, описывающий преобразование N2 в N3.

Для генерации сообщений системы —

 

S = W13 (N4),                                                                                               (15)

 

где W13 — оператор отображения, описывающий преобразование резуль-

 


Стр.69 

тата обработки информации с внутреннего языка системы на формальный.

Заключительный этап обработки информации состоит в формировании решения исходной задачи — Res. На этом этапе сопоставляются результаты решения подзадач с иерархией целей.

Представленное описание этапов обработки информации в системе «человек — ЭВМ» позволяет сделать важный, на наш взгляд, вывод: практически все элементы технической части системы и ИЛО оказывают влияние на психические процессы и функции. Влияние функциональных характеристик МПО на качество выполнения деятельности выявляется при сопоставлении выражений, характеризующих обработку информации пользователем и устройствами ЭВМ. Так, ранее отмечалось в выражении (8), что оператор отображения, описывающий процесс формирования образа-цели, зависит от свойств Р. Эта зависимость выражается в том, что иерархия целей формируется с учетом возможностей различных режимов функционирования системы. Под возможностями подразумевается тот набор процедур обработки информации, который реализован в МПО. При формировании образа-цели пользователь оценивает эти процедуры с точки зрения возможного их использования для решения исходной задачи. В выражениях (10), (11) также указана зависимость от Р. Это влияние правил кодирования и декодирования на качество деятельности. Кроме того, выражения (10) и (11) отражают влияние параметров устройств отображения и ввода информации (сенсомоторный уровень).

Таким образом, детальное рассмотрение основных этапов обработки лнформации в системе «человек — ЭВМ» позволило конкретизировать понятие «человеческие факторы» применительно к системам данного класса. Оно определяет функциональные характеристики процедур обработки информации и алгоритмов МПО, структуру, лексику и правила синтаксиса ИЛО, параметры устройств отображения и ввода информации, особенности организации деятельности пользователей, уровень квалификации пользователей.

Другая группа факторов, которые принято называть социально-психологическими (см. [1, 7]), также учитываются данной схемой. По существу это подмножество элементов тi характеризующих некоторые специфические возможности человека по использованию средств автоматизации и определяемых отношением пользователей к внедрению и эксплуатации.

Все человеческие факторы для систем «человек — ЭВМ» можно разделить на две группы: факторы, характеризующие техническую часть, — Р, и факторы, отражающие возможности человека по. использованию средств автоматизации, —  М. При этом следует различать факторы, проявляющиеся на различных уровнях анализа и синтеза деятельности. В системах рассматриваемого класса явно присутствуют три таких уровня: сенсомоторный, концептуальный (или когнитивный), межличностный (или коммуникативный).

Первые два уже были отмечены в данной работе. Третий является необходимым при изучении взаимодействия с устройствами ЭВМ некоторой группы пользователей, объединенных теми или другими средствами коммуникации.

С учетом введенных уровней можно записать:

 

(15a)

 

где F — характеристики структуры системы и параметры организации деятельности (межличностный уровень); T1 — характеристики МПО (концептуальный уровень); Т2 — характеристики ИЛО (концептуаль-

 

 


Стр.70 

ный уровень); G — характеристики устройств отображения и ввода информации (сенсомоторный уровень); V — возможности человека по взаимодействию с другими пользователями с помощью средств коммуникации (межличностный уровень); К1 — возможности человека по использованию процедур обработки информации (концептуальный уровень); К— возможности человека по кодированию и декодированию с помощью средств формального языка (концептуальный уровень); Н — характеристики сенсорных и моторных систем человека, возможности по восприятию и формированию моторных реакций (сенсомоторный уровень) .

Представленная классификация позволяет конкретизировать задачи учета человеческих факторов и методы их решения. Главная проблема анализа и синтеза деятельности человека в автоматизированной системе описывается выражением (6). Причем центральной является зависимость, связывающая STopt с М и Р. В случае анализа деятельности определяется подмножество M*, соответствующее стратегии STopt:

 

(16)

 

где M*— характеристики, отражающие возможности человека по выполнению элементов stopt; Ө* — оператор отображения, определяемый комплексом Р.

В случае синтеза

 

STopt = 0**(М),                                                                                          (17)

 

где Ө** — оператор отображения, определяемый комплексом Р.

С учетом выражений (16), (17) и приведенной классификации человеческих факторов можно определить следующие конкретные задачи анализа и синтеза деятельности пользователей системы «человек — ЭВМ»:

1. Задачи анализа

1.1. Межличностный уровень

(18)

 

 

 

где STopt 1—стратегия межличностного взаимодействия.

1.2. Концептуальный уровень

 

(19)

 

где STopt 2 — стратегия решения исходной задачи.

 

(20)

 

где STopt 3 — стратегия кодирования и декодирования.

1.3. Сенсомоторный уровень

 

(21)

 

где STopt 4 — стратегия сенсомоторного взаимодействия.

2. Задачи синтеза

2.1. Межличностный уровень

 

STopt 1 = Ө**(V),                                                                                                        (22)

 

 

 


Стр.71 

 2.2. Концептуальный уровень

 

STopt 2 = Ө2**(К1),                                                                                     (23)

 

STopt 3 = Өз**(К2).                                                                                         (24)

 

2.3. Сенсомоторный уровень

 

STopt 4 = Ө4**(H).                                                                                      (25)

 

Выражения (18) — (25) конкретизируют содержание понятия «человеческие факторы» для систем «человек — ЭВМ», а также задачи анализа и синтеза деятельности пользователей. 

 

ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ ПО УЧЕТУ ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК — ЭВМ»

Формулировка задач анализа и синтез деятельности пользователя систем «человек — ЭВМ» в виде, представленном выше, позволяет определить методы их решения. Здесь прежде всего следует отметить инженерно-психологическое проектирование (ИПП). Комплекс методов ИПП во многом обеспечивает решение задач, описываемых выражениями (18)—(25). В настоящее время они интенсивно развиваются в отечественной и зарубежной инженерной психологии, так как направлены на достижение главной цели — учета человеческих факторов. Основные этапы, задачи и методы ИПП достаточно полно изложены в работах [5, 9]. Они могут применяться при создании систем данного класса без существенных изменений. Поэтому нет необходимости останавливаться на их детальном рассмотрении. Однако следует отметить, что ИПП основано на сопоставлении лишь некоторых параметров операторов отображения, описывающих основные этапы обработки информации. Как правило, это временные и точностные характеристики. Например, время принятия решения, вероятность безошибочного опознания, точность управляющих действий и т. д. Поэтому, учитывая введенные обозначения, можно сделать вывод о том, что мероприятия и методы ИПП позволяют согласовать характеристики операторов отображения W1—W9 и W10—W13. При этом не учитывается содержание преобразований, описываемых указанными операторами. Это содержание составляют психологические механизмы процессов переработки информации человеком и операции алгоритмов МПО. Следовательно, методы ИПП не позволяют в полной мере обеспечить учет человеческих факторов. Данное замечание касается только систем «человек — ЭВМ» и вызвано прежде всего ролью мышления в деятельности пользователей. Пояснить это можно, используя понятие организации естественных и искусственных потоков информации в автоматизированной системе.

Отмеченное понятие впервые было введено в работе [4]. Организация естественных потоков информации (потоков, генерируемых человеком) определяется физиологическими и психологическими особенностями мозга — механизмами мышления. Искусственные потоки организуются элементами технической части. Поэтому их структура определяется операциями обработки информации, осуществляемыми техническими средствами автоматизации. Чем больше расхождение между организациями этих потоков, тем большее количество преобразований должен осуществить человек для того, чтобы привести их во взаимное соответствие. При этом возрастает число элементов множества ST и повышается их сложность для человека.

Из выражений (10) — (15) следует, что пользователь в процессе деятельности преобразует информацию следующим образом (учитывая преобразования, осуществляемые устройствами ЭВМ):

 

 


Стр.72 

 

 

(26)

 

 

 

 

где Q4— образ-подцель, отражающая условия последующей подзадачи; Q— образ-подцель, отражающий условия предыдущей подзадачи.

Выражение (26) можно записать следующим образом:

 

Q4n= W8 · W7 · W13 · W11 · W10 · W4 · W5 (Q4).                                                                       (27)

 

Выражение (26) означает, что образ-подцель Q4n является результатом преобразования образа-подцели Q4. Причем часть преобразований осуществляет человек WH2 = W8 · W7), а часть — устройства ЭВМ (WM = W13 · W11 · W10). Образы Q4 и Q4n представляют собой концептуальные структуры. Следовательно, операторы WH1 и WH2 описывают соответственно отображение с уровня репрезентации данных техническими устройствами на концептуальный и наоборот. Это означает, что операторы WH1 и WH2 характеризуют, кроме всего прочего, и компенсацию рассогласований между организацией естественного и искусственного потоков информации. Поэтому чем ближе репрезентация данных устройствами ЭВМ к концептуальным структурам, формируемым в процессе мышления, тем проще преобразования, описываемые операторами WH1 и WH2.

Отмеченные преобразования имеют непосредственную связь с оператором WM. Она выражается в том, что необходимость согласования репрезентации данных устройствами ЭВМ с концептуальными структурами логически приводит к необходимости подобия операций по обработке информации психологическим механизмом мышления. Это означает, что можно сформулировать еще одно требование по учету человеческих факторов для систем «человек — ЭВМ». Оно заключается в том, что алгоритмы МПО должны моделировать психологические механизмы мышления

Сформулированное требование приводит к необходимости разработки моделей Мышления, отражающих содержание операторов отображения W1—W9.

Мышление традиционно являлось предметом исследований, проводимых в рамках общей и инженерной психологии. Одна из первых фундаментальных работ в этом направлении была опубликована в 1909 г. [10]. Ее автор в качестве основной особенности мышления выделяет способность к абстрагированию. Пояснить это можно следующим образом. Обозначим факт или конкретные данные через х, существенные аспекты (атрибуты) этого факта — yi, свойства аспектов — zij.С учетом введенных обозначений способность к абстрагированию заключается в том, что в процессе мышления факт х замещается некоторыми аспектами yi, а затем устанавливаются их свойства zij.

Каждый реальный факт имеет бесконечное множество аспектов. Со свойствами, интересующими субъекта, может быть связана только часть из них. В свою очередь множество свойств zij может иметь ассоциативные связи с некоторыми аспектами yi различных фактов х. В процессе мышления производится выборка такого подмножества yi, которое присуще x и имеет ассоциативные связи с подмножеством свойств, интересующих субъекта.

Обычно выделяют два способа формирования уi и zij — «суммацию» и «активный поиск». В первом случае объединяются аспекты факта и относятся к определенному свойству, во втором — отыскивается свойство, связанное с выбранным аспектом.

В более поздних работах теория мышления, представленная в [10], корректировалась и дополнялась. Однако ряд ее выводов остался неизменным. В частности, к ним относятся следующие:

 

 


Стр.73

1. Человек в процессе мышления оперирует не реальными фактами, а некоторыми их аспектами и свойствами аспектов.

2. Выбор аспектов и свойств (понятий) определяется целью решаемой задачи или подзадачи. Это выражается в том, что из всего множества аспектов человек выбирает некоторое подмножество, которое имеет ассоциативные связи с интересующими его свойствами.

3. Формирование понятий осуществляется в процессе мышления двумя основными способами — «суммацией» и «активным поиском».

Изложенные выводы касаются особенностей восприятия текстовых сообщений и переработки информации человеком в процессе мышления. Следовательно, их можно использовать при разработке математических моделей психологических механизмов мышления.

Кроме того, изложенные выводы теории мышления связаны и с проблемой разработки формальных языков — средства взаимодействия пользователя с устройствами ЭВМ. В настоящее время сформировалось два подхода к анализу различных языков, в том числе и формальных. Наиболее полно они представлены в работе [6]. Для первого характерно рассмотрение языка только на одном уровне — «синтаксическом». В рамках этого подхода язык определяется как некоторая система, включающая множество знаков и множество правил оперирования этими знаками. При этом язык представляется в виде структуры, жестко связывающей знак с обозначаемым. Второй подход предполагает наличие двух уровней рассмотрения: «синтаксического» и «концептуального». Основной особенностью второго подхода является рассмотрение языка как системы, включающей множество концептуальных элементов, правил их сочетания и отображения концептуальных структур в синтаксические и наоборот. Предпочтение отдается второму подходу. Причем автор приводит много данных, в том числе полученных в психологических экспериментах, которые свидетельствуют о правомочности такого предпочтения.

Если придерживаться второго подхода, то множество правил формирования концептуальных структур следует рассматривать как психологические механизмы мышления. В свою очередь, правила отображения концептуальных структур в синтаксические и наоборот представляют собой психологические механизмы генерации языковых сообщений и их восприятия (понимания). Таким образом, решение проблем разработки формальных языков с позиций второго подхода требует учета содержания операторов W1—W9, а не только учета их временных и точностных характеристик.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данные, представленные в предыдущих разделах, позволяют сформулировать ряд выводов, имеющих, на наш взгляд, как теоретическое, так и прикладное значение.

Автоматизированные системы рассмотренного класса представляют собой сложные многоуровневые и дорогостоящие технические комплексы, обладающие специфическими особенностями. Они внедряются для решения сложных задач и предполагают подключение к системе больших групп пользователей. Поэтому полный учет человеческих факторов в процессе создания подобных систем должен быть направлен на достижение одной цели, состоящей в следующем. Значительные материальные затраты на проектирование, внедрение и эксплуатацию систем данного класса должны с минимальными издержками обеспечивать эффективное решение задач, на которые они рассчитаны. Для этого необходимо в практической деятельности использовать все возможности, предоставляемые системой.

Полный учет человеческих факторов возможен только на базе методов инженерной психологии. Комплекс инженерно-психологических ме-

 

 


Стр.74

роприятий, которые необходимы при создании систем «человек — ЭВМ», должен включать в себя следующее:

— инженерно-психологическое проектирование, обеспечивающее возможности согласования характеристик операторов отображения, описывающих этапы обработки информации человеком и устройствами ЭВМ;

— анализ психологических механизмов восприятия (понимания) и генерации языковых сообщений с целью разработки математических моделей этих процессов, позволяющих производить инженерно-психологическую оценку формальных языков и формулировать требования к их структуре;

— анализ психологических механизмов мышления и принятия решений, позволяющий разрабатывать математические модели указанных процессов и реализовывать такие модели в виде элементов МПО.

Перечисленные мероприятия выходят за рамки инженерно-психологического проектирования в его обычном понимании. Поэтому комплекс таких мероприятий целесообразно было бы назвать инженерно-психологическим обеспечением разработки и внедрения систем «человек — ЭВМ».

Развитие методов инженерно-психологического обеспечения должно идти по аналитико-синтетическому пути. При этом основой может являться подход, предложенный в настоящей работе. Методы систематического анализа и описания деятельности, ее психологических механизмов должны быть дополнены методами синтеза и моделирования. Результаты таких исследований должны являться базой для инженерно-психологического обеспечения разработки и внедрения систем «человек— ЭВМ».

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Генов Ф., Бушева Ж. Психология управления и барьеры на пути  внедрения АСУ,— В кн.: Методология инженерной психологии. М., 1981.

2. Забродин Ю. М. Проблемы разработки практической психологии.— Психол ж 1982, № 2.

3. Забродин Ю. М., Лебедев А. Н. Психофизика и психофизиология. М., 1977.

4. Забродин Ю. М. Методологические проблемы анализа и синтеза человеческой деятельности.— В кн.: Вопросы кибернетики. М., 1982.

5. Ломов Б. Ф. Основы инженерной психологии. М., 1977.

6. Налимов В. В. Вероятностная модель языка. О соотношении естественных и искусственных языков. М., 1979.

7. Разработка практических рекомендаций по использованию социально-психологических факторов в процессе создания АСУ. М., 1973.

8. Сеппенен И. Систематика автоматизированных информационных и коммуникационных систем. М., 1983, № 1.

9. Справочник по инженерной психологии/Под ред. Ломова Б. Ф. М. 1982.

10. Dewey ]. How we think. N. Y., 1909.