Структурная схема системы «Человек-машина»

Структурная схема системы «Человек-машина»

Рассмотрим, как работает такая система. На средствах отображения информации (СОИ) РЭС отображается не само состояние объекта управления, а имитирующий его образ, называемый информационной моделью, которая в голове оператора преобразуется в оперативный образ или концептуальную модель (conception – представление, понятие).

Информационная модель – это организованное в соответствии с определенной системой правил отображение предмета, СЧТС, внешней среды и способов воздействия на них. На основе восприятия информационной модели в сознании оператора формируется образ состояния управляемого объекта.

На «входе» человека имеются рецепторы, преобразующие энергию внешнего воздействия в нервные импульсы. В центральной нервной системе происходит сравнение поступивших сигналов с некоторыми эталонными, хранимыми в памяти, и происходит принятие решения по управлению, которое производится на основе определенных навыков.

Эффекторы производят обратное преобразование энергии импульсов в энергию движения и через органы управления РЭС управляют объектом управления или самой РЭС, состояние которой отображается на СОИ. Так происходит один цикл управления. Для нормального функционирования СЧМ необходимо обеспечить оптимальное согласование двух участков.

Особенность этой системы состоит с том, что «вход» и «выход» человека изменить нельзя. Следовательно, для обеспечения согласования при проектировании РЭС можно менять только «вход» или «выход» РЭС. Поэтому требования к проектированию РЭС (СЧМ) формулируются на основе знаний особенностей «входа» и «выхода» человека, то есть знаний особенностей построения рецепторов и эффекторов, их характеристик и особенностей восприятия человеком информации.

Стадии приема информации

Деятельность оператора по управлению начинается с приема осведомительной информации об объекте управления. Основными психическими процессами, участвующими в приеме информации, являются ощущение, восприятие, представление и мышление.

Прием информации человеком-оператором  – формирование перцептивного образа. Оно включает несколько стадий: обнаружение, различение и опознание.

Обнаружение – стадия восприятия, на которой наблюдатель выделяет объект из фона, но еще не может судить о его форме и признаках.

Различение – стадия восприятия, на которой наблюдатель способен раздельно воспринимать два объекта, расположенных рядом (либо два состояния одного объекта) и выделять детали объектов.

Опознание – стадия восприятия, на которой наблюдатель выделяет существенные признаки объекта и относит его к определенному классу.

Восприятие, как основа процесса приема информации операто­ром, характеризуется такими свойствами, как целостность, осмысленность,избирательность и константность.

Целостность восприятия возникает в результате анализа и синтеза комплексных раздражителей в процессе деятельности оператора.

Осмысленность состоит в том, что воспринимаемый объект относится оператором к определенной категории.

Избирательность заключается в преимущественном выделении одних объектов по сравнению с другими. Избирательность восприятия является выражением определенного отношения оператора к воздействию на него предметов и явлений внешней среды.

Виды труда оператора

Оператор - технолог. Оператор-технолог включен в технологический процесс непосредственно. Он работает в основном в режиме немедленного обслуживания. Преобладающими в его деятельности являются управляющие действия. Выполнение действий регламентируется обычно инструкциями, которые содержат, как правило, почти полный набор ситуаций и решений. К этому виду относятся операторы технологических процессов, автоматических линий, операторы по приему и переработке информации и т.п.

Оператор - наблюдатель (контролер). Оператор-наблюдатель является классическим типом оператора, с изучения деятельности которого и началась инженерная психология. Важное значение для деятельности такого оператора имеют информационные и концептуальные модели, а также процессы принятия решения. Управляющие действия оператора-наблюдателя (по сравнению с оператором-технологом) несколько упрощены. Оператор-наблюдатель может работать в режиме отсроченного обслуживания. Такой тип деятельности является массовым для систем, работающих в реальном масштабе времени (операторы радиолокационной станции, диспетчеры на различных видах транспорта и т. п.).

Оператор - исследователь. Оператор-исследователь в значительно большей степени использует аппарат понятийного мышления и опыт, заложенные в концептуальную модель. Органы управления играют для него еще меньшую роль, а «вес» информационных моделей, наоборот, существенно увеличивается. К таким операторам относятся пользователи вычислительных систем, дешифровщики различных объектов (образов) и т.п.

Оператор - руководитель. Оператор-руководитель в принципе мало отличается от предыдущего типа, но для него механизмы интеллектуальной деятельности играют главенствующую роль. К таким операторам относятся организаторы, руководители различных уровней, лица, принимающие ответственные решения в человеко-машинных комплексах и обладающие интуицией, знанием и опытом.

Оператор - манипулятор. Для деятельности оператора-манипулятора большое значение имеет сенсомоторная координация (например, непрерывное слежение за движущимся объектом) и моторные (двигательные) навыки. Хотя механизмы моторной деятельности имеют для него главенствующее значение, в деятельности используется также аппарат понятийного и образного мышления. В функции оператора-манипулятора входит управление роботами, манипуляторами, машинами-усилителями мышечной энергии человека (станки, экскаваторы, транспортные средства и т.п.).

 

Виды анализаторов

Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов. Анализаторами называются нервные приборы, посредством которых человек осуществляет анализ раздражений. Любой анализатор состоит из трех основных частей: рецептора, проводящих нервных путей и центра в коре больших полушарий головного мозга

Основной функцией рецептора является превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенной модальности (вида) – световых, звуковых и др. Однако его выход посылает сигналы, по своей природе единые для любого входа нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства кодирования информации.

В зависимости от модальности поступающего сигнала разли­чают 11 видов анализаторов:

 Внешние:

– зрительный;

– слуховой;

– тактильный;

– болевой;

– температурный;

– обонятельный;

– вкусовой;

Внутренние:

– давления;

– кинестетический;

– вестибулярный;

– специальные (расположенные во внутренних органах и полостях тела).

Основными характеристиками любого анализатора являются пороги – абсолютный (верхний и нижний), дифференциальный и оперативный. Понятие каждого из этих порогов может быть введено по отношению к энергетическим (интенсивность), простран­ственным (размер) и временным (продолжительность воздействия) характеристикам сигнала.

Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва замет­ное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чувст­ вительности, а максимально допустимая величина – верх­него абсолютного порога чувствительности (это понятие вводится по отношению лишь к энергетическим характеристикам). Сигналы, величина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринимаются. Увеличение интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызы­вает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, слепящая яркость и т. д.). Интервал между нижним и верхним порогами носит название диапазона чувствительности анализатора.

Важнейшими свойствами анализаторов, имеющими большое значение для деятельности оператора, являются адаптивность и избирательность.  

Адаптивность – это изменение диапазона чувствительности анализатора в соответствии с изменением работы интенсивности раздражителя. В процессе адаптации изменяются как энергетический, так и вре­менной и пространственный пороги анализаторов. Адаптация харак­теризуется величиной изменения чувствительности и временем, в течение которого она осуществляется. Эти показатели различны для разных анализаторов. Так, например, тактильный анализатор адаптируется наиболее быстро, зрительный – сравнительно мед­ленно, однако диапазон изменения чувствительности у него очень большой.

Избирательность анализатора заключается в его способности из множества раздражителей, действующих на человека в каждый момент времени, в зависимости от условий выделять лишь опре­деленные. Избирательность является условием формирования адек­ватных ощущений и обеспечивает высокую помехоустойчивость анализаторов. Избирательность может быть амплитудной, простран­ственной, временной и вероятностной. Последнее означает дублирование сигналов, передаваемых в мозговой центр.

Рассмотренные характеристики и устройство анализаторов поз­воляют сформулировать общие требования к сигналам-раздражи­телям, адресованным оператору:

– интенсивность сигналов должна соответствовать средним зна­чениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обес­печивает наиболее оптимальные условия для приема и переработки информации;

– для того чтобы оператор мог следить за изменением сигна­лов, сравнивать их между собой по интенсивности, длительности, пространственному положению, необходимо обеспечивать различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения;

– перепады между сигналами не должны значительно превы­шать оперативный порог, так как при больших перепадах возникает утомление;

– наиболее важные индикаторы следует распола­гать в тех зонах сенсорного поля анализатора, которые соответствуют участ­кам рецепторной поверхности с наибольшей чувствительностью;

– при проектировании индикаторных устройств необходимо пра­вильно выбирать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, тактильный и т. д.).

Мышление и его виды

Мышление – активный процесс отражения объективного мира в человеческом мозге в форме суждений, понятий, умозаключений. Мышление связано с речью. В отличие от ощущений, восприятий и представлений мышление есть процесс обобщенного и опосредственного отражения действительности. Различают наглядно-действенное, наглядно-образное, словесно-логическое, теоретическое и оперативное мышление.

Наглядно-действительное – анализ и синтез познаваемых объектов в процессе практической деятельности с ними.

Наглядно-образное – процесс трансформации перцептивных образов и представлений объектов.

Словесно-логическое (понятийное) – процесс отражения в сознании человека существенных связей и отношений между предметами и явлениями материального мира.

Теоретическое – выступает в форме отвлеченных понятий и рассуждений.

Оперативное мышление – процесс решения практических задач, в результате которого формируется субъек­тивная модель предполагаемой совокупности действий, обеспечивающей решение поставленной задачи. Оно включает выявление проблемной ситуации и систему мысленных и практических преобразований. Основны­ми компонентами оперативного мышления являются:

– структурирование;

– динамическое узнавание;

– формирование алгоритма решения.

Структурирование – образование более крупных единиц на основе связывания элементов ситуации меж­ду собой. Д инамическое узнавание – узнавание частей конечной ситуации в исходной проблемной ситуации. Формирование алгоритма решения – выработка принципов и правил решения задачи.

Наиболее важными для оператора являются оперативное и наглядно-образное мышление.

На основании принятой и проанализированной информации оператор принимает необходимое решение по управлению. Процедура принятия решения является центральной на всех уровнях приема и переработки информации.

В самом общем виде процедура принятия решения включает формирование последовательности целесообраз­ных действий для достижения цели на основе преобразова­ния исходной информации.

К основным объективным и субъективным условиям, определяющим реализацию процессов решения в деятель­ности оператора, можно отнести:

– наличие дефицита информации и времени, стимулирую­щих «борьбу» гипотез

– наличие некоторой неопределенной ситуации, определяющей «борьбу» мотивов у субъекта, принимающего решение;

– осуществление волевого действия, обеспечивающего преодоление неопределенности, выбор гипотезы и принятие на себя той или иной ответственности.

Условия принятия решения во многом зависят от степени неопределенности. Различают следую­щие виды неопределенности:

– неопределенность, обусловленная большим числом объектов, включенных в ситуацию (избыток информации);

–неопределенность, вызванная недостатком информации;

– неопределенность, порожденная слишком высокой «платой» за определенность, вносимую субъектом, принимающим решение.

Процедура приня­тия решения и его качество в различных ситуациях неопре­деленности будет иметь разный характер. Поэтому в зави­симости от состояния исходной информации могут быть три вида решения:

– детерминированное;

– вероятностное;

– предельное.

На результаты работы оператора большое влияние оказывают ошибки сенсомоторных дей­ствий. Установлено, что число ошибок существенно зависит от вида и направления движения.

Из трех основных направлений поступатель­ных движений (вверх-вниз, вперед-назад, вправо-влево) лучшими по числу минимума ошибок являются первые (вверх, вперед, вправо). Поперечные движения (вправо-влево) дают большую частоту ошибок (вероятность 0,03), поэтому при проектировании панелей управления их следует избегать. Еще большую частоту ошибок дают поворотные движения рук вокруг продольных осей (вероятность 0,091). Лучшим распределением функций являются следующие: правая рука осуществляет точные непрерывные движения, а левая выполняет дискретные действия. Независимо от режима работы по всем направлениям наблюдается рост числа ошибок с ростом амплитуды движения.

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 од­новременно различными сочетаниями пальцев время реакции и частота ошибок увеличиваются с увеличением числа пальцев в сочетании. Эти показатели зависят также от того, какие именно пальцы участвуют в сочетании. Это важно учитывать при разработке полуфункциональных и функциональных клавиатур.

Информационная нагрузка оператора опре­деляется предельно-допустимыми нормами дея­тельности.

1. Коэффициент загруженности – относительная величина времени, занятого оператором непосредственной работой за пультом управления

,

где Т_о– время обработки информации; Т_р– обще время работы.

2. Период занятости – время непрерывной без пауз работы: /

  мин.

3. Коэффициент очереди сигналов – относительное число сигналов, обработанных оператором в условиях очереди на обслуживание:

,

где N₀ – число сигналов, обработанных оператором в условиях очереди на обслуживание; N – общее число поступивших сигналов.

4. Длина очереди сигналов – число сигналов одновременно требующих внимания оператора (удержания их в памяти):

.

5. Время ожидания начала обработкисигнала (начала обслуживания). Смысл этого показателя состоит в появлении дефицита времени в работе оператора. Время пребывания информации на обработке не должно превышать предельно допустимого:

,

где t_ож– время ожидания начала обработки; t_оп– время обработки сигнала оператором; t_{пр доп}– предельно допустимое время обработки.

6. Скорость поступления информации – количество информации, поступающей в единицу времени:

I.    Цель труда.

1. Гностическая. (не создавать, а оценивать уже имеющийся продукт)

2. Преобразующая. (изменение, усовершенствование, доработки)

а) организовывать, упорядочивать;

б) оказывать влияние, воздействовать, обрабатывать;

в) перемещать, обслуживать.

3. Изыскательская. (создавать, изобретать что-то новое)

I. Орудия и средства труда.

1. Внешние:

а) ручные инструменты;

б) механизмы, машинное оборудование, различные виды транспорта;

в) автоматическое оборудование;

г) приборы, измерительные устройства.

2. Внутренние, функциональные:

а) речь          

- эмоциональная, выразительная;

- деловая, бесстрастная.

б) поведение (мимика, жесты)

- эмоциональное, выразительное;

- деловое.

в) интеллектуальные средства.

Структурная схема системы «Человек-машина»

Рассмотрим, как работает такая система. На средствах отображения информации (СОИ) РЭС отображается не само состояние объекта управления, а имитирующий его образ, называемый информационной моделью, которая в голове оператора преобразуется в оперативный образ или концептуальную модель (conception – представление, понятие).

Информационная модель – это организованное в соответствии с определенной системой правил отображение предмета, СЧТС, внешней среды и способов воздействия на них. На основе восприятия информационной модели в сознании оператора формируется образ состояния управляемого объекта.

На «входе» человека имеются рецепторы, преобразующие энергию внешнего воздействия в нервные импульсы. В центральной нервной системе происходит сравнение поступивших сигналов с некоторыми эталонными, хранимыми в памяти, и происходит принятие решения по управлению, которое производится на основе определенных навыков.

Эффекторы производят обратное преобразование энергии импульсов в энергию движения и через органы управления РЭС управляют объектом управления или самой РЭС, состояние которой отображается на СОИ. Так происходит один цикл управления. Для нормального функционирования СЧМ необходимо обеспечить оптимальное согласование двух участков.

Особенность этой системы состоит с том, что «вход» и «выход» человека изменить нельзя. Следовательно, для обеспечения согласования при проектировании РЭС можно менять только «вход» или «выход» РЭС. Поэтому требования к проектированию РЭС (СЧМ) формулируются на основе знаний особенностей «входа» и «выхода» человека, то есть знаний особенностей построения рецепторов и эффекторов, их характеристик и особенностей восприятия человеком информации.

Стадии приема информации

Деятельность оператора по управлению начинается с приема осведомительной информации об объекте управления. Основными психическими процессами, участвующими в приеме информации, являются ощущение, восприятие, представление и мышление.

Прием информации человеком-оператором  – формирование перцептивного образа. Оно включает несколько стадий: обнаружение, различение и опознание.

Обнаружение – стадия восприятия, на которой наблюдатель выделяет объект из фона, но еще не может судить о его форме и признаках.

Различение – стадия восприятия, на которой наблюдатель способен раздельно воспринимать два объекта, расположенных рядом (либо два состояния одного объекта) и выделять детали объектов.

Опознание – стадия восприятия, на которой наблюдатель выделяет существенные признаки объекта и относит его к определенному классу.

Восприятие, как основа процесса приема информации операто­ром, характеризуется такими свойствами, как целостность, осмысленность,избирательность и константность.

Целостность восприятия возникает в результате анализа и синтеза комплексных раздражителей в процессе деятельности оператора.

Осмысленность состоит в том, что воспринимаемый объект относится оператором к определенной категории.

Избирательность заключается в преимущественном выделении одних объектов по сравнению с другими. Избирательность восприятия является выражением определенного отношения оператора к воздействию на него предметов и явлений внешней среды.