Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Принцип активного оператора в инженерной психологии

Инженеры, создающие новую технику, делают все, что в их силах, чтобы необходимые для управления ею сведения отражались в показаниях приборов. Но как будут восприняты показания оператором, учитывается не всегда, да это и невозможно учесть, не зная закономерностей восприятия, внимания, памяти, мышления, динамики психических состояний человека. Так, уже в саму систему управления «закладывается» возможность ошибок человека-оператора. Очевидно, человеческий фактор необходимо принимать в расчет с самого начала, на первых стадиях проектирования системы. На решение такой задачи и нацелена инженерная психология, изучающая процессы информационного взаимодействия человека и машины.

АНТРОПОЦЕНТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК — МАШИНА»

На первых порах общую схему системы «человек-машина» представляли себе так. Есть некий объект управления. Все изменения в нем улавливаются датчиками, сигналы от них передаются на приборы, за которыми наблюдает человек. Человек воспринимает показания приборов, расшифровывает эти показания и выполняет то или иное действие. Сигнал, возникающий в результате реакции оператора, поступает к управляемому объекту, изменяя его состояние. Новое состояние объекта вызывает новые сигналы и т. д. В такой схеме человек рассматривался как более или менее простое звено, и его поведение не выходило за рамки известного бихевиористского принципа «стимул—реакция». Основной задачей было «вписать» человека в контур технической системы управления. Исходя из этого, оператора описывали то как частотный фильтр, то как линейный низкочастотный усилитель и стремились прежде всего определить его «входные» и «выходные» характеристики, отыскивая по преимуществу их абсолютные значения, не зависящие от конкретных условий деятельности.

Это был машиноцентрический подход («от машины — к человеку»), при котором симплификация (от лат. simplex — простой) труда рассматривалась как основной путь согласования техники с человеком. Такой подход в своей методологической основе напоминал систему Тейлора, на которую в начале века ориентировалось конвейерное производство. В ходе исследований, проводившихся в русле машиноцентрического подхода, были получены некоторые полезные результаты. Однако все они связаны главным образом с частными вопросами определением оптимальных размеров и форм шкалы, поисками удобного начертания букв и цифр, со всем тем, что больше касается отдельных особенностей восприятия, нежели всей совокупности факторов, влияющих на реальное управление реальными машинами.

С развитием инженерно-психологических исследований стала все больше обнаруживаться ограниченность машиноцентрического подхода: то, что получалось в эксперименте, далеко не всегда получало подтверждение в практических условиях; то, что происходило на практике, не укладывалось в машиноцентрические схемы. Определяя, например, «пропускную способность» человека, т. е. скорость, с которой он перерабатывает информацию, его рассматривали как звено, выполняющее функцию канала связи. Но оператор не всегда ведет себя так, как полагалось бы каналу связи. На «пропускную способность» человека влияют и характер мотивации, и эмоциональное состояние, и уровень работоспособности, и опыт, и множество других «переменных». Выступая в роли звена системы, человек остается человеком со всем присущим ему многообразием свойств. А раз так, то задачу исследования человека как оператора, и только как оператора, следует заменить задачей исследования оператора как человека.

Все эти соображения привели к пересмотру схемы системы «человек—машина». Стал формироваться новый, антропоцентрический подход к ее анализу («от человека — к машине»), опирающийся на понимание взаимоотношений человека и машины как взаимоотношений субъекта и орудий (средств...) труда. С позиций такого подхода, принятого в советской инженерной психологии с самого начала, главным в описании системы «человек-машина» стала деятельность человека, рассматриваемая как основная составляющая процесса управления, структуре и целям которой подчинены все прочие элементы системы.

В рамках антропоцентрического подхода схема системы «человек-машина» выглядит следующим образом. Есть некий объект управления. Цель деятельности человека состоит в том, чтобы перевести объект из одного состояния в другое или, напротив, поддерживать заданное состояние объекта, преодолевая внешние возмущения. На основе имеющейся информации человек формирует образ того состояния объекта, которое должно быть достигнуто. Воспринимая сигналы, поступающие от системы отображения информации, человек оценивает текущее состояние объекта, сличает с этим образом, анализирует возможные способы деятельности, принимает решение и выполняет управляющее действие, в результате которого изменяется состояние объекта. Информация об этом изменении передается оператору. Он оценивает, достигнута ли цель, и в зависимости от оценки либо выполняет новое управляющее действие, либо не совершает его.

Человек в этой схеме — по-прежнему звено системы, но звено особого рода, организующее всю систему и направляющее ее на достижение определенной, им же самим заданной цели. Именно человек определяет цели и частные задачи, выполняет управляющие действия и оценивает полученные благодаря им результаты. Технические же устройства, какими бы они ни были, это всегда лишь средства, которыми пользуется человек.

Рассмотрим в качестве примера систему «летчик—самолет», наиболее обстоятельно изученную инженерной психологией. Именно на этой системе раньше всего отразились все пороки неупорядоченного информационного взаимодействия, что и заставило конструкторов еще на заре развития сверхзвуковой авиации обратиться за помощью к психологам. Специфика системы «летчик—самолет» заключается в том, что человек управляет сложным объектом, перемещаясь вместе с ним и испытывая на себе физические воздействия, связанные с изменением параметров среды. При этом взаимодействие летчика с самолетом осуществляется не только через приборы, но и непосредственно: вестибулярные, мышечные и другие ощущения дают пилоту дополнительные, а иногда и основные сведения о режиме полета.

Но специфика системы «летчик—самолет» этим еще не исчерпывается. Степень автоматизации процессов переработки информации и управления в этой системе может в течение одного полета претерпевать значительные изменения, причем в случаях отказа автоматики летчику приходится переходить на способы ручного управления и переходить без промедления. Все это делает систему «летчик—самолет» на редкость удобной моделью для изучения влияния автоматизации на активность человека-оператора, позволяет сравнивать уровень этой активности в автоматизированном и ручном режимах пилотирования и судить о зависимости от нее эффективности и надежности работы.

Но может ли при таких тесных связях с управляемым объектом сколько-нибудь серьезно снижаться уровень активности человека? В том-то и дело, что связи эти из-за внедрения автоматики ослабевают самым катастрофическим образом. Управляя самолетом вручную, летчик не только воздействует на рули, но и непрерывно воспринимает поток мышечных импульсов, которые вместе с визуальными сигналами информируют его о поведении самолета и о результатах собственных движений. Все это и позволяет летчику ощущать свою слитность с самолетом и составляет основу того, что пилоты называют летным чувством. При переходе же на режим автоматического управления двигательный анализатор летчика остается без работы. Происходит сенсорное обеднение той сложной нейродинамической системы, которая занимается сличением, предвидением и выработкой коррекции, привычный механизм обратной связи утрачивает ведущее значение, а с ним утрачивается и готовность человека к эффективному выполнению своей основной функции в режиме автоматического полета — функции резервирования.

В специальных экспериментах было установлено, например, что через полчаса после начала автоматического полета летчик тратит на обнаружение значимых отклонений на приборах в пять—десять раз больше времени, чем через полчаса после начала ручного пилотирования. И во всем виновато выключение двигательного анализатора.

В ручном режиме управление самолетом находится в постоянной зависимости от процесса переработки информации пилотом, процесс этот вовлечен в единую структуру сенсомоторных действий, которые при соответствующем летном навыке протекают непроизвольно. В автоматизированном режиме контролирование показаний приборов превращается в самостоятельное действие, которое должно регулироваться волевым усилием, специальной постановкой цели. Такая деавтоматизация навыка в условиях дефицита времени чревата неприятными последствиями. Управление самолетом стало настолько сложным, что без автоматики уже не обойтись. Раньше при заходе на посадку летчику приходилось непрерывно контролировать пять-шесть параметров полета, переводя взгляд с прибора на прибор до двухсот раз в минуту, да еще выполняя при этом массу специальных.расчетов. От этой тяжкой и, естественно, не всегда безошибочной работы пилота освободили интегральные директорные приборы, на которые бортовое вычислительное устройство выдает летчику готовую команду: делай то-то и то-то. Взгляд его больше не мечется по приборам, а устремлен на директорные индексы. Однако все в порядке, пока автоматика работает бесперебойно и не ошибается. Но вот из-за отказа вычислителя директорный прибор начинает выдавать ложные команды, противоречащие показаниям пилотажных приборов. Приборы эти находятся тут же, рядом с директорными индексами, но летчик не видит их показаний, не желает видеть — он просто заворожен своим автоматическим командиром. Заворожен потому, что в деятельности летчика произошла подмена цели. Прежде, когда он осуществлял ручное управление, цель состояла в том, чтобы выдержать режим полета, обеспечить соответствие текущих параметров заданным. Теперь же она свелась к тому, чтобы выдержать заданное положение директорных индексов. Тот оперативный образ полета, который регулировал действия летчика, исказился до неузнаваемости, и из активного звена системы он превратился в пассивное. Активным звеном стал директорный сигнал.

В конце концов летчик понимает, что автоматика вводит его в заблуждение. Но сколько драгоценных секунд уходит на то, чтобы правильно оценить ситуацию и принять решение, скольких усилий стоит летчику восстановление той психологической активности, без которой невозможно эффективное ручное пилотирование!

Передача автоматике управляющих функций на сложных этапах полета неизбежна. Но неизбежно ли снижение активности летчика? Неужели нельзя компенсировать нехватку информации, из-за которой это снижение происходит? Прежде всего можно сделать так, чтобы о неблагополучии в системе сообщал особый сигнал. Но не всякий сигнал даст желаемый эффект, выбору сигнала должны предшествовать тщательные психологические исследования.

На специальном имитаторе были изучены два варианта сигнализации об отказах автоматики. В первом на особом табло зажигались лампочки с надписью, отсылавшей летчика к прибору, по которому следовало контролировать режим и переходить на ручное управление. Во втором варианте лампочки с теми же надписями были встроены в те приборы, к которым отсылала надпись. Этот вариант оказался эффективнее первого. Почему? Сигнальное значение обоих вариантов одинаково, а время, истекшее до начала правильной двигательной реакции, было различным. Анализ движений глаз летчика показал, что при первом варианте он переводит взгляд на пилотажный прибор не сразу, а через директорный прибор. Взгляд перенесен, но пилотажный прибор еще молчит: из-за своей инерционности он не может выдать летчику необходимую для управления информацию одновременно с появлением сигнала. И вместо того чтоби дожидаться ее, летчик, как бы не поверив глазам, снова обращается к табло, окидывает взглядом другие приборы, затем начинает вмешиваться в управление, но не целенаправленно, а пробными движениями, словно проверяя правильность сигнала. Движения же эти только увеличивают отклонение от режима полета.

Иначе обстоит дело, когда сигнал отказа объединен с практически полезным. Это резко снижает интенсивность поисковых движений глаз, а число и длительность пробных движений сокращаются по сравнению с первым вариантом в три раза. Объединение не только экономит время на поиски, но и уменьшает потребность в дополнительной информации, помогает быстрее и вернее осмыслить сигнал, уменьшает операционную напряженность перехода от контроля к управлению. Летчик не совершает хаотических проб, а спокойно ждет развития ситуации — появления на приборе сигналов рассогласования и лишь после этого принимает решение. Благодаря совмещению в одном индикаторе двух сигналов повышается готовность летчика к действию и надежность действия; уровень активности пилота оказывается адекватным стоящей перед ним задаче.

Не меньшую пользу приносит и организация совместного управления, когда летчик работает вместе с автопилотом. Благодаря автоматике летчик не так загружен пилотированием, как при ручном полете, но развитие событий не выходит из поля внимания пилота. Он может сравнительно надолго отрывать взгляд от пилотажных приборов, но ни качество пилотирования, ни качество выполнения дополнительных задач (например, поиска наземных объектов) от этого не страдает. И готовность летчика перейти в случае необходимости к ручному управлению не снижается, ибо структура информационного взаимодействия в системе «летчик—самолет» при совместном управлении остается почти такой же, как и при ручном. Периодическая коррекция работы автопилота сохраняет нейродинамическую зрительно-проприоцептивную связь, необходимую для построения управляющих воздействий, поддерживает то активное состояние организма, которое необходимо для эффективного вмешательства в процесс и которое А. А. Ухтомский удачно называл оперативным покоем.

Это состояние было исследовано в целой серии экспериментов. Измерения показали, что на протяжении всего совместного полета у летчика сохраняется высокая «мышечная бдительность», постоянная готовность двигательного анализатора к действию. Об общей активности летчика свидетельствовала и устойчивость восприятия приборной информации: структура и частота перемещений взгляда с прибора на прибор на 60-й минуте полета была такой же, как и на 10-й. То, что за активностью перемещений взгляда кроется общая активность психических процессов, в первую очередь восприятия и внимания, подтверждает следующий эксперимент. На 30-й минуте смешанного полета экспериментаторы без ведома летчиков вводили отказы указателя скорости. Все пилоты без исключения обнаруживали изменения в показаниях прибора за время не более 5 с. Когда же аналогичные отказы вводились при полностью автоматическом полете, их обнаружение затягивалось до 160 с.

Активность человека, выполняющего в системе «человек—машина» функцию резервирования, можно повысить и соответствующей подготовкой. Если у оператора нет четкого представления о принципах работы автоматических устройств, с которыми он работает, в его отношении к ним может развиться либо излишняя настороженность, приводящая к стремлению обойтись без них даже там, где они явно могут помочь, либо благодушная уверенность в их непогрешимости. Неумение оценить возможности автоматики, особенно в ситуациях, не предусмотренных программой, неоправданное сужение или расширение сферы ее применения порождают у оператора неуверенность в своих силах, повышенную напряженность и преждевременное утомление.

Психологи Н. Д. Завалова и В, А. Пономаренко, много лет занимающиеся исследованием системы «летчик—самолет», предприняли попытку повысить активность летчика в специальном «обучающем» эксперименте. Летчикам разъяснили принципы формирования интегрального директорного сигнала, демонстрировали относительную независимость показаний директорного индекса и справочных сигналов, анализировали вместе с пилотами признаки отказа вычислителя и автопилота. Перед летчиками ставилась сложная задача — обнаружить и опознать отказы разного вида и, если это возможно, использовать для управления исправные компоненты автоматики. Такое обучение сняло укоренившуюся было установку на то, что автоматика только упрощает работу и снимает ответственность человека за полет, и привило летчикам уверенность в своей способности в любом случае взять управление на себя. Зная, как устроена и как работает система автоматического управления, летчики с успехом дифференцировали разные виды отказа и, вместо того чтобы, чуть что, сразу отключать автоматику, как это бывало прежде, старались при частичных отказах использовать те ее звенья, которые продолжали исправно работать. Благодаря этому точность заданных маневров при отказах повысилась в полтора—три раза.

ПРИНЦИП АКТИВНОГО ОПЕРАТОРА

На основе многочисленных экспериментов в советской инженерной психологии был сформулирован принцип активного оператора: при распределении функций между человеком и автоматом нужно всемерно добиваться того, что-бы человек был не пассивным придатком машины, а выполнял бы активную роль. Этот принцип органично вытекает из антропоцентрического подхода к системе «человек-машина», который в противоположность подходу машиноцентрическому направлен не на симплификацию труда, а на гуманизацию техники, на то, чтобы максимально приспособить ее к человеку.

Чем полнее проектировщикам удается реализовать принцип активного оператора, тем выше качество работы системы. Какой бы оптимальной с психологической точки зрения ни была сигнализация об отказах, она не решит проблемы, если оператор не будет знать о тенденциях в поведении управляемых объектов, если он не будет чуть-чуть впереди событий. Совершенно очевидно, что принцип этот, как и антропоцентрический подход вообще, восторжествует тогда, когда всякая система «человек—машина» будет плодом самого тесного сотрудничества инженера и психолога. Сегодня при создании новой системы или при реконструировании старой психолог чаще всего выполняет роль консультанта. Но даже в том случае, когда психолог выступает как полноправный соавтор, дело в конце концов сводится к тому, чтобы наилучшим образом организовать обслуживание техники. В проект вносят поправки, иногда существенные; бывает, конструкторы, знакомые с идеями и рекомендациями инженерной психологии, реализуют их еще на стадии эскиза, но все это дает лишь половинчатый эффект, лишь приближает к оптимуму, ибо речь идет по преимуществу о проекте техническом, о проектировании машины. Между тем подобно тому как инженер проектирует технические устройства и процесс их функционирования, так и психолог должен проектировать деятельность человека, который будет пользоваться этими устройствами. Более того, сами технические устройства должны создаваться с учетом проекта этой деятельности и тех условий, в которых ей предстоит протекать. Только тогда и будет достигнуто оптимальное взаимодействие между человеком и машиной — залог надежности и эффективности системы.

Б. Ф. ЛОМОВ

 

Редакционная коллегия:
И. М. МАКАРОВ, член-корреспондент АН СССР (председатель); В. Г. АФАНАСЬЕВ, академик; Б. В. БИРЮКОВ, доктор философских наук; В. Д. ПЕКЕЛИС; Д. А. ПОСПЕЛОВ, доктор технических наук И. С. УКОЛОВ, доктор технических наук; Редактор-составитель В. Д. ПЕКЕЛИС; Рецензенты: С. Н. ГОНШОРЕК, Р. М. БАЕВСКИЙ

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика