Общая характеристики методов

5.1. Классификация методов

 

Как указывалось в главе I, для инженерной пси­хологии характерным является системный подход к рассмотрению изучаемых процессов и явлений. Мно­гоуровневый и многомерный характер психических процессов требует применения различных методов для возможно более полного изучения деятельности чело­века-оператора в СЧМ, и прежде всего — информаци­онной стороны этой деятельности. Поэтому инженер­ная психология пользуется широким ассортиментом методов и конкретных методик, сложившихся в психо­логической науке, а также в других, смежных с нею областях (в кибернетике, физиологии и гигиене труда, математике, технических науках и др.).

Эти методы используются как в фундаментальных исследованиях, направленных на выявление закономер­ностей информационных процессов в СЧМ и деятель­ности оператора, так и при инженерно-психологичес­ких испытаниях новых образцов техники, проводимых с целью проверки их соответствия свойствам и возмож­ностям человека. Данные методы могут быть направле­ны на изучение каждого из компонентов СЧМ: челове­ка, техники, среды. В данном разделе преимущественно будут рассматриваться методы изучения и исследова­ния деятельности человека в СЧМ, методы исследова­ния и оценки технических средств, с которыми взаимо­действует оператор, и внешней среды, в которой он" работает, преимущественно будут рассмотрены в раз­деле IV при изучении соответствующих вопросов.

Применение рассматриваемых методов к изуче­нию и оптимизации деятельности оператора имеет свою специфику [55]. Во-первых, проектировочная направленность инженерной психологии требует применения не только эмпирических, но и априор­ных проектировочных методов (в частности, методов моделирования). Во-вторых, Применение в инженер­ной психологии обобщенных показателей эффектив­ности, напряженности и комфортности деятельности предполагает применение процедур получения интегральных показателей на основе системы частных показателей. Один из возможных (но далеко не един­ственных) подходов решения этой задачи связан с применением формулы типа (3.12). В-третьих, инже­нерно-психологическое исследование или оценка деятельности оператора должны быть всегда системными, что существенно лищь при одновременном использованииразличныхр методов, отражающих вза­имосвязь между компонентами и основными свой­ствами СЧМ [55].

Для определения общей стратегии выбора методов решения инженерно-психологических задач следует воспользоваться положением о трех типах психологи­ческого знания: созерцательно-описательный, эмпири­ческий и действенно-преобразующий [92]. Они соответ­ственно отражаются в теоретических, эмпирических и практических представлениях о деятельности опера­тора. Причем каждый последующий тип знания фор­мируется в недрах предыдущего, трансформируется, включая в себя его содержание. Первый же из назван­ных типов — созерцательно-описательное знание не­посредственно формируется в житейском опыте (в данном случае в практике эксплуатации СЧМ). Други­ми словами, инженерно-психологическая теория раз­вивается на базе тех данных, которые накапливаются в экспериментальных и прикладных исследованиях. Являясь для теории неиссякаемым источником ин­формации, они служат и средством проверки ее ис­тинности. Поэтому диалектическое единство теории, эксперимента и практики эксплуатации СЧМ являет­ся основным принципом разработки и применения ме­тодов исследования СЧМ, в том числе и методов ис­следования деятельности оператора [92].

В соответствии с этим положением методы иссле­дования в инженерной психологии условно могут быть разделены на две большие группы: аналитические (опи­сательные) и эмпирические (экспериментальные и эксплуатационные, или практические). В большинстве исследований они тесно переплетены между собой и взаимно дополняют и обогащают друг друга.

Для правильного понимания применяемых в ин­женерной психологии методов нужна прежде всего их классификация. К сожалению, четкая классификация методов исследования в инженерной психологии от­сутствует. Сложность разработки такой классификации связана с тем, что она должна охватывать все сферы исследований инженерной психологии, которая окончательно не оформилась и продолжает только форми­роваться. Тем не менее определенные предпосылки для разработки такой классификации уже имеются.

По способу получения данных о характеристиках деятельности оператора методы делятся на объектив­ные (инструментальные) и субъективные. Объективные методы предполагают использование различных прибо­ров и аппаратуры. К таким методам относятся: измере­ние характеристик производственной среды (освещен­ность, шум, вибрация и т. п.), метрические измерения, хронометраж, измерение физиологических показате­лей (пульс, дыхание, электрокардиограмма и др.), из­мерение психологических характеристик (памяти, вни­мания, скорости реакций и т. д.). Более подробно эти методы рассматриваются в главе X.

В основе субъективных методов лежат оценки де­ятельности оператора, даваемые либо эксперимента­тором, либо самим испытуемым (самонаблюдение и самоотчет, трудовой метод). В случае, если исследова­ние проводится под руководством экспериментатора, весьма важно исключить нежелательные эффекты, связанные с присутствием экспериментатора. Разно­видностью субъективных методов являются эксперт­ные и социометрические методы.

В зависимости от условий, в которых получаются оценки деятельности оператора, различают исследова­ния — на основе реальной (наблюдение, естественный эксперимент, трудовой метод, большинство опросных методов и др.), либо на основе моделированной деятельности. К последней группе относятся практически все виды моделирования, подробная характеристика кото­рых дается в конце данной главы.

И, наконец, по характеру получения данных о де­ятельности оператора выделяются психологические, физиологические, математические методы. Отдельно можно выделить также качественные методы.

С помощью психологических методов осуществля­ются анализ деятельности оператора (или ее отдель­ных сторон) в реальных или лабораторных условиях, проводится оценка влияния разного рода факторов на деятельность оператора и ее результаты. Применение их в инженерной психологии осуществляется по двум основным направлениям: в целях исследования или в целях испытаний. В результате исследований (наблю­дение, эксперимент, опрос) устанавливаются опреде­ленные факторы и закономерности, раскрываются механизмы деятельности оператора, проводится пси­хологический анализ деятельности. В результате ис­пытаний, проводимых обычно с помощью тестов, у че­ловека определяется наличный уровень тех или иных психологических качеств и характеристик.

Физиологические методы применяются в инженер­ной психологии для изучения функционального состо­яния оператора в процессе трудовой деятельности, для определения реакции различных систем организма на выполнение данной деятельности. Анализ физиологи­ческих характеристик оператора позволяет оценить, какими средствами, какой «ценой» достигается выпол­нение задачи оператором.

Использование математических методов в инже­нерной психологии осуществляется при статистичес­кой обработке результатов наблюдений; при отыска­нии зависимостей, описывающих соотношения между изучаемыми переменными; при построении моделей деятельности оператора. Первые две из перечислен­ных задач являются традиционными для многих от­раслей психологии, последняя же относится к числу специфических задач инженерной психологии. Поэто­му ей в дальнейшем будет уделено основное внима­ние. Разновидностью математических методов явля­ются имитационные методы. Суть их сводится к моделированию с помощью ЭВМ изучаемых процессов. В инженерной психологии эти методы использу­ются для моделирования деятельности оператора с помощью ЭВМ.

Качественные методы являются традиционными для инженерной психологии. В целом их можно от­нести к неформальным (интуитивным, творческим, эвристическим) процедурам. С помощью данных ме­тодов решаются вопросы концептуального проекти­рования, построенного на основе анализа, логичес­ких концепций, гипотез и т.д. [22]. Применение качественных методов происходит по двум основным направлениям. Во-первых, это методы, направленные на активизацию творческой активности. Примером является метод мозгового штурма (брейнсторминга). Метод направлен на интенсификацию процесса группового поиска решения некоторой проблемы. Основная суть метода состоит в генерировании идей участниками группы и последующего анализа этих идей. Во-вторых, это методы, связанные с решением задачи распределения функций между человеком и машиной [40]. Основными из них являются метод традиций и методы, основанные на принципах ответ­ственности, формализации и преимущественных возможностей.

Эффективное изучение деятельности оператора может быть проведено только при разумном сочетании различных методов. Это вытекает из требований сис­темного подхода.

Так, например, при проектировании деятельности оператора на ранних этапах проектирования целесо­образно применение математических методов. С их помощью можно оценить в общем виде место операто­ра в СЧМ, рассчитать основные показатели его дея­тельности, предъявить требования к техническим уст­ройствам СЧМ. В дальнейшем по мере детализации проекта и получения необходимых исходных данных появляется возможность более полного исследования деятельности оператора с помощью имитационной модели. Однако при этом может возникнуть необходи­мость получения некоторых исходных данных. Тогда проводится лабораторный эксперимент частного характера. На более поздних этапах проектирования стано­вится возможным проведение комплексного экспериментального лабораторного исследования, дополненно­го замерами физиологических показателей оператора, их опросом о характере выполняемой деятельности, некоторыми математическими расчетами. В ходе испы­таний и эксплуатации СЧМ эти исследования могут проводиться в еще более полном объеме.

 

5.2. Методы описания
и анализа деятельности оператора

Как уже отмечалось, любое инженерно-психоло­гическое исследование должно начинаться с описания и анализа деятельности оператора в системе «человек-машина». Их целью является определение места чело­века при решении задач, для которых предназначена изучаемая система, общая психофизиологическая ха­рактеристика деятельности в ней человека, выявление структуры человеческих факторов, влияющих на эф­фективность работы системы в целом и ее отдельных частей.

В зависимости от конкретной задачи цель такого анализа может быть различной. Если предстоит прово­дить экспериментальные исследования, то описание и анализ нужны главным образом для выбора адекватной модели деятельности или отдельных типовых действий, а также для определения конкретных задач эксперимен­та. Если требуется провести инженерно-психологичес­кую оценку СЧМ, то целью анализа будет выявление тех компонентов системы, по которым должна прово­диться эта оценка. При разработке критериев и мето­дов профессионального отбора описание и анализ дол­жны быть направлены на выявление свойств личности, существенно влияющих на качество деятельности [55]. Помимо описания и анализа психологической сторо­ны деятельности необходимо проанализировать и ее основные производственные характеристики (произво­дительность труда, используемые трудовые приемы, условия труда, характерные ошибки операторов, трав­матизм и др.).

Под описанием деятельности понимается ее ото­бражение с помощью некоторой системы знаковых средств. Описание деятельности является важнейшей задачей профессиографии — научного метода описа­ния профессии. Выделяют два основных подхода к описанию деятельности оператора: на уровне системы «человек-машина» и на уровне отдельных операций. Первый подход служит для раскрытия и отобра­жения только общих психологических особенностей, присущих всей рассматриваемой деятельности (ее организации, композиции, структуре, составу и т. п.). Описание деятельности при этом включает:

■ перечень функций, выполняемых человеком в процессе деятельности;

■ связь человека с отдельными техническими средствами;

■ совместное отображение перечня функций и связей.

Указанные задачи решаются путем пространствен­но-организационного или многомерно-весового описа­ния деятельности [15, 22].

Пространственно-организационное описание явля­ется одним из простых способов установления взаимо­связи между человеком и техническими средствами. Описание осуществляется с помощью схемы, на кото­рой изображены технические средства, с одной сторо­ны, и человек или группа людей — с другой. Связи между этими компонентами системы изображаются с помощью стрелок, указывающих направление переда­чи информации или направление воздействия. Форма стрелок может означать характер связи, иногда ее значимость, цифрами обозначается частота использо­вания данной связи. Такой вид описания используется главным образом при анализе деятельности оператора со средствами индикации, отображения информации и органами управления на пультах. Сходный способ может быть применен и для описания информацион­ных потоков в системе.

Многомерно-весовое описание заключается в объединении наиболее существенных факторов пока­зателей деятельности и в представлении их в единой стандартизированной форме. Для такого описания тре­буется прежде всего выделить те показатели и факто­ры, влияние которых на деятельность признается наи­более существенным. Затем необходимо определить показатели этих разнородных и качественно различных факторов в единых величинах, например, в весо­вых коэффициентах или баллах. При этом представляется возможным все переменные объединить в еди­ной схеме и рассматривать их с учетом удельного веса в деятельности. Весовые коэффициенты могут опреде­ляться путем как непосредственных или косвенных из­мерений, так и экспертных оценок.

При многомерно-весовом описании деятельности предусматривается также и учет качественного свое­образия каждого вида деятельности, определяющих как составляющие деятельности, так и ее условия. Выделя­ются критерии, обусловливающие мотивацию деятель­ности человека, значимость для него отдельных дей­ствий, а также критерии, определяющие для него уровень работоспособности и утомления, операцион­ную или эмоциональную напряженность и т. п. Более подробно техника проведения такого описания дается в работах [15, 160].

Второй подход предназначен для характеристики компонентов исследуемой деятельности, представления ее операциональной структуры и раскрытия психоло­гического содержания отдельных действий и операций. Описание деятельности в этом случае предполагает составление перечня элементарных преобразований ситуации или объекта, предписываемых целью трудо­вого процесса. Последний расчленяется на конечное число элементов, поддающихся измерению и регист­рации, затем выявляются их функциональные связи. В такие описания включаются не только элементы де­ятельности человека, но и процессы, реализуемые тех­ническими средствами. Одним из наиболее сложные вопросов при таком подходе к описанию деятельности является установление меры дискретности, т. е. уров­ня детализации рассматриваемых элементов трудово­го процесса. Для их определения приходится анализи­ровать и оценивать совокупность вопросов, начиная от специфики задачи и кончая реализацией моторных действий и контролем за ними. Трудности определе­ния элементарных составляющих деятельности застав­ляют осуществлять ее описание на уровне единиц, которые непосредственно могут фиксироваться в про­цессе работы (например, отсчет показаний прибора, поворот рукоятки, перемещение руки или взгляда и т. д.), или явно выраженных логических условий, кото­рые, очевидно, присутствуют при выборе способа действия. Такой подход наиболее полно реализуется с помощью алгоритмического описания деятельности (его словесная форма, логическая, структурная и граф-схема алгоритма), путем составления диаграмм и органинграмм деятельности, ее описания с помощью спе­циальных символьных языков.

Названные методы операционально-структурного описания позволяют во многих случаях достаточно детально охарактеризовать трудовой процесс и могут быть положены в основу его последующего анализа. Они позволяют оценить, например, такие показатели трудового процесса, как степень разнообразия рабо­ты, интенсивность процесса в целом или его какого-либо этапа, степень стереотипности, логической слож­ности алгоритма решения задач и т. п. Кроме того, описание деятельности на уровне элементарных дей­ствий может быть использовано для составления инст­рукций по работе оператора при решении тех или иных задач.

Описание и анализ деятельности на уровне опера­ций может проводится следующими методами: диаг­рамм оперативных планов, граф-схем, органинграмм, символьных языков, алгоритмического описания. Ме­тод диаграмм оперативных планов позволяет получить графическое описание последовательности преобразо­вания информации и действий оператора при реше­нии отдельных задач управления. При данном методе способы преобразования информации и действия опе­ратора представляются на специальной диаграмме в форме соответствующих геометрических фигур, а со­единяющие эти фигуры линии символизируют после­довательность выполнения таких действий и преобра­зований [114].

Метод граф-схем служит для краткого, схематич­ного отображения отдельных характеристик деятельно­сти оператора: ее операционно-логической структуры, вероятностно-статистических или временных связей, причинно-следственных факторов возникновения оши­бок и т. п. Если события, фиксируемые оператором, и отдельные его действия представить как вершины графа (А, В, С и т. д.), а возможные связи между ними — как дуги этого графа, то полученная таким образом граф-схема может служить кратким описанием рассматриваемого этапа деятельности (рис. 5.1). Исполь­зование граф-схем

 

Рис. 5.1. Пример описания деятельности с помощью граф-схемы.

 

позволяет получить некоторые ко­личественные характеристики деятельности операто­ра, при этом представляется возможность учесть и вероятностный характер деятельности оператора [111, 178].

Метод органинграмм позволяет наглядно, в графи­ческой форме представить все логические условия, которые принимаются во внимание при решении за­дачи управления, и отображать их в той последователь­ности, в какой они используются в процессе перера­ботки информации. Если в диаграмме оперативных планов в основном подчеркиваются виды преобразования информации, то в органинграмме выделяются главным образом логические возможности поиска ре­шения на разных его этапах. Поэтому в органинг­рамме оказываются представленными отдельные би­нарные схемы, последовательно перебирая которые можно оценить все возможные пути решения задачи. Пример органинграммы приведен на рис. 5.2. Исход­ным

Рис. 5.2. Органинграмма, отображающая последовательность обнаружения отказа в системе турбовинтового двигателя.

 

событием здесь является обнаружение операто­ром факта, что температура масла (t_M) в двигателе превысила допустимое значение. Обнаружив это, оператор сопоставляет показания температуры масла и температуры выхлопных газов (t_BГ). Если между ними есть соответствие, то причина неисправности — пе­регрев двигателя. Если соответствия нет, проверяет­ся соответствие между температурой и давлением (Р_м) масла. При условии их соответствия ставится диаг­ноз — отказ термометра выхлопных газов. Если такого соответствия нет, проверяется герметичность маслосистемы [77]. Достоинством метода является его высокая наглядность, недостатком — отсутствие ука­заний о том, каким образом осуществляются те или иные действия.

С помощью символьных языков представляется воз­можность в компактной, наглядной форме описать пос­ледовательность действий оператора по решению тех или иных задач.

Алгоритмическое описание деятельности операто­ра является одним из наиболее распространенных в инженерной психологии. При этом под алгоритмом (от лат. algorithmi, algonssmus) в общем случае понимается последовательность операций, точное выполнение которых позволяет решить задачу определенного клас­са. В соответствии с этим алгоритмом деятельности оператора называется логическая организация его де­ятельности, состоящая из совокупности элементарных действий (отсчет показаний прибора, извлечение ин­формации из памяти, включение тумблера и т. п.) и логических условий, определяющих выбор того или иного действия.

Алгоритмическое описание деятельности может выполняться в словесной, таблично-текстуальной, сим­вольной форме, в форме граф-схем, структурной или логической схемы.

В логической схеме алгоритма (ЛСА) большими латинскими буквами обозначаются элементарные дей­ствия (ЭД), малыми буквами — логические условия, определяющие выбор того или иного ЭД. Каждое логи­ческое условие имеет два возможных исхода. От каж­дого символа логического условия начинается нумеро­ванная стрелка , которая оканчивается у какого-либо

другого члена . Работа ЛСА начинается с того, что срабатывает самый левый член схемы. После этого определяется, какой элемент должен, работать следом за ним. Если первый член был ЭД, то за ним должен сработать тот член схемы, который непосредственно следует за ним, т. е. второй. Если же первый член схе­мы — логическое условие, то возможно два исхода: или логическое условие выполняется (тогда срабатывает следующий член алгоритма), или же оно не выполня­ется. В этом случае срабатывает тот член, к которому ведет нумерованная стрелка, начинающаяся после данного логического условия. Дальнейшая работа схе­мы аналогична рассмотренной.

Рассмотрим простейший пример записи алгорит­ма на языке ЛСА

Это означает, что оператор должен выполнить дей­ствие А, затем проверить выполнение логического условия Р (например, горит или нет сигнальная лам­почка). Если условие не выполнено (лампочка не горит) осуществляется действие С, в противном случае оператор выполняет действия В и С. После этого про­веряется логическое условие q. В зависимости от ре­зультата проверки оператор либо приступает к выпол­нению действия D (при положительном исходе), либо возвращается к действию А.

В соответствии с принципами системного подхода алгоритмическое описание и анализ деятельности опе­ратора должны проводиться на различных уровнях. В зависимости от этого меняется способ описания и его программная интерпретация в случае реализации ал­горитма с помощью ЭВМ. Возможные варианты при­ведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1