Человек-оператор в СЧМС

В системе «человек–машина–среда» человек является центральным звеном системы управления, и его деятельность может быть представлена в виде последовательности четырех основных этапов: прием информации, оценка и переработка информации, принятие решения и реализация принятого решения (табл. 23.1). Первые два этапа иногда называют получением и преобразованием информации, а последние два – обслуживанием (реализацией).

Одной из главных характеристик СЧМС являются особенности взаимодействия человека с ее техническими компонентами. Разнообразные управляющие функции системы в одних случаях наиболее успешно может реализовывать человек, а в других – техническое устройство. Знание функциональных возможностей человека и машины, их преимуществ и недостатков необходимо при проектировании СЧМС и, в частности, при решении задачи распределения между ними функций по управлению системой. Сравнительные характеристики функциональных особенностей этих двух компонентов СЧМС представлены в табл. 23.2.

Из табл. 23.2 видно, что человек по своим возможностям превосходит машину в творческих компонентах деятельности, в задачах с неопределенным содержанием и

исходом, в адаптации к изменяющимся условиям труда и т.д. Машина имеет неоспоримые преимущества в быстродействии и точности при выполнении математических расчетов, в хранении в памяти большого объема информации и оперативности ее воспроизведения,

Таблица 23.1 Этапы деятельности человека-оператора

(по книге: «Основы инженерной психологии», 1986).

в скорости выполнения операций по заданному алгоритму и т.д. При сравнении машины и человека следует учитывать способность человека объединять отдельные сигналы в целостную структуру, что позволяет находить наиболее экономичные способы их приема и переработки. Способы приема информации машиной ограничены, а методы переработки информации фиксированы, – разнообразие этих методов значительно уступает тем, которые использует человек. При всех прочих равных условиях надежность аппаратуры с высоким уровнем автоматизации быстро ухудшается в сложных эксплуатационных условиях.

В настоящее время понятие «информация» принято ставить в один ряд с категориями «вещество» и «энергия». По определению М.А. Котика, информация – это некоторое качество, присущее всем материальным системам и отражающее разнообразие их свойств или степень упорядоченности этих свойств. Отражение свойств материальной системы осуществляется посредством соответствующего носителя информации, способного воспроизводить или сохранять разнообразные свойства системы. В понятии «информация» отражается степень разнообразия или упорядоченности свойств, состояний действительности. Принято считать, что чем более разнообразны свойства объекта, тем больше информации содержит данный объект. В этом смысле информация существует объективно и независимо от получателя. Вступая во взаимодействие, объекты обмениваются не только энергией, но и информацией: обмен информацией носит всеобщий и универсальный характер.

Таблица 23.2. Функциональные характеристики человека и машины.

Система передачи информации в операторской деятельности включает в себя: источник информации – носители информации об объекте (знаки, сигналы) – и приемник информации (субъект), к которому по каналу связи поступают эти знаки. В результате процесса передачи информации в приемнике (в сознании оператора) создается соответствующий образ, который с той или иной степенью точности и полноты отражает реальный объект.

Образ объекта формируется не только на основе особенностей самого отраженного свойства объекта, но и под влиянием знаков, посредством которых передается сообщение об этом свойстве. Формирование образа объекта зависит от степени соответствия между, во-первых, объектом и знаком, несущим информацию о нем, и, во-вторых, знаком и образом, возникающим в результате восприятия знака; в первом случае речь идет о процессе кодирования информации, во втором – о процессе ее декодирования.

Информацию, используемую оператором в системе управления, можно оценить:

1) по ее содержанию, т.е. исходя из ее семантической стороны (о каком свойстве, каком параметре она свидетельствует);

2) по объему сведений, т.е. по количеству информации, которое передается (с какой полнотой, точностью передаются данные);

3) по ее практическому значению в управляющей деятельности, т.е. исходя из прагматической стороны информации (насколько она полезна, как отражается на деятельности оператора, ее результатах).

Следует различать объективное значение информации для деятельности и ее субъективное значение, т.е. смысл, который она приобретает в сознании отдельного оператора. Анализируя смысл информации, можно выделить его содержательную и эмоциональную сторону (Ломов Б.Ф., 1966; Котик М.А., 1978; Бодров В.А., Орлов В.Я., 1998).

Понятие «количество информации» и связанное с ним понятие «пропускная способность канала связи» используются для более объективного изучения и оценки процессов передачи и получения информации человеком. Количественная оценка информации дается с помощью понятия «энтропия». К. Шеннон рассматривал энтропию как меру неопределенности события. Изменение энтропии, обусловленное полученным сообщением, определяет количество информации, содержащееся в конкретном сообщении. Единицей количественного измерения информации является бит (от англ. binary digit – двоичная единица) – единица информации, соответствующая сообщению о том, что произошло одно из двух равновероятных событий. Чем шире ряд альтернатив, тем больше требуется информации для того, чтобы сделать выбор.

Среднее количество информации рассчитывается по формуле К. Шеннона:

где H – среднее количество информации, Р_i – вероятность i-гo события.

В реальных системах связи часть информации искажается помехами, а часть теряется при передаче. Поэтому для того чтобы оценить тот или иной канал связи, важно оценить количество переданной информации. Эта величина определяется по формуле:

где Т (х, у) – мера переданной информации, H (х) – информация, поступающая в канал связи, Н (у) – информация, выходящая из канала связи, H (х, у) – информация, содержащаяся в совместном появлении сигналов, поступающих в канал связи и исходящих из него. Если информация искажается при передаче, то определяют еще одну величину Ну (х), которой измеряется «инородная», не относящаяся к делу информация, возникающая из-за помех или «шума».

Информационные процессы характеризуются не только количеством, но и скоростью передачи информации, которая определяется по формуле:

где R – скорость передачи информации, Т (х, у) – мера переданной информации, t – время, в течение которого передается информация.

Максимальная скорость, с которой канал связи может передавать информацию, называется его пропускной способностью. Она измеряется в битах в секунду. Эта величина, по данным различных исследователей, составляет от 4-6 до 50-70 бит/с.

Использование количественных мер теории информации для оценки возможностей человека-оператора по приему и переработки информации имеет ряд ограничений, главное из которых заключается в том, что воспринимающей системе (человеку) должен быть известен весь алфавит событий, а также вероятность их поступления. Такому условию может соответствовать весьма узкий класс задач, связанный, прежде всего, с опознанием сигналов и реакциями выбора. Именно при решении подобных задач человек, заранее ознакомившись с полным алфавитом сигналов и ответными реакциями на каждый из них, действует по принципу выбора из известного ему набора альтернатив.

Результаты исследований по количественной оценке возможностей человека по приему и переработке информации позволили Б.Ф. Ломову (1966) установить ряд закономерностей.

1. Возможности разных анализаторов человека по приему информации различны и поэтому максимально возможная длина алфавита сигналов должна определяться в зависимости от модальности сигналов и характера одномодальных признаков, – например, визуальные сигналы наиболее точно опознаются и идентифицируются по цвету и положению в одномерном пространстве, а звуковые – по высоте. Средняя величина принимаемой информации составляет 2,6 бита, т.е. для большинства анализаторов количество точно опознаваемых одномерных признаков находится в пределах от 5 до 9 – знаменитое «магическое число» 7 ± 2 Дж. А. Миллера.

2. Величина максимальной информации, которую может передать сигнал, является функцией числа его признаков, различаемых человеком. Увеличивая насыщение сигнала информацией, следует увеличивать и число признаков сигнала.

3. Количество информации, принимаемой человеком, можно значительно увеличить за счет введения дополнительных точек отсчета в пределах одного и того же признака сигнала.

4. Пропускная способность «сенсорного поля» человека может существенно различаться в разных условиях, что обусловливается особенностями организации деятельности

и способами ее психической регуляции. Например, при решении корректорских задач пропускная способность составляет около 18 бит/с, при обычном чтении вслух – 30 бит/с, при чтении «про себя» – до 40 бит/с, Указанные различия связаны с разными способами организации чтения в этих видах деятельности: при корректорской работе осуществляется аналитическое чтение (каждое слово разлагается на отдельные буквы, которые сравниваются с их эталонами в памяти); при чтении вслух решается задача понимания смысла текста и его передачи другим людям (операционной единицей является не отдельная буква, а зрительный образ целого слова); при чтении «про себя» изменяется способ чтения – сокращается число движений глаз, уменьшается длительность зрительных фиксаций, редуцируется артикуляционный аппарат, что способствует значительному увеличению скорости чтения (Ломов Б.Ф., 1966).

Информационная модель – организованное по определенным правилам множество сигналов о состоянии управляемого объекта, рабочей среды и способов воздействия на них, необходимое для выполнения операторских задач.