Физическое моделирование деятельности оператора

Разновидностью лабораторного инженерно-психо­логического эксперимента является физическое моде­лирование деятельности оператора. Оно заключается в замещении реальной деятельности оператора ее модификацией. Это замещение осуществляется с помощью специальных моделирующих устройств, в роли которых могут выступать имитаторы, макеты, испытательные стенды и т. п. Основное требование к физическим моделям — возможно более полное воспроизведение психологической структуры деятельности оператора, а не только ее чисто внешняя имитация, как это, к сожалению, иногда бывает.

Физическое моделирование, являясь разновидностью лабораторного эксперимента и сохраняя все основные его черты, имеет тем не менее и одно существенное различие. Эксперимент зачастую направлен на выявление тех или иных психологических законо­мерностей безотносительно к конкретному виду дея­тельности. При физическом моделировании обычно изучаются «выходные» характеристики конкретной деятельности в конкретных условиях обстановки. Внут­ренние процессы, протекающие в организме челове­ка, отодвигаются зачастую на второй план [167].

Наиболее полно вопросы построения физических моделей и организации физического моделирования деятельности оператора проработаны В.Е. Алексеевым [4, 45]. Физическая модель СЧМ, отвечающая требова­ниям инженерно-психологического подобия создавае­мому оригиналу, позволяет достоверно воспроизвести реальные процессы деятельности оператора в иссле­дуемых режимах и условиях функционирования СЧМ и тем самым решить многие задачи инженерно-психо­логического проектирования. Одной из таких задач является определение количества и состава рабочих мест операторов. Для решения этой задачи примени­мы лабораторные стендовые системы с разветвленной сетью операторских пультов (например, дисплеев и ЭВМ), подключенных между собой в соответствии со структурой моделируемой СЧМ.

Определение количества и состава рабочих мест операторов позволяет перейти к формированию внеш­него и внутреннего облика СЧМ, в котором наряду с художественным конструированием осуществляется принятие основных конструктивно-компоновочных решений по пространственному размещению обору­дования рабочих мест операторов. Поскольку разме­ры и объем используемых технических средств часто входят в определенное противоречие с инженерно-психологическими требованиями, предъявляемыми к конфигурации и пространственным характеристикам рабочего места, необходимым этапом инженерно-пси­хологического конструирования СЧМ является стати­ческое макетирование оборудования. Являясь «пас­сивной» разновидностью физического моделирования (работа оборудования не воспроизводится), статичес­кое макетирование основано на создании технических средств, имитирующих внешний облик рабочего места оператора с сохранением его геометрических размеров и пропорций. В отличие от эскизов, черте­жей и других форм отображения внешнего облика оборудования на плоскости, статический объемный макет является наиболее информативным средством оценки антропометрических характеристик оборудо­вания, что позволяет предотвратить большое количе­ство инженерно-психологических недостатков рабо­чего места, связанных с формированием рабочей позы оператора, досягаемостью и обзорностью элементов, удобством технического обслуживания и ремонта аппаратуры.

Материально-техническим обеспечением этого этапа работ являются как универсальные пространственно-перестраиваемые стенды, так и специально создаваемые для конкретного варианта СЧМ макеты рабочих мест однократного применения, изготовляемые из легко обрабатываемых недорогих материалов (де­рева, фанеры, оргстекла и др.).

Важным этапом создания модели является разра­ботка наиболее рационального варианта размещения средств отображения информации и органов управле­ния на панелях индикации и пультах управления. В ря­де случаев эта задача может быть решена путем ите­рационного формирования вариантов размещения элементов и применения одного из известных инженерно-психологическцх методов априорной оценки и коррекции полученной схемы [10, 73, 173, 184]. Однако в случае сложной полиалгоритмической деятельности оператора в создаваемом образце, а также при исполь­зовании новых средств деятельности, погрешности аналитических методов оценки могут быть недопусти­мо высоки. В этих условиях прибегают к функциональ­ному физическому моделированию операторской дея­тельности. В отличие от статического, функциональный макет оснащается реальными или имитируемыми сред­ствами деятельности, обеспечивающими (при помощи специальных информационно-логических устройств) воспроизведение реальных процессов работы обору­дования и деятельности оператора в соответствии с алгоритмами функционирования создаваемой системы.

Простейшие функциональные макеты пультов выполняются в виде каркасов с установочными ячей­ками и размещаемыми в них модульными блоками, каждый из которых содержит элемент индикации или управления. Модульные блоки, установленные в кар­кас пульта, подключаются к логическим устройствам, блоку питания и коммутируются между собой при помощи быстроразъемных соединений в соответствии с требуемой схемой [2]. За счет возможностей такого макета по оперативной перестройке вариантов разме­щения модульных блоков с элементами индикации и управления имеются условия для отработки топологии лицевых панелей и алгоритмов деятельности оператора на основе реального воспроизведения процессов дея­тельности оператора в экспериментальных режимах.

Конструкторская проработка вариантов рабочих мест операторов транспортных средств (самолетов, автомобилей, тракторов и др.) методами физического моделирования осуществляется при помощи специаль­ных динамических стендов, воспроизводящих визуаль­ную обстановку и механо-акустические факторы дви­жения [12]. Функциональное макетирование рабочих мест на таких стендах предъявляет наиболее высокие требования к качеству имитации отдельных факторов и их комплексной увязке (синхронизации) в интересах обеспечения требуемого подобия физической модели оригиналу.

Создание технических средств для физического моделирования операторской деятельности (макетов оборудования СЧМ) представляет самостоятельную задачу, решение которой требует применения ряда принципов и приемов с учетом специфики моделиру­емой системы.

Для выявления специфики СЧМ необходимо про­анализировать ее назначение, условия применения, предполагаемую структуру организации и функцио­нальные возможности, определяющие особенности и факторы деятельности операторов, которые подлежат воспроизведению в физической модели. В частности, существенно различаются задачи, решаемые при со­здании функциональных макетов рабочих мест опера­торов стационарных (не перемещаемых в простран­стве) и подвижных (транспортных) СЧМ. В первом случае рабочее место оператора размещено неподвиж­но, и информационная модель объекта (управляемого, как правило, дистанционно) воспроизводится в функциональном макете путем обеспечения требуемого набора СОИ и ОУ с заданной топологией их размеще­ния на табло индикации и панелях управления. Обобщен­ная структурная схема функционального макета оборудования стационарной СЧМ приведена на рис. 6.3. Наибольшую сложность при создании такого макета представляет разработка информационно-логических устройств, обеспечивающих функционирование эле­ментов моделируемого оборудования в соответствии с закономерностями работы проектируемой СЧМ.

Подвижные (транспортные) системы предполага­ют размещение рабочего места оператора внутри уп­равляемого объекта (автомобиля, самолета и т. п.), при этом значительную часть информации о движении человек получает визуально, что требует применения специальных средств моделирования и отображения обстановки движения.

Рис. 6.3. Структурная схема функционального макета СЧМ.

Эффективность проведения физического модели­рования как сложного и трудоемкого метода исследо­вания СЧМ в значительной мере зависит от качества организации всего комплекса работ. Поэтому все эта­пы моделирующих исследований должны планировать­ся и осуществляться в виде единой целенаправленной системы мероприятий. Общая схема организации работ по подготовке и проведению физического модели­рования показана на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Последовательность работ по проведению

физического моделирования.

Исследования начинаются с формулировки цели и задач моделирования. При этом определяется объем и характер информации о проектируемой СЧМ, необ­ходимой для конкретного этапа конструкторской раз­работки. Затем приступают к содержательному описа­нию процессов и условий деятельности оператора, в ходе которого с максимально возможной степенью подробности составляется перечень факторов, вклю­чаемых в модель, набор информационных характери­стик исследуемой ситуации и предполагаемая после­довательность действий испытуемого. При разработке описательного сценария моделируемой ситуации уп­равления объектом стремятся создать такие условия, которые способствуют наиболее полному выявлению влияния факторов, находящихся в функциональной связи с исследуемой характеристикой СЧМ.

Результаты содержательного описания процесса деятельности оператора используются для задания требований к техническим средствам физического моделирования и выбора методов оценки подобия со­здаваемой модели. В требованиях к техническим сред­ствам отражаются сведения:

■ о необходимом наборе и характеристиках средств ото­бражения информации и органов управления, используе­мых для компоновки рабочего места оператора в функци­ональном макете;

■ о характеристиках объекта управления;

■ о характеристиках среды обитания на рабочем месте опе­ратора и степени необходимой подробности их имитации;

■ о функциональных зависимостях между факторами мо­делируемой ситуации;

■ о параметрах деятельности и функционального состоя­ния оператора, подлежащих регистрации в ходе модели­рования.

На основе перечисленных сведений осуществля­ется разработка функциональной схемы технических средств модели, определяется состав необходимого оборудования. Принимаются решения о необходимос­ти использования управляющих вычислительных ма­шин, создания информационно-логических устройств со специализированными функциями и уникальных исполнительных элементов-имитаторов для воспроиз­ведения отдельных факторов и условий ситуации.

После детального рассмотрения, оценки и коррек­ции общей функциональной схемы технических уст­ройств проводятся работы по изготовлению, компоновке и монтажу стендового оборудования физической моде­ли СЧМ. Для используемых вычислительных устройств модели осуществляется разработка и отладка про­граммно-математического обеспечения их функциони­рования. Важным этапом технических работ является оснащение экспериментального стенда системой дат­чиков и регистрирующих устройств. Подробно эти вопросы рассмотрены в главе X.

Законченная физическая модель отлаживается и комплексно проверяется на функционирование, при этом наряду с контролем основных характеристик оборудования оценивается и степень ее безопасности для оператора. После завершения работ по созданию тех­нических средств моделирования приступают к подго­товке и проведению эксперимента с помощью создан­ной модели. Эксперимент, как уже отмечалось, включает три стадии: планирование эксперимента, проведение исследования (собственно эксперимент), анализ и об­работка полученных результатов. Методы их проведе­ния ничем не отличаются от описанных ранее.

Позволяя решить целый ряд задач анализа и изу­чения деятельности, физическое моделирование не лишено некоторых ограничений и недостатков, подчас затрудняющих его применение. Одним из существен­ных ограничений физического моделирования являют­ся сравнительно высокие затраты времени и средств на проведение исследований, требующие оценки и обоснования его экономической целесообразности.

Другим ограничением является отсутствие до на­стоящего времени завершенной теории и универсаль­ных критериев количественной оценки инженерно-психологического подобия модели деятельности ее оригиналу. Проблематичность разработки таких кри­териев существенно возрастает именно для рассмат­риваемых задач конструирования СЧМ, когда модель создается в отсутствие самой системы. Поэтому в обо­сновании характеристик физических моделей продол­жают занимать ведущее место экспертные методы оценки.

Еще одним недостатком физического моделирова­ния является то, что для каждого отдельного случая приходится создавать новую модель, а модели слож­ных устройств достаточно трудоемки в изготовлении и дороги, вариации параметров модели в этом случае затруднены. Избежать этого в ряде случаев помогает применение полунатурального моделирования. При таком моделировании оператор работает в условиях, максимально приближенных к реальным. Он использу­ет реальные органы управления и средства отображе­ния информации, его рабочее место сконструировано аналогично реальному. Однако уравнения, описывающие состояние технической части системы, моделиру­ются средствами вычислительной техники. Это позво­ляет оперативно и в широких пределах менять парамет­ры технической части системы и тем самым проводить исследование СЧМ в различных условиях работы. Это позволяет повысить универсальность модели и снизить ее стоимость [201].

Помимо сказанного ранее, трудность создания фи­зической модели состоит в том, что она не позволяет из-за технических возможностей полностью воспроиз­вести все факторы деятельности оператора реальной си­стемы. Одним из путей преодоления этой трудности является прогнозирование наиболее характерных фраг­ментов процесса функционирования СЧМ с выделени­ем подмножества факторов деятельности, влияющих на ситуацию управления в этом фрагменте деятельности. Модели, воспроизводящие сравнительно небольшое ко­личество факторов деятельности, необходимое и достаточ­ное для адекватного воспроизведения конкретной ситуа­ции управления, называются ситуационными, в отличие от комплексных моделей, ориентированных на полный набор условий и режимов деятельности оператора.

В общем случае создание ситуационной физичес­кой модели сводится к разработке технических средств, обеспечивающих воспроизведение в реальном масшта­бе времени требуемой факторной ситуации. При этом структура и характер модели определяются видом под­множества факторов ситуации и закономерностями межструктурных переходов. Среди различных подмно­жеств факторов, которые наиболее часто определяют направленность исследуемых ситуаций деятельности, выделяют:

■ информационно-логические параметры управления объектом;

■ параметры коммуникативных связей в группе операто­ров;

■ пространственно-временные параметры используемых источников информации;

■ параметры рабочей среды на рабочем месте оператора и др.

Для построения ситуационной физической модели в каждом конкретном случае выбирается подмножество -факторов, определяющих исследуемую ситуацию дея­тельности оператора, и разрабатывается логико-временная схема варьирования факторных структур. Выб­ранная схема реализуется при помощи типовых или специально разработанных технических устройств, входящих в состав функционального макета оборудо­вания СЧМ [4].

В целом физическое моделирование деятельности оператора и его важнейшие разновидности как полу­натурное и ситуационное относится к числу наиболее информативных методов исследования и оценки СЧМ, позволяющих в значительной мере ликвидировать пробелы в информационном обеспечении процессов их проектирования. С усложнением технических средств и процессов деятельности оператора применение ме­тодов физического моделирования становится все бо­лее эффективным и необходимым.