Зависимость ошибочных реакций от вида движения
Вид движения | Вероятность ошибки |
Продольные и поперечные движения левой руки | 0,017 |
Вертикальные движения обеих рук | 0,018 |
Продольные движения рук | 0,021 |
Нажатие указательными и средними пальцами обеих рук | 0,027 |
Продольные и поперечные движения правой руки | 0,030 |
Поперечные движения рук | 0,030 |
Нажатие четырьмя пальцами правой руки | 0,040 |
Поворотные движения рук | 0,091 |
Частота ошибок зависит также от пальца, которым осуществляется управляющее воздействие. С точки зрения увеличения частоты ошибок различные пальцы располагаются в следующем порядке: большой, средний, указательный, мизинец, безымянный.
При отработке сигналов одновременными движениями различных сочетаний пальцев скорость реакции и частота ошибок зависят также от числа пальцев, участвующих в сочетании. В общем случае с увеличением числа пальцев в сочетании увеличивается как время реакции, так и число ошибок. Эти показатели зависят также от того, какие именно пальцы участвуют в сочетании [192]. Данное обстоятельство необходимо учитывать при построении так называемых полифункциональных клавиатур (см. главу XVII).
Независимо от режима работы по всем направлениям наблюдается рост числа ошибок с ростом амплитуды движений.
Наиболее распространенным видом сенсомоторной координации являются операции слежения. Задача оператора в этом случае заключается в том, чтобы посредством воздействий на органы управления удерживать движущийся объект на заданной траектории или совмещать его с другим движущимся объектом. В отличие от реакций, которые носят дискретный характер, операции слежения представляют собой по видимости непрерывный процесс.
Различают два основных вида операций слежения. В случае, когда оператор воспринимает весь ход изменений входного и выходного сигнала и сводит к нулю разностную ошибку, операция называется сопровождающим слежением (слежением с преследованием). Если же оператор воспринимает только разность между входным и выходным сигналами и стремится свести ее к нулю, слежение называется компенсирующим.
В качестве разновидности сопровождающего слежения иногда выделяют слежение с предвидением. Под ним понимается процесс, при котором оператор воспринимает не только текущее значение входного сигнала, но и закон его изменения на некоторый отрезок времени вперед. Примером такого слежения является управление автомобилем в условиях, когда оператор видит лежащий впереди участок дороги. Установлено, что предвидение существенно улучшает условия деятельности оператора и повышает точность слежения. Этот вид слежения используется, например, в индикаторах с предсказанием, которые находят применение в авиации. Эти индикаторы предоставляют летчику информацию о будущих состояниях переменных параметров, находящихся под его управлением. Предвидение результатов управляющих воздействий позволяет летчику точно и своевременно рассчитать маневр по управлению самолетом [2].
Основными характеристиками процесса слежения являются: время инерции, время нахождения метки на цели, величина ошибки слежения, плавность слежения. Переменными параметрами являются скорость движения цели, первоначальное рассогласование и время слежения [201].
Лучшими оказываются характеристики процесса слежения с преследованием. Установлено, что время инерции колеблется в пределах 0,65—1,25с, причем наибольшим оно оказывается для малых скоростей движения цели (менее 8 мм/с). Время нахождения метки на цели составляет 5 — 7% всего времени слежения. По мере тренировок это время может быть доведено до 20 и более процентов.
Средняя ошибка слежения колеблется в пределах 0,15—0,20с. при скорости движения цели в поле зрения 2 мм/с и 0,05—0,15с при скорости 10мм/с. Наибольший удельный вес в процессе слежения составляют операции опережения (40—50%). Колебательный процесс слежения характеризуется частотой 1,5—5Гц.
Помимо сенсомоторного слежения в перспективе представляется возможность использования чисто сенсорного слежения, в котором оператор управляет объектом путем перемещения взгляда. Для этого используются бесконтактные датчики определения точек фиксации взгляда [127].
Так же как и для сенсомоторных реакций, при изучении процессов слежения большое значение имеет анализ возможных причин нарушения процессов сенсомоторной координации. Установлено, например, что при слежении за случайными сигналами сбои и отказы в работе оператора, возникающие с увеличением частоты этого сигнала, обусловливаются не столько ограничениями сенсомоторики человека по частотным характеристикам, сколько тем, что при высокой частоте случайного сигнала затрудняется предвидение [20]. Данное обстоятельство следует учитывать при отборе и тренировках операторов, организации рабочих мест (применение, например, индикаторов с предсказанием).
Крайним случаем нарушения сенсомоторной координации является срыв слежения. Под ним понимается ситуация, при которой величина дисперсии ошибки слежения равна дисперсии входного сигнала. Иными словами, это равносильно полному бездействию оператора. Системное исследование показало, что при слежении за периодическими сигналами срыв деятельности может быть вызван разными причинами: усложнением деятельности (увеличением частоты предъявляемого сигнала), утомлением, изменением отношения оператора к выполняемой деятельности. В каждом из этих случаев срыв слежения носит специфический характер, объясняющийся нарушением устойчивости различных сторон деятельности. Частота срыва слежения определяется главным образом возможностями оператора прогнозировать предъявляемый сигнал [201].
Важной инженерно-психологической задачей является определение возможных путей повышения эффективности слежения. Эта работа проводится по трем основным направлениям. Первое из них связано с выбором оптимальных значений параметров объекта и системы слежения. В системах, где операция слежения представляет измерение координат некоторой цели, имеется свобода выбора как схемы и величин параметров системы слежения, так и типа индикатора (сопровождающего или компенсационного), наиболее подходящего для условий применения данной СЧМ. В случаях, когда операция слежения представляет управление динамическим объектом известного типа, имеется возможность только выбора величин параметров объекта. Однако в обоих случаях параметры системы должны быть назначены оптимальными.
Другое направление основано на увеличении объема информации, предъявляемой оператору. Для этого в систему вводятся дополнительные цепи, представляющие собой, как правило, обратные связи. Дополнительная информация может подаваться, подобно основной, по зрительному каналу. Примером этого являются схема с ускоряющими обратными связями и схема с прогнозирующим дисплеем. Кроме рассмотренного случая дополнительная информация может поступать через обратные связи других модальностей. Это, например, случаи дублирования сигнала рассогласования по зрительному и слуховому каналам [40]. Широко используются также проприоцептивные обратные связи, служащие для подачи оператору специально организованной дополнительной информации. Примерами работ этого направления является рукоятка управления, выполненная как динамический аналог управляемого объекта, и система слежения, в которой входные сигналы подаются одновременно на визуальный индикатор и на подвижное кресло оператора. Исследования показали, что введение сигналов обратной связи особенно полезно при высокочастотном входном сигнале [40,201].
В основе третьего направления лежит идея параллельной и взаимосвязанной работы нескольких операторов. В простейшем случае п операторов, имея в своем распоряжении одинаковые системы, следят за одним и тем же входным сигналом. При независимости ошибок слежения отдельных операторов дисперсия общей ошибки уменьшается в п раз в сравнении с дисперсией ошибки одного оператора. В более сложных случаях отдельные операторы выполняют не идентичные, а разные задачи. Сложная деятельность по отслеживанию входного сигнала подразделяется на простые, не совпадающие между собой операции, упрощающие работу каждого из операторов [193].
Одним из примеров подобного разделения функций является схема, в которой два оператора выполняют совместное слежение за перемещением объекта на экране дисплея. При этом первый оператор не обязан удерживать перекрестие визира на движущемся объекте. Его задачей является ликвидация перемещений объекта относительно сетки на экране. Это делает управляющие движения человека более простыми. Второй оператор ликвидирует смещение объекта относительно центра визира, при этом его действия также существенно упрощены.
Замена операции слежения операцией синхронизации дает существенное сокращение времени переходного процесса в 1,4—1,5 раза при угловой скорости радиуса-вектора наблюдаемого объекта, равной 0,23 1/с. Эквивалентная схема такого объединения операторов может быть представлена последовательным соединением астатического (первый оператор) и статического (второй оператор) звеньев первого порядка. При этом второй оператор ликвидирует ошибку по скорости, которая допускается на первом этапе слежения [193].
Анализ процессов слежения, выполняемых человеком, часто производится с помощью определения передаточных функций. Они предложены в теории автоматического управления для описания линейных систем. Передаточные функции полностью определяются динамическими свойствами системы и не зависят от типа входного сигнала. Только при выполнении этих условий возможно их корректное применение для описания и анализа деятельности оператора.
Однако при анализе спектра ответных действий оператора обнаружено, что он содержит кроме требуемого сигнала еще ряд составляющих и случайный процесс, которые не предусмотрены целью деятельности. Это является следствием дополнительных движений и свидетельствует об эффекте нелинейного преобразования оператором входного сигнала. Эффект невелик на малых частотах и существенно возрастает по мере увеличения частоты входного сигнала. Следовательно, линейные модели человека-оператора справедливы только при низких частотах предъявляемого сигнала (менее 0,75 Гц).
Экспериментальный анализ деятельности оператора в режиме слежения показал двойную природу дополнительных движений. С одной стороны, они являются ошибкой слежения, т. е. представляют собой отрицательный фактор. С другой стороны, они имеют информационный характер и необходимы для успешного осуществления слежения. При создании линейных моделей эти движения не учитываются. Это приводит к потере информации о регуляции деятельности, поскольку такие движения являются одним из показателей психологических особенностей работы оператора в режиме слежения. Потери информации тем больше, чем выше частота входного сигнала [201].
Для оценки деятельности оператора при слежении используют как частные (время инерции, ошибка слежения и др.), так и обобщенные показатели. Последние позволяют дать интегральную оценку деятельности оператора. Одним из таких показателей является обобщенная рабочая характеристика оператора (ОРХ). В качестве ОРХ используется время Т = f (R, Q, λ) существования (правильного функционирования) тройки <R, Q, λ>, где R— математический оператор, характеризующий входной для человека сигнал; Q— математический оператор, характеризующий закон необходимых преобразований, выполняемых человеком над входным сигналом; λ — заданная из условий целостности СЧМ точность преобразования входного сигнала. Термин ОРХ указывает, что время Т, во-первых, является обобщающим фактором для всех параметров, влияющих на характеристики оператора (психологические, физиологические и др.), и во-вторых, позволяет определить все множество значений троек <R, Q, λ >, для которых выполняется условие целостности СЧМ, т. е. f (R, Q, λ)≥Т. Обобщенная рабочая характеристика нашла практическое применение для расчета и оптимизации непрерывных систем ручного управления [131].
Анализ и оптимизация управляющих движений могут осуществляться также с помощью методов целенаправленной механики (механики управляемого тела), предложенной и разработанной для описания движений человека при больших отклонениях органов управления [72]. В отличие от классической механики в целенаправленной механике кроме трех законов Ньютона применяется еще понятие цели движения, поставленной заранее человеком. Она является доминирующим понятием, поскольку движением управляют исключительно ради достижения цели (решения поставленной задачи).
Методы целенаправленной механики были применены для описания движения тела человека и для построения антропоморфного робота — манипулятора, обладающего элементами искусственного интеллекта. При помощи данного метода построена также теория процесса письма, работы на пишущей машинке или кнопочном пульте управления, а также теория совместных движений зрительного аппарата и руки при выполнении различных задач.
Для решения указанных задач разработаны нелинейные модели. Однако практическая их реализация сопряжена с некоторыми трудностями. Одна из них состоит в том, что модели оператора имеют много степеней свободы, что затрудняет составление уравнений движения и их решение. Другая трудность обусловлена недостатком данных по анатомии и динамической антропометрии мускульного аппарата человека. Преодоление этих трудностей создаст большие возможности для адекватного описания двигательных функций человека-оператора с помощью методов целенаправленной механики.
Дата добавления: 2016-03-05; просмотров: 775;