Многоуровневое описание операторской деятельности 1 страница

Вместе с тем необходимо отметить, что алгоритми­ческий способ описания деятельности человека-опера­тора предполагает ряд ограничений и поэтому он неиз­бежно существенно упрощает реальную деятельность. К их числу относятся:

• последовательный характер описания алгоритмов;

• детерминированность функции переходов;

• бинарность логических условий;

• допущение о нулевых затратах на проверку логических условий.

Поэтому дальнейшая модификация способов ал­горитмического описания деятельности оператора должна проходить по пути учета вероятностного ха­рактера алгоритмической модели и отражения много­значности проверяемых человеком логических усло­вий (использование правил многозначной логики). Для учета параллельного характера выполнения отдель­ных действий весьма плодотворным может быть при­менение сетевых графиков и биологических графов. Последний представляет собой модифицированную граф-схему алгоритма, пригодную для описания па­раллельно-последовательных процессов.

Анализ схемы алгоритма позволяет получить и не­которые количественные характеристики трудового процесса: показатели стереотипности, логической слож­ности, динамической интенсивности [52].

Показатель стереотипности оценивается по наличию в алгоритме непрерывных последовательностей без логи­ческих условий, а также по длительности этих последова­тельностей. Этот показатель определяется по формуле

(5.1)

где — число последовательных элементов в груп­пе без логических условий по 1, 2,..., К членов; — вероятность таких групп.

Показатель стереотипности достигает максималь­ного значения, равного К, когда в алгоритме нет логи­ческих условий, т. е. последовательность действий опе­ратора однозначно детерминирована и не зависит ни от каких условий. Минимально возможное значение этого показателя равно 1; оно получается в том случае, если после каждого оператора следует логическое условие.

Показатель логической сложности определяется выражением

(5.2)

где — число проверяемых логических условий в группе из 1, 2..., n таких условий; — вероятность таких групп.

Этот показатель определяет необходимость пере­стройки системы действий в случае изменения систе­

мы сигналов. Он может быть использован для оценки динамического компонента деятельности оператора. Возможные пределы изменения 0 £ L £ m.

Помимо рассмотренных показателей Z и L при инженерно-психологической оценке используются также их модифицированные значения [10].

Напряженность (интенсивность) выполнения алго­ритма определяется числом элементарных оператив­ных единиц, выполняемых в единицу времени. Этот показатель оценивается по формуле

(5.3)

Общую сложность выполнения алгоритма челове­ком-оператором, учитывающую все стороны выполне­ния этого алгоритма, предлагается оценивать по фор­муле

(5.4)

где S — средняя скорость переработки информации, вычисляемая по формуле (2.5).

Рассмотренные показатели позволяют дать коли­чественную оценку деятельности оператора. Они ис­пользуются для сравнительной оценки однотипных видов деятельности, широко применяются также при проведении инженерно-психологической оценки счм.

Однако при практическом использовании этих показателей нужно иметь в виду, что они определяют не столько сложность деятельности оператора, сколь­ко сложность записи алгоритма на языке ЛСА. Недо­статками такого подхода являются следующие:

• не учитывается реальная сложность отдельных операций алгоритма;

• не учитываются логические связи (т. е. структура алго­ритма), так как во внимание принимается лишь число, со­став и группировка операций алгоритма. Другими слова­ми, оценивается только один, наиболее типичный вариант реализации алгоритма;

• не учитывается вероятность (частота встречаемости) ал­горитма в деятельности оператора. Исследования показывают, что в ряде случаев именно этот фактор оказывает более сильное влияние на результаты работы оператора, чем показатель S₀.

Данные обстоятельства ограничивают область при­менения алгоритмических методов в инженерной пси­хологии. Дальнейшее развитие этих методов должно происходить путем введения в расчетные соотношения для определения показателей Va, S₀ переменных, харак­теризующих сложность выполнения (трудозатраты, напряженность и т. п.) отдельных действий, входящих в общий алгоритм деятельности оператора. Необходи­мо учитывать также вероятностные характеристики различных алгоритмов.

Рассмотренные методы описания деятельности оператора являются основой для ее последующего анализа, в результате которого вскрывается сущность отдельных ее элементов и деятельности в целом, дают­ся указания о способах ее выполнения. Наиболее раз­работанным является системный подход к анализу деятельности, разработанный В.Д. Шадриковым [202]. При таком подходе предусматривается несколько уровней анализа: личностно-мотивационного, компо­нентно-целевого, структурно-функционального, ин­формационного, психофизиологического, индивидуаль­но-психологического.

Уровень личностно-мотивационного анализа пред­полагает изучение системы потребностей личности, с одной стороны и возможностей их удовлетворения, заложенных в особенности профессии, — с другой. Степенью взаимосоответствия этих двух аспектов оп­ределяется уровень мотивации трудового поведения. На уровне компонентно-целевого анализа вскрывают­ся цель и значение каждого действия в общей струк­туре трудовой деятельности. При этом должна рассмат­риваться не только внешняя сторона, но и внутренняя, связанная с реализацией психических свойств работ­ника и психических процессов, участвующих в выпол­нении действий. На уровне структурно-функциональ­ного анализа изучаются принципы организации и механизмы взаимодействия отдельных действий в це­лостной структуре деятельности. При этом вскрывают­ся связи между отдельными действиями, их значимость и вес. На уровне информационного анализа выявля­ются те признаки, ориентируясь на которые работник выполняет трудовые действия, устанавливаются спо­собы получения работником информации, необходимой для деятельности, изучается организация информаци­онного потока во времени и т. п. На психофизиологи­ческом уровне проводится изучение физиологических систем и процессов, опосредствующих деятельность. Большое значение при этом придается анализу активационных и информационно-энергетических процес­сов. Уровень индивидуально-психологического анали­за предполагает изучение субъекта деятельности, личности работника во всем многообразии ее свойств.

В результате сочетания всех перечисленных уров­ней описания деятельности она предстает как много­уровневое полиструктурное образование. При этом системный анализ требует рассматривать любое яв­ление в развитии, что по отношению к профессиональ­ной деятельности выступает, в частности, как требо­вание изучения процесса овладения деятельностью, становления профессионального мастерства. Даль­нейшая разработка методов системного анализа дея­тельности требует конкретизации приемов выявления существенных связей изучаемых структур и их дина­мики. В качестве одного из таких приемов можно ис­пользовать регистрацию психологических свойств, синхронно проявляющихся и воздействующих друг на друга при совершении того или иного действия. В ре­зультате строится матрица связей, которую можно выразить графически в виде структуры профессио­нально важных свойств работника (структурограмма).

5.3. Моделирование в инженерной психологии

Моделирование деятельности оператора является одним из важнейших методов инженерной психологии. Оно применяется в тех случаях, когда исследование реальной деятельности не представляется возможным. Такие случаи могут возникнуть при проектировании СЧМ, когда реальная деятельность еще не существует и тогда моделирование является одним из основных (а в ряде случаев и единственным) методов изучения будущей деятельности. К помощи моделирования приходится прибегать и тогда, когда натурные испытания слишком дороги, трудоемки, требуют значительного времени либо связаны с опасностью для здоровья и жизни человека.

В общем случае под моделированием понимается процесс изучения какого-либо явления с помощью модели. Моделью называется некоторый искусствен­ный объект, находящийся в каком-либо соответствии с изучаемым объектом или явлением (оригиналом); ка­ким-либо подобный ему. При этом модель должна об­ладать определенными свойствами, главнейшими из которых являются:

• некоторое объективное соответствие с оригиналом;

• возможность замещения оригинала на некоторых этапах исследования;

• возможность переноса полученной в результате исследо­вания с моделью информации на реальный объект.

Моделирование в самом общем плане применяет­ся для решения двух задач: обучения и исследований, направленных на разработку или расширение теории и на отыскание ответов на практические задачи [19]. Моделирование в обучении (в том числе и операто­ров) имеет два аспекта. Во-первых, моделирование здесь нужно как способ познания мира путем форми­рования у обучаемых научно-теоретического мышле­ния, позволяющего воспринимать действительность посредством моделей реальных явлений и процессов. Модельный характер мышления и принятия опера­тивных решений наиболее ярко проявился при ис­пользовании алгоритмического подхода при обучении операторов энергоблоков [197]. Во-вторых, моделиро­вание в обучении связано с применением моделей для демонстрации физических явлений, для пояснения принципа действия изучаемых установок, для трени­ровки персонала действующих производственных объектов.

Для определения классов исследовательских задач, решаемых путем моделирования деятельности операто­ра обратимся предварительно к структурной схеме представления его в качестве звена систем «человек-машина» (рис. 5.3). На сенсорные входы оператора по­ступают входные сигналы Xi. Оператор характеризует­ся некоторыми своими внутренними параметрами Рj и правилами (структурой) преобразования r_m входных сигналов в выходные реакции у_k. В процессе работы на оператора воздействуют некоторые факторы рабочей среды Фп.

 

Рис. 5.3. Структурная схема оператора как звена системы «человек — машина».

Тогда задачи моделирования можно разбить на четыре класса:

1. Прямые задачи, при решении которых считают­ся известными Хi, Pj, Фп, r_m. Требуется опреде­лить выходные реакции у_k.

2. Обратные задачи, в которых по известным ре­акциям y_k, а также по заданным Pj, Фп, r_m тре­буется найти тот диапазон входных воздействий Xi, который вызывает данную реакцию.

3. Инверсные задачи, требующие определения психологических показателей оператора Pj по известным или определенным тем или иным способом правилам переработки информации и значениями входных воздействий Xi и реакция­ми на них y_k.

4. Индуктивные задачи, целью которых является нахождение или уточнение правил r_m перера­ботки информации при заданных остальных па­раметрах.

Особенности рассмотренных классов задач по­ясним на простейшем конкретном примере. Пускай зависимость времени tоп решения задачи операто­ром от количества содержащейся в ней информации И описывается математической моделью, известной под названием закона Хика и выражаемой форму­лой

(5.5)

 

где а₀ — скрытый (латентный) период реакции; V — скорость переработки информации оператором.

Тогда прямая задача заключается в определении выходной реакции tоп по известной функции f(H), вход­ному воздействию Н и параметрам оператора а и V. Задача такого типа является характерной при прове­дении инженерно-психологической оценки. При реше­нии обратной задачи по заданной реакции tоп, пара­метрам а₀ и V и функции f(H) определяется, какое допустимое количество информации может содержать­ся в задаче, предъявляемой оператору для решения. Подобная задача решается при предъявлении инже­нерно-психологических требований к технологическо­му процессу или оборудованию. В инверсной задаче по известным или заданным параметрам tоп, Н, f(H) оп­ределяется, какими показателями а₀ и V должен обла­дать оператор для успешного решения данной задачи. Такая задача возникает при проведении профессио­нального отбора. И, наконец, при решении индуктив­ной задачи ставится цель определения вида функции f. Такая задача носит чисто научный характер и направ­лена на получение нового или уточнение уже извест­ного результата.

В зависимости от степени соответствия (подобия) модели оригиналу различают полное, частичное и при­ближенное моделирование [19]. Полное моделирова­ние математически характеризуется следующим соот­ношением параметров модели (Xi) и оригинала (у_i)

Хi = m_i y_i (5.6)

где m_i — масштабные коэффициенты.

При частичном моделировании выражение (5.6) справедливо для параметров, изменяющихся либо толь­ко во времени, либо только в пространстве. При приближенном моделировании некоторые факторы, влия­ющие на протекание процесса (деятельность оператора) либо вообще не моделируются, либо моделируются при­ближенно, т. е.

(5.7)

Это заведомо вызывает погрешность, которую нуж­но оценить тем или иным способом. Определение сте­пени соответствия модели и оригинала производится методами теории подобия, которая разрабатывает со­ответствующие критерии подобия [19]. Это имеет важ­ное значение для инженерной психологии, поскольку создаваемые здесь модели деятельности оператора являются, как правило, приближенными и требуют проверки с помощью критериев подобия.

Моделирование в психологии вообще, и в инже­нерной в частности, развивается в двух направлениях:

• знаковая или техническая имитация механизмов, процес­сов и результатов психической деятельности — модели­рование психики;

• организация того или иного вида человеческой деятельно­сти путем искусственного конструирования среды этой деятельности — моделирование ситуаций, связывающих изучаемые психические явления.

Частным случаем моделирования ситуаций явля­ется моделирование деятельности оператора.

Моделирование психики — метод исследования психических состояний, свойств и процессов, который заключается в построении моделей психических явле­ний и изучении функционирования этих моделей с использованием полученных результатов в качестве данных о функционировании психики. По способу отражения объекта в модели можно выделить следую­щие классы моделей психики: знаковые (образные, вербальные, математические), программные (жестко-алгоритмические, эвристические, блок-схемные), веще­ственные (гипотетические и бионические). Примера­ми моделей психики являются системы искусственного интеллекта, эвристические машинные программы, ус­тройства для распознавания образов (перцептроны), приборы типа «искусственный глаз», «электронное ухо» и многие другие. Модели психики имеют в инже­нерной психологии ограниченное применение, входя в ряде случаев лишь в качестве отдельных элементов в модели деятельности оператора.

Моделирование деятельности оператора является частным и наиболее важным для инженерной психоло­гии случаем моделирования ситуаций. Следует сразу же отметить условность понятия «моделирование деятель­ности», поскольку, как отмечает А.И. Нафтульев, в боль­шинстве случаев (особенно при применении математических и имитационных моделей) моделируется не сама деятельность, а лишь последовательность выходных реакций в зависимости от последовательности входных воздействий. Иными словами, осуществляется модели­рование лишь внешней, структурно-функциональной стороны деятельности [40]. Тем не менее термин «моде­лирование деятельности» получил широкое распрост­ранение, поэтому им будем пользоваться и мы.

 

Основные задачи, решаемые в инженерной пси­хологии путем моделирования деятельности операто­ра, заключаются в следующем [42].

1. Получение основных представлений о характере деятельности человека в СЧМ и создание языка для адекватного описания этой деятельности. Здесь ис­следуются принципы управления и обработки ин­формации человеком в отдельных подсистемах и ищутся оптимальные частные характеристики этих подсистем.

2. Подтверждение принципиальной возможности со­здания СЧМ по определенной схеме и составле­ние отдельных типов схем с целью выбора наибо­лее перспективных. Здесь определяется структура деятельности оператора, отрабатывается и коррек­тируется взаимодействие элементов СЧМ и про­веряется ее работоспособность.

3. Имитация деятельности в условиях, максимально приближенных к реальным.

Таким образом, посредством моделирования мож­но решать как задачи, связанные с обоснованием тре­бований к элементам системы со стороны оператора, так и задачи, связанные с обоснованием требований к оператору со стороны системы. Кроме того, можно решать и задачи получения оценок эффективности тех или иных вариантов структуры СЧМ. Путем модели­рования могут решаться и чисто научные, исследова­тельские задачи. Все это соответствует рассмотренным выше при анализе выражения (5.5) обратной, инверс­ной, прямой и индуктивной задачам моделирования.

Моделирование помогает добиться наиболее адек­ватного решения проблемы проектирования деятельно­сти. Однако при построении моделей деятельности опе­ратора необходимо учитывать основные требования к создаваемым моделям; в противном случае снижается их ценность, возникают ошибки и погрешности. Эти требо­вания таковы.

1. Модель должна быть непротиворечивой в рамках моделирования исследуемых процессов, способной вписываться в более общую модель и быть осно­вой для детализации частных моделей.

2. При реализации модели должны быть использова­ны самые современные технические средства, ма­тематический аппарат и данные психологических наук. Важное требование к моделям деятельности заключается в том, что они должны адекватно ото­бражать существенные свойства реальной позна­вательной и исполнительной деятельности. Лишь при этом условии создаваемые модели окажутся пригодными для прогноза эффективности того или иного вида деятельности, а также с точки зрения затрат и времени на создание модели.

3. Модель должна выполнять определенные информа­ционные функции, нести новые знания о структуре моделируемых процессов, обеспечивать прогноз их функционирования, выявление новых свойств этих процессов [40].

Применяемые на практике модели операторской деятельности в зависимости от способа их построения разделяются на мысленные (идеальные), знаковые, вещественные (предметные). Условно в отдельный класс могут быть выделены также имитационные мо­дели. Классификация моделей приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Классификация моделей деятельности оператора.

К мысленным моделям относятся такие, которые существуют только в идеальном плане, т. е. в сознании оператора. К ним относятся прежде всего цели, планы и программы предстоящей деятельности. Очень часто оператор, предпринимая какие-либо действия, предва­рительно «проигрывает» в уме возможные варианты действий, оценивает их последствия, выбирает ту или иную последовательность их выполнения, т. е. строит гипотетическую модель предстоящей деятельности. Как уже отмечалось, в деятельности оператора очень велика роль различного рода образов: перцептивных, оперативных, моторных и других. Любой образ, созда­ваемый оператором, есть не что иное, как модель той или иной ситуации. Принятие оператором решения по управлению осуществляется на основе концептуальной модели реальной обстановки.

Велика роль мысленных моделей при проведении тренировок операторов. Прежде всего речь идет о так называемой идеомоторной (от греч. idea — идея, образ, лат. motor — приводящий в движение) тренировке, когда оператор совершает те или иные действия в ответ на мысленное представление о той или иной ситуации. Близким к рассмотренному является и отработка тре­буемых действий путем решения различного рода «вводных» (случилось то-то и то-то, ваши действия). В этом случае и рабочая ситуация, и ее модель, а зача­стую и выполняемые действия существуют только в идеальном плане.

Знаковые модели представляют собой описание деятельности оператора с помощью той или иной си­стемы знаковых средств. Они делятся на вербальные (словесные), символические, схематические, математи­ческие.

Вербальные модели — это словесное описание деятельности оператора, они являются одним из ос­новных методов профессиографии, служат основой для последующего анализа и построения более абст­рактных, более формализованных моделей. Суще­ственный недостаток вербальных моделей заключа­ется в их неполной формализации. Это связано с тем, что описание какого-либо факта операторской дея­тельности может быть детальным или схематичным; может быть выражено разными словами; нередко одно и те же научные понятия разные исследовате­ли выражают разными терминами. Все это снижает ценность вербального моделирования. Кроме того, вербальные модели не способны к функционирова­нию: изучая их, нельзя проверить исследуемый про­цесс в действии, в изменении. Вербальные модели деятельности — это недействующие, «застывшие» модели.

Символические модели представляют описание деятельности с помощью специальных символьных (символических) языков. По сравнению с вербальны­ми эти модели обладают большим уровнем абстракции, однако их статичность по-прежнему остается.

Схематические модели описывают деятельность оператора с помощью различного рода функциональ­ных и структурных схем, граф-схем, диаграмм и т. п. Примером их является функциональная схема пере­работки информации человеком (рис. 2.1), структурная схема системы «человек-машина» (рис. 1.1), описание деятельности с помощью граф-схем (рис. 5.1) или органинграмм (рис. 5.2) и т. п. По сравнению с предыдущи­ми эти модели обладают большей наглядностью, одна­ко с их помощью также тяжело изучить исследуемый процесс в динамике.

Математические модели представляют собой наи­более формализованные модели. При их построении изучаемый процесс (деятельность оператора в целом или ее отдельные стороны) описываются не словами, а языком математических формул и графиков. Поэто­му такие модели точнее предыдущих, они более по­нятные представителям различных стран и профес­сий. Математические модели более приспособлены для изучения деятельности в динамике, позволяют учитывать влияние различного рода факторов. Это возможно за счет изменения тех или иных параметров модели.

Однако математические модели имеют один суще­ственный недостаток: они описывают главным обра­зом лишь внешнюю сторону деятельности оператора, форму ее протекания, минуя содержание, которое очень трудно выразить математическими символами и формулами. Выигрывая в точности, математическое моделирование еще дальше, чем вербальное, символи­ческое и схематическое, отходит от реального проте­кания операторской деятельности в область абстрак­ции. Тем не менее на определенной стадии научного исследования, в частности при проектировании СЧМ такой подход является необходимым, а зачастую — и единственно возможным.

Еще одним видом моделей деятельности операто­ра являются предметные (вещественные) модели. Они представляют собой основные геометрические, фи­зические, динамические и функциональные характе­ристики оригинала. Эти модели могут полностью или частично воспроизводить физическую природу ориги­нала, либо иметь совершенно другую физическую сущ­ность. Однако основным требованием в обоих случаях является сохранение (воспроизведение) психологичес­кой сущности реальной деятельности. В соответствии со сказанным предметные модели делятся на два ос­новных класса: физические и эквивалентные.* Соот­ветственно этому различают физическое и эквивален­тное моделирование.

* В ряде случаев такого различия не делается и все предмет­ные модели считают физическими [166].

 

Физическое моделирование в инженерной психо­логии представляет собой процесс исследования человеко-машинной системы путем замещения ее состав­ных частей объектами той же физической природы, что и сами составные части СЧМ. Другими словами, опе­раторское звено в физической модели представляется реальным человеком (испытуемым, выполняющим роль оператора), а технические звенья — статическими или функциональными макетами оборудования. При этом достигается наибольшая полнота информационного представления в модели характеристик и свойств ис­следуемой СЧМ, и, что особенно важно, факторы опе­раторской деятельности проявляются композиционно в своих естественных сочетаниях и взаимосвязях.

Для физического моделирования характерно заме­щение исследуемого объекта его информационным аналогом. Поэтому качество моделирования в основ­ном зависит от качества такого замещения, т. е. от пол­ноты воспроизведения в технических средствах физи­ческой модели не второстепенных, мелких деталей внешнего облика, а основных инженерно-психологи­ческих характеристик и свойств реальной СЧМ [4]. Более подробно вопросы физического моделирования деятельности оператора рассматриваются в следую­щей главе.

Другой разновидностью предметного моделиро­вания является эквивалентное моделирование, когда на модели реализуются явления, не подобные ориги­налу в смысле физического или математического подобия, но эквивалентные в том или ином смысле. Здесь подобными считаются явления, которые толь­ко в каком-то смысле (например, в смысле результа­тов), в отношении каких-либо частных процессов, либо отдельных сторон этих процессов или некото­рых функций дают условно подобный изофункциональный результат [19].

Примерами такого моделирования применитель­но к деятельности оператора является исследование групповой деятельности с помощью моделирующих установок типа «Гомеостат» или «Кибернометр», пред­ставление одной деятельности с помощью другой. Например, при определенных условиях реакция опе­ратора на последовательность простых или сложных сигналов может служить моделью деятельности опе­ратора в условиях потока сигналов; выполнение ког­нитивного теста «Скрытые фигуры» может быть экви­валентно деятельности оператора по поиску нужного сигнала на фоне помех. В.Н. Пушкин использовал игру в шахматы в качестве модели для исследования опера­тивного мышления [150]. В некоторых случаях исполь­зуются специальные методы моделирования факторов рабочей среды [12]. Интересный подход в этом отноше­нии описан в работе [137], где для моделирования не­которых факторов космического полета (например, невесомости) использовались внушенные (путем гип­ноза) состояния человека. Перечень подобных приме­ров можно продолжить. Однако видно, что во всех рассмотренных случаях реальная и моделированная деятельности носят внешне совершенно разный характер, однако результаты моделированной деятельности для определенных функций и отдельных результатов могут быть перенесены на реальную деятельность.

Заканчивая рассмотрение особенностей и возмож­ностей предметного моделирования следует отметить, что в целом физическое моделирование позволяет бо­лее глубоко и полно исследовать деятельность опера­тора по сравнению с эквивалентным моделированием. Последнее пригодно для решения сравнительно узко­го крута задач, хотя практически осуществимо намно­го проще, чем физическое моделирование.

Несколько условно в отдельный класс можно вы­делить имитационные (от лат. imitatio — подражание, воспроизведение, подделка) модели деятельности опе­ратора. Условность состоит в том, что имитация может носить такой же физический (как у физических моде­лей), либо математический (как у математических мо­делей) характер. В этом плане имитационные модели можно рассматривать как разновидность соответствен­но физических и математических моделей. В то же время имитационные модели имеют по сравнению с ними и принципиальное различие. В физических и математических моделях исследуется в том или ином виде сама деятельность с помощью математических выражений либо путем ее воспроизведения в лабора­торных условиях. С помощью имитационных моделей исследуется лишь подражание реальной деятельнос­ти, что и позволяет выделить их в самостоятельный класс моделей.

Не все рассмотренные разновидности моделей находят одинаковое применение для исследования и проектирования деятельности оператора. В работе [54] отмечается, что существуют три различных способа моделирования: копирование, формализация и имита­ция. Соответственно они представляют собой физичес­кое, математическое и имитационное моделирование деятельности оператора. Именно им и будет в дальней­шем уделено основное внимание.

Глава VI. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ