Методы регистрации и измерения показателей деятельности оператора

Измерения в процессе инженерно-психологичес­кого исследования и анализа деятельности оператора могут быть, как уже отмечалось, физическими и пси­хологическими. Физическими методами определяются такие показатели, как время выполнения тех или иных действий, геометрические размеры оборудования, ан­тропометрические характеристики, физические и хи­мические факторы внешней среды, энерготраты опе­ратора и др. Эти измерения проводятся с помощью специальных измерительных приборов, методы прове­дения таких измерений широко освещены в техничес­кой литературе. С помощью психологических методов измеряются показатели, недоступные прямому физи­ческому измерению, например, психологические ха­рактеристики оператора, эргономические свойства продукции, некоторые субъективные характеристики сигналов (например, громкость и высота звука) и др. Измерительным инструментом в таких измерениях является вся процедура психологического исследова­ния, включающая и самого исследователя или испыту­емого.

Основными видами измерений в инженерной пси­хологии являются: определение показателей деятель­ности оператора, измерения в процессе подготовки оператора к деятельности, определение предельных возможностей человека. Рассмотрим более подробно эти виды измерений и используемую при этом изме­рительную аппаратуру.

I. Определение параметров деятельности человека-оператора в процессе функционирования СЧМ осу­ществляется по таким направлениям.

1. Временные характеристики измеряются с помощью ме­ханических и электронных секундомеров, рефлексометров, хронорефлексометров, комплексных времяизмерительных устройств.

2.Точностные характеристики, ошибки определяются кос­венно на основе измерений длительности действий и сопо­ставления с нормативами; путем регистрации пространственных характеристик методами фото-киносъемки, ви­деозаписи, цикло- и хроноциклографии, путем введения специальных автоматических устройств, фиксирующих ошибки в конкретной системе и ситуациях.

3.Алгоритмы и структуры действий в процессе приема, пере­работки и выдачи информации определяются путем регис­трации траекторий движения глаз методами киносъемки, видеосъемки, окулографии, фото-, пьезоэлектрической записи и т. п.; исследования движений рук, ног и других частей тела описанными выше методами; фиксации пере­говоров и других способов обмена информацией в магни-тозаписиит. п.

4.Надежность деятельности операторов и функционирова­ния СЧМ непосредственно не измеряется, а определяется расчетом при сопоставлении названных выше (пп. 1,2,3) характеристик с требованиями функционирования СЧМ.

5.Соответствие антропометрических и психофизиологи­ческих характеристик рабочего места условиям опти­мальности определяется путем пространственных изме­рений в рабочей зоне с помощью линейных и угловых измерительных приборов, объективной регистрации дви­жений и поз оператора в процессе деятельности методами фото-, кино-, видеосъемки, цикло- и синхроциклографии, а также с помощью динамометрии.

6.Параметры внешней среды (освещенность, звуковые воз­действия и вибрации, метеорологические факторы, зага­зованность, запыленность и т. п.) измеряются специаль­ным оборудованием для гигиенических исследований.

7.Групповое взаимодействие при совместной деятельности операторов исследуется описанными выше методиками объективной регистрации внешних действий, применяется магнитная запись общения и при необходимости графи­ческая регистрация индивидуальных действий и взаимо­действия с помощью различных самописцев, магнитогра­фов, гомеостатов.

8.Психофизиологическое состояние операторов фиксиру­ется дискретно или непрерывно с помощью комплекта фи­зиологических датчиков с соответствующей аппаратурой (показатели состояния сердечно-сосудистой системы, ды­хания, кожно-гальванических реакций, центральной не­рвной системы и т. д.). Наряду с непрерывными измерения­ми возможно периодическое исследование характера протекания психических процессов: измерение критичес­кой частоты слияния мельканий, длительности различных сенсомоторных реакций с помощью рефлексометричес-кой аппаратуры, характеристик внимания, памяти, логи­ческого мышления путем предъявления тест-объектов с помощью тахистоскопов и другими методами; измерение точности и координации движений при выполнении специ­альных тестирующих действий (тремометрия, координо-метрия, динамометрия и т. п.); измерение функциональных характеристик анализаторов (зрительного, слухового, кожного) с помощью специальной аппаратуры.

В последнее время измерение параметров функ­ционального состояния человека-оператора в процес­се деятельности приобретает все большую важность в связи с усложнением задач, повышением требований к надежности СЧМ и является абсолютно необходимым при создании адаптивных систем.

Все перечисленные группы характеристик деятель­ности являются динамическими и могут быть определе­ны только в ходе реальной деятельности по управлению СЧМ. Если это неосуществимо на функционирующем объекте, то измерения комплекса, а чаще всего отдель­ных характеристик выполняются на моделях с той или иной степенью приближения. Это широко использует­ся при инженерно-психологическом проектировании СЧМ и в целях оптимизации действующих систем.

II. Измерения в процессе подготовки операторов к деятельности включают три направления, обус­ловленные спецификой ставящихся задач.

1. Профессиональная диагностика — измерение индивиду­альных психологических и психофизиологических ха­рактеристик для выяснения их соответствия требованиям деятельности.

а) Характеристики анализаторов (органов чувств) изме­ряются с помощью разработанной для медицинских целей специальной аппаратуры, к которой относится большая группа офтальмологических приборов (адап­
тометр, аномалоскоп и др.) для исследования зрения, аудиометрическое оборудование для исследования слуха, ольфактометр для изучения обоняния, альгезиметры — болевой чувствительности и т. д.

б) Характеристики процессов переработки информации
(восприятия, памяти, мышления) исследуется с помо­щью специальных устройств, обеспечивающих дозированное по времени, объему и прочим характеристи­кам предъявление информации и одновременную реги­страцию хода и результатов ее обработки. Для этих целей используются тахистоскопы, рефлексометры, времяизмерительные устройства и специальные стен­ды, модели, в той или иной степени приближенные к конкретным интересующим исследователя ситуациям.

в) Моторные (двигательные), силовые и антропометри­ческие характеристики измеряются специальным обо­ рудованием, выпускаемым для медицинских целей (эр­гометры, динамометры, измерительные линейки, циркули и т. п.). сложные сенсомоторные характерис­тики точности, скорости, координации движений из­меряются на специальных установках (тремометрах,
«суппортах», координометрах и т. п., которые серийно не выпускаются).

г) Типологические характеристики центральной нервной системы определяются с помощью специальных аппаратурных и безаппаратурных тестов, для проведе­ния которых унифицированного оборудования пока
нет, либо с помощью электроэнцефалографа путем ре­гистрации и анализа энцефалограмм при выполнении специальных заданий.

д) Индивидуально-личностные характеристики опреде­ляются с помощью бланковых методов и тестов. Для обработки и обобщения первичных данных целесообразно использовать ЭВМ.

2. Обучение, тренировка операторов, контроль результатов их деятельности осуществляется с помощью специальных стендов, тренажеров и другого оборудования, позволяю­щего имитировать основное психологическое содержа­ние деятельности.

В тренажерах целесообразно использовать устрой­ства регистрации параметров действий и обратной связи для ускорения хода научения и оценки его ре­зультатов.

Тренажеры используются также для поддержания уровня необходимой квалификации и готовности опе­раторов в АСУ, где вмешательство в процесс управле­ния необходимо только в моменты сбоев при переходе на ручное управление.

Контроль некоторых результатов обучения возмо­жен с помощью диагностической аппаратуры, перечисленной в п. 1. С ее помощью удается измерить до­стигнутый уровень развития профессионально важных качеств и навыков.

3. Формирование групп операторов может производиться экспериментальным путем с применением гомеостатов различных типов, позволяющих оперативно выявить структуру группы, роли ее участников, показатели со­вместимости и срабатываемости.

III. В некоторых ситуациях, особенно при разработке новых систем или выяснения причин неэффектив­ности существующих, важное значение имеет оп­ределение предельных возможностей человека по отношению к конкретномувиду и условиям дея­тельности. Такое исследование возможно только на специальных моделях, стендах с одновремен­ным применением комплектов аппаратуры, реги­стрирующей характеристики деятельности, функциональные возможности человека и группо­вые параметры в случае совместной деятельно­сти нескольких операторов. Пример такого стен­да показан на рис. 6.2.

Измерение рассмотренных выше характеристик и показателей деятельности оператора имеет ряд особен­ностей, связанных прежде всего с вариабельностью человеческого поведения. Это проявляется в следую­щем [167].

1. В процессе работы человек непрерывно обучается, что приводит к улучшению характеристик его работы. Это затрудняет воспроизводство испытаний, ибо при повтор­ных испытаниях человек является более подготовленным, чем в предыдущих.

2. На протяжении рабочего дня наблюдается изменение по­казателей работы человека вследствие изменения его су­точных биоритмов. Кроме того работоспособность чело­века носит фазный характер (рис. 4.9), поэтому при проведении измерений необходимо учитывать явления врабатываемости и утомления.

3. Все характеристики деятельности оператора в силу под­верженности влиянию большого числа объективных и субъективных факторов являются случайными величинами, поэтому для их определения и регистрации необходи­мо использовать статистические методы.

По способу проведения инженерно-психологичес­кие измерения могут быть прямыми (искомая характе­ристика измеряется непосредственно, например, время реакции, число ошибок, физиологические показатели и т. п.) и косвенными, когда измеряется непосредствен­но не сама изучаемая характеристика, а некоторая вспомогательная величина (индикатор измерений), по измерению которой и судят об искомой характеристи­ке. Процедура косвенных измерений в инженерной психологии рассмотрена в работах [127, 168].

Одним из наиболее важных и часто встречаемых видов измерения в инженерной психологии является измерение времени (времени реакции, времени выпол­нения отдельных действий, времени решения задачи оператором и т. п.). Измерение времени осуществляет­ся при контроле функционального состояния операто­ра, проведении профессионального отбора, проведении различных видов хронометража, разработке нормати­вов операторской деятельности, оценке быстродействия и надежности оператора и системы «человек-машина», определении степени обученности оператора, контро­ле результатов его деятельности и т. п. Во многих слу­чаях временные характеристики работы оператора используются в качестве индикатора при проведении косвенных измерений.

Для измерения времени в зависимости от величи­ны измеряемых интервалов и требуемой точности мож­но использовать механические стрелочные секундоме­ры; электрические секундомеры импульсного типа либо электрические счетчики с генератором импуль­сов заданной частоты; электронные миллисекундомеры с цифровой индикацией и выходом для цифропечати. Последние наиболее удобны, однако в связи с ограниченными возможностями приобретения их мож­но заменить любыми счетчиками импульсов (пересчет­ными приборами, например, декатронами) с частотой счета не менее 10³ импульсов в секунду и емкостью не менее четырех знаков (декад). Соединение таких счет­чиков с генератором импульсов с частотой 1000 (100, 10) Гц превращает его в электронный секундомер с соответствующей точностью измерений.

В некоторых случаях (при проведении хрономет­ража, нормировании операторской деятельности) воз­никает необходимость измерения времени выполнения оператором отдельных элементарных действий, что связано с рядом трудностей. Во-первых, это время трудно поддается непосредственному измерению (пер­цептивные, умственные, мнемические действия). Во-вторых, время выполнения многих элементарных дей­ствий весьма мало (сотни и даже десятки миллисекунд). В-третьих, зачастую сложно отделить одно действие от другого. Поэтому непосредственное измерение време­ни здесь затруднено и требует громоздкой и дорогос­тоящей аппаратуры. В этом случае для облегчения из­мерения времени выполнения отдельных действий может быть использовано сочетание аналитического и экспериментального методов [182].

Сущность методики заключается в следующем. Пусть имеется п задач, решаемых оператором. Каждая задача разбивается на к различных, но одних и тех же для каждой задачи типов элементарных действий. Обозначим через общее число действий j-ro типа в i-ой задаче. Тогда математическое ожидание времени решения i-ой задачи равно

где — математическое ожидание времени выполнения j-ro действия.

Если имеется n задач, то получаем систему n линей­ных алгебраических уравнений с п неизвестными. Если при этом определитель системы отличен от нуля, то сис­тема имеет единственное решение, в результате решения которого находятся неизвестные . Аналогичная система уравнений может быть получена и для определения дис­персий времени выполнения отдельных действий. Вели­чины Т_i измеряются при этом непосредственно с помо­щью приборов и методик, описанных выше. Подробнее описание данной методики и примеры ее практического использования приводятся в работах [168, 169].

Во многих случаях при проведении инженерно-психологических исследований помимо измерений осуществляется также регистрация (от лат. regestratio — список, перечень) действий оператора. Под ней понимается фиксация объективными методами дей­ствий оператора на некоторый материальный носитель (бумажную или магнитную ленту, фото- или киноплен­ку, запись в память ЭВМ и др.) с целью их дальнейше­го анализа и изучения. С этой целью применяется регистрация рабочих движений и позы оператора, движений глаз, движений органов управления, речевых сообщений, временных характеристик трудового про­цесса, некоторых физиологических показателей.

Биомеханическую характеристику рабочих движе­ний можно получить с помощью методов циклографии, киносъемки, голографии, гониографии и др. Простран­ственные перемещения фиксируются путем стереоско­пической съемки, т. е. съемки двумя объективами с параллельными или конвергирующими оптическими осями. При исследовании угловых перемещений ис­пользуются методы гониографии, тензометрии, изме­рения напряженности магнитных полей. Для изучения двигательной нагрузки используются шагомеры, они же могут применяться для регистрации вертикальных и горизонтальных движений рук.

Регистрация движений глаз осуществляется с помо­щью специального датчика, который укрепляется на глаз­ном яблоке, путем киносъемки или записи изменений биопотенциалов глазных мышц (электроокулография), а также путем улавливания перемещений луча, отражае­мого от глазного яблока. Для регистрации движений органов управления используются потенциометрические датчики с последующим усилением электросигнала и записью на осциллографе. Речевые сообщения (коман­ды, доклады) фиксируются с помощью ларингофонов и магнитофонной записи. При этом важно регистрировать их одновременно с трудовыми операциями. Спектраль­но-временной анализ речи может дополнительно дать представление о степени нервно-эмоционального напря­жения человека. Регистрация временных Характеристик трудового процесса ведется с помощью хрЬнометража, хронографии, фотографии рабочего дня. Для регистра­ции физиологических показателей используются элект­рофизиологические методы.

В заключение рассмотрим более подробно основ­ные методы регистрации действий оператора. Среди них в первую очередь следует выделить циклографию, хронометраж и хронографию, эргографию, стробогра-фию, соматографию.

Циклография дает возможность определить основ­ные биомеханические параметры движения — траекто­рию, скорость, ускорение, мышечное усилие. Сущность ее состоит в регистрации точечных изображений тра­ектории движения на неподвижную фотопленку. Для этого на подвижных частях тела укрепляются электри­ческие лампочки. Перед фотоаппаратом помещается абтюратор, имеющий определенную скорость вращения. На фотопластинке фиксируются последовательные по­ложения лампочек, перемещающихся при движении вместе с исследуемыми кинематическими цепями.

При киноциклографии в отличие от циклографии фотокамера с зафиксированной информацией о движе­нии лампочек медленно и равномерно перемещается. Вместо лампочек используются контрастные отметки, а роль абтюратора играют последовательно снимаемые кадры. Эти методы позволяют осуществить плоскостную регистрацию циклических рабочих действий. Близким к рассмотренным методам является и стробофотография — метод исследования движения человека с помощью спе­циальных снимков — хроноциклограмм, на которых за­печатлена вся последовательность и характер действий человека во время выполнения какой-либо операции.

Хронометраж, хронография и фотография рабоче­го дня служат для получения данных о трудовом про­цессе, режимах труда и отдыха. Хронометраж — это измерение времени выполнения отдельных действий или операций с помощью секундомера, осциллографа, рефлексометра и т. п. Фотография рабочего дня зак­лючается в определении продолжительности и после­довательности труда и отдыха, регистрации всех опера­ций в течение рабочего дня. Одной из разновидностей хронометража является хронография — графическая регистрация временных параметров. С помощью хронографии исследуется двигательная и сенсорная актив­ность оператора в процессе трудовой деятельности. При этом объектом исследования могут быть рабочие дви­жения и поза, зрительные, слуховые и тактильные обращения к объектам труда, средствам отображения информации и др.

Хронометражные наблюдения дают возможность определить временные характеристики элементов тру­дового процесса, характер и содержание труда, бюд­жет рабочего времени, свидетельствующий об общей занятости оператора и загруженности его на отдель­ных операциях. Это характеризует темп работы, позво­ляет выявить наличие напряженности или монотонно­сти деятельности.

Эргография представляет запись результатов дея­тельности человека, связанных с изучением работы его мышц, определения величины мышечной работоспо­собности, регистрации движений рук и ног.

Под соматографией понимают технико-антропо­метрический анализ рабочей позы оператора. Целью соматографии является оценка удобства рабочей позы оператора путем построения соматограмм — схемати­ческих изображений тела человека вместе со средства­ми отображения информации, органами управления и т. д. в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Помимо соматографии при отработке конструкции рабочих мест используется и проектография. Она зак­лючается в том, что изображение фигуры или силуэта человека в различных положениях проектируется на чертеж с готовых диапозитивов. Этот метод требует определенной подготовки, но и имеет существенное преимущество, заключающееся в том, что анализ мож­но проводить на чертежах и схемах, выполненных в различном масштабе. Таков далеко не полный перечень объективных методик, используемых для объективного измерения и регистрации показателей деятельности человека. Более подробные сведения по данному воп­росу приводятся в соответствующей литературе [7, 87, 107, 108, 173, 205].