Структура инженерно-психологического проектирования

На основании сказанного в предыдущем параграфе под инженерно-психологическим проектированием следует понимать весь комплекс работ по учету человеческого фактора и оценке его влияния на выходные характеристики СЧМ на всех стадиях ее создания. Конечной целью ИПП является обеспечение требуемой эффективности СЧМ за счет рационального учета возможностей человека и технических устройств, их взаимного согласования на всех стадиях проектирования.

Возможная структура ИПП показана на рис. 74. Проектирование начинается с анализа задач, которые должна решать система. Для этого проводят анализ статических и динамических характеристик объекта управления, анализ возможных потоков циркулирующей в системе информации, в общих чертах оценивают возможности человека и техники по решению стоящих перед системой задач.

Следующим этапом является распределение функций между человеком и техникой по решению этих задач. Распределение функций ведется с учетом преимущественных возможностей человека и техники по отношению друг к другу и в целях оптимизации некоторого выбранного показателя эффективности СЧМ. Показатель эффективности может быть как частным, так и общим. При оптимизации по частному критерию следует иметь в виду, что система, оптимальная с точки зрения одного критерия, может быть не оптимальной с точки зрения другого. Поэтому более целесообразной является оптимизация по обобщенному критерию при наложении целого ряда ограничивающих условий на частные критерии. Такая задача решается методами математического программирования (линейного, динамического, выпуклого и др.).

После того как найдены исполнители (человек или техника) для каждой из задач, проводится инженерно-психологическое проектирование групповой деятельности — распределение функций между отдельными операторами. При решении этой задачи нужно стремиться к максимально возможному упрощению структуры группы и связей между операторами. Однако при этом всегда нужно иметь в виду, что упрощение структуры группы в ряде случаев может привести к недопустимой информационной перегрузке отдельных операторов. Это явление должно быть исключено в процессе проектирования. В итоге на этом этапе должны быть определены типы и количество рабочих мест, решаемые на каждом из них задачи, необходимые информационные связи между отдельными операторами. После этого следует проектирование технических средств, обеспечивающих взаимосвязь человека и машины на каждом рабочем месте, т. е. проектирование внешних средств деятельности оператора. Здесь осуществляется проектирование средств отображения информации, органов управления, производится общая компоновка рабочего места.

Весьма важным этапом является создание проекта деятельности оператора, иными словами — проектирование внутренних средств деятельности. Наличие этого этапа определяет принципиальное отличие ИПП от традиционного технического проектирования. На этом этапе определяются структура и алгоритмы деятельности, способы ее выполнения, требования к психофизическим характеристикам человека (объему памяти и внимания, скорости реакции, эмоциональной устойчивости и др.), производится проверка выполнения предельно допустимых норм деятельности оператора.

Последним этапом является инженерно-психологическая оценка СЧМ и сравнение полученных результатов с заданными в техническом задании. Инженерно-психологической оценке подлежат основные характеристики СЧМ. (надежность, быстродействие, стоимость и др.), условия работы обслуживающего персонала, конструкция системы и особенности организации рабочих мест операторов, а также ряд других вопросов. В случае несоответствия каких-либо характеристик заданным разработанный проект уточняют, пока не будет получен приемлемый результат.

Инженерно-психологическое проектирование как сложный и обобщенный процесс обладает целым рядом специфических особенностей. Одной из них является циклический характер ИПП. Цикличность ИПП заключается в необходимости решения всех перечисленных задач на каждой из стадий проектирования (при разработке технического задания и предложения, на стадиях эскизного, технического и рабочего проектирования, при различного рода испытаниях и т. д.). При этом на каждой последующей стадии разработанный проект уточняют и улучшают. Следовательно, ИПП есть процесс последовательной оптимизации проекта СЧМ. Если на начальных стадиях большинство задач проектирования решают приближенно, в основном лишь на качественном уровне, то на последующих стадиях эти же задачи решают с большей точностью.

Из сказанного следует, что каждая из задач ИПП в той или иной степени решается на каждой из стадий проектирования. Однако уровень проработки и решения этих задач на каждой из стадий проектирования может быть различным. Одни задачи можно решать в общем виде, другие — уточнять после решения их на предыдущем этапе. Уровень и методы решения отдельных задач на различных стадиях проектирования, а также на этапах испытаний и эксплуатации приведены в табл. 14.

Таблица 14

Другой важной особенностью ИПП является, как уже указывалось, его комплексный характер. Это означает, что объектом оптимизации в ходе ИПП являются не характеристики человека или машины в отдельности, а характеристики СЧМ в целом.

И наконец, еще одной особенностью рассмотренной структуры ИПП является то, что она не ломает существующую, сложившуюся годами практику проектирования, а лишь дополняет ее в части учета человеческого фактора, позволяет преодолеть ограниченность и трудности других подходов к проектированию.

Содержание работ по учету человеческого фактора на различных стадиях проектирования

При составлении технических требований (ТТ) и согласовании технического задания (ТЗ) определяют назначение системы, решаемые ею задачи и условия функционирования. На основании анализа условий, в которых будет работать система, и учета влияния этих условий на операторов устанавливают степень соответствия характеристик разрабатываемой системы психофизиологическим возможностям человека, определяют (предварительно) эффективность системы с учетом человеческого фактора, дают общую инженерно-психологическую характеристику системы [76, 77].

Основными вопросами учета человеческого фактора, подлежащими согласованию в ТЗ, являются: эксплуатационная надежность системы в различных режимах с учетом работы операторов; количество и функции операторов, предполагаемый уровень их подготовки и сроки обучения, условия их работы; необходимость, принцип построения, тип и основные требования к тренировочным устройствам операторов; порядок испытаний и оценки соответствия выполненных работ по учету человеческого фактора требованиям ТЗ.

Основными видами работ на этой стадии являются изучение и анализ документов, обосновывающих необходимость разработки системы; изучение характеристик объекта управления; изучение прототипа (если такой имеется); изучение и анализ результатов опроса и анкетирования лиц, эксплуатирующих аналогичную технику.

Для решения перечисленных задач можно использовать методы экспертных оценок, математического моделирования и качественного анализа. На этой стадии должна быть проведена также калькуляция средств, необходимых для обеспечения комплекса работ по учету человеческого фактора.

При разработке технического предложения необходимо провести анализ ТТ и ТЗ, включающий общие характеристики системы, ее описание, а также уточнить функции, решаемые системой. После этого изучают статические и динамические характеристики объекта управления, составляют описание объекта и исследуют возможные методы управления им. Важной задачей является оценка объема и направлений потоков информации, необходимой для управления объектом.

Проводят сравнительную оценку возможностей человека и техники по скорости, точности, надежности и экономичности переработки выявленных потоков информации и предварительно распределяет функции между человеком и техникой. Составляют перечень задач, подлежащих автоматизации, и определяют степень автоматизации системы.

После предварительного распределения задач, решаемых проектируемой системой по отдельным рабочим местам, определяют перечень и характер функций операторов, работающих на отдельных рабочих местах, а также рациональные способы предъявления информации оператору и выдачи им управляющих воздействий.

Разрабатывают предварительные требования к операторам. В результате этого определяют: психофизиологические характеристики, которыми должен обладать оператор; необходимость проведения профессионального отбора; необходимую степень классификации обслуживающего персонала; требования к объему и характеру обучения операторов.

В результате всей проделанной на данной стадии работы уточняют тактико-технические требования к проектируемой системе и техническое задание на эскизное проектирование.

На стадии эскизного проектирования уточняют количество и содержание информации, необходимой для обеспечения эффективного функционирования отдельных подсистем, а также требования к способам и средствам представления визуальной и слуховой информации, определяют возможности и необходимость резервирования информации.

Дальнейший этап: уточнение и обоснование требований к органам управления, регулирования и ввода информации, разработка рекомендаций по их проектированию. Уточнение и обоснование требований к рабочим местам и окружающим условиям (условиям внешней среды).

На этой стадии продолжается также процесс предварительного проектирования деятельности операторов: разрабатывают рациональные методы и способы выполнения ими своих функций, определяют характер и режимы работы операторов. Для этого составляют перечни режимов функционирования системы и разрабатывают предварительные алгоритмы деятельности операторов в каждом из этих режимов. Продолжается уточнение требований к психофизиологическим качествам операторов, разрабатываются методики отбора и обучения операторов.

При разработке технического проекта уточняют проведенное ранее распределение функций между человеком и техникой, а также распределение функций между отдельными операторами.

Производится детальное проектирование технических средств взаимодействия оператора с машиной на всех рабочих местах. При необходимости изготовляют макет рабочего места, на котором проверяют и уточняют расположение индикаторов и органов управления, а также расположение оператора за пультом управления и условия обитаемости (внешней среды).

Разрабатывает программы и методики испытаний и инженерно-психологической оценки проектируемой системы. Основное внимание при этом уделяют оценке алгоритмов работы операторов— определению временных затрат, вероятного числа ошибок при выполнении каждой функции, степени и характера загрузки оператора, его пропускной способности, реальных и предельно допустимых норм деятельности.

С помощью разработанных методик проводят испытания на макете рабочего места. По результатам испытаний уточняют компоновку рабочего места и алгоритмов работы оператора.

На этой стадии проектирования разрабатывают проекты технического описания и инструкции по эксплуатации. При их разработке обращают особое внимание на обеспечение возможности легкого и быстрого изучения и освоения по ним техники. Разрабатывают также требования к тренажерам, имитаторам и другим вспомогательным средствам.

Заканчивается техническое проектирование оценкой пропускной способности и аналитическим расчетом эффективности системы «человек — машина».

На стадии рабочего проектирования разрабатывают методические указания на конструирование аппаратуры в соответствии с общими инженерно-психологическими требованиями. На этой же стадии изготовляют опытный образец аппаратуры и разрабатывают программу его испытаний с целью проверки соответствия его характеристик требованиям учета человеческого фактора. Составляют программы и методики оценки информационных потоков, определения ошибок операторов, оценки алгоритмов их работы; определения предельно допустимых норм деятельности, пропускной способности и надежности оператора, степени приспособленности аппаратуры для обслуживания ее человеком. Завершается эта работа определением затрат сил и средств при решении перечисленных задач, что необходимо для получения исходных данных для экономического анализа работы системы.

В соответствии с разработанными программами и методиками проверяют опытный образец на соответствие ТТ. На основании этой проверки составляют рекомендации и проводят корректировку технической документации на последующие изделия.

§4. Общие инженерно-психологические требования к проектированию СЧМ

На основании рассмотрения структуры и характера ИПП могут быть сформулированы общие инженерно-психологические требования (ИПТ) к проектированию СЧМ. Эти требования необходимо учитывать при разработке приборов, оборудования, аппаратуры для обеспечения эффективной работы операторов и СЧМ в целом. Основные из этих требований следующие:

1. Эффективность и другие характеристики (надежность, точность, быстродействие и др.) сложной системы «человек — машина», состоящей из ряда подсистем, должна быть не ниже заданной; подсистемы должны соответствовать заданным техническим требованиям [76, 77].

2. Компоненты подсистем (организация деятельности опера торов, их количество и функции, аппаратура и каналы связи между ними) должны быть рассчитаны методами количественного и качественного анализа и оптимизированы к началу эксплуатации.

3. Устройства отображения, пульты управления и контроля, эксплуатационная документация, маркировка аппаратуры, контрольные точки и другие компоненты подсистем должны строго соответствовать своим техническим условиям.

4. Все без исключения компоненты подсистем необходимо проектировать с учетом требований и принципов инженерной психологии (принципа функциональной организации, значимости, последовательности, частоты использования, удобства и безопасности эксплуатации, ремонтопригодности и ремонтоспособности и Др.), размещение органов управления должно облегчить оператору запоминание и воспроизведение последовательности действий и соответствовать принципам экономии движений и времени.

5. Способы представления, форма и характер представляемой информации должны соответствовать возможностям органов восприятия и другим психофизиологическим характеристикам человека.

6. Поток информации, поступающей к оператору, должен соответствовать его пропускной способности, реальные нормы деятельности оператора (коэффициент загрузки, коэффициент очереди, период занятости и др'.) не должны превышать пре дельно допустимых норм.

7. Операторы должны размещаться у пультов управления и на других рабочих местах с учетом их антропометрических и психофизиологических данных, чтобы обеспечивались минимальная утомляемость и максимальное удобство; управление аппаратурой должно быть рассчитано на человека средних способностей.

8. Обслуживание техники должно быть максимально упрощено и не требовать для выполнения профилактических и регламентных работ высокой квалификации операторов: документация на технику должна обеспечивать легкость и быстроту ее понимания, изучения и освоения.

9. Система при необходимости должна иметь встроенные (или придаваемые к ней) устройства объективного контроля состояния работоспособности оператора, сигнализирующие о его непригодности к работе.

10. Параметры внешней среды не должны превышать пре дельно допустимые для нормальной работоспособности и жизнедеятельности значения; при невозможности выполнить это требование должна быть разработана система профилактических мероприятий, нейтрализующих действие вредных факторов; должны быть разработаны рекомендуемые типовые режимы труда и отдыха.

11. В ходе проектирования должен быть проведен анализ и обоснование необходимости создания специальных тренировочных средств.

В случае необходимости одновременно (а по возможности даже и раньше) с разработкой основной аппаратуры должны быть созданы необходимые тренировочные средства, обеспечивающие своевременную и качественную подготовку обслуживающего персонала. В результате проектирования должны быть определены требования к основным психофизиологическим качествам оператора, обеспечивающим выполнение требуемых функций на данном рабочем месте, а также требования к степени подготовленности и тренированности оператора. Одновременно с этим должны быть разработаны рекомендации по профессиональному отбору, обучению и тренировкам операторов.

12.При выполнении оператором своих функций должна быть предусмотрена возможность проведения им самоконтроля своих действий, являющегося важным средством обеспечения высокой надежности работы оператора.

13.Распределение функций между человеком и машиной, а также между отдельными операторами должно быть строго обоснованным и произведено с помощью специальных методик.

Учет человеческих факторов при проведении опытно-конструкторских работ на новые системы необходимо начинать на этапе составления технических требований и согласования технического задания и продолжать на всех этапах создания, испытаний и эксплуатации системы.

Учет человеческих факторов при модернизации и совершенствовании старых систем необходимо начинать на этапе эксплуатации системы и продолжать на всех этапах модернизации и последующей эксплуатации [76,77].