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.
Дата добавления: 2017-08-01; просмотров: 375;