Зависимость ошибочных реакций от вида движения

 

Вид движения	Вероятность ошибки
Продольные и поперечные движения левой руки	0,017
Вертикальные движения обеих рук	0,018
Продольные движения рук	0,021
Нажатие указательными и средними пальцами обеих рук	0,027
Продольные и поперечные движения правой руки	0,030
Поперечные движения рук	0,030
Нажатие четырьмя пальцами правой руки	0,040
Поворотные движения рук	0,091

 

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 одновременными дви­жениями различных сочетаний пальцев скорость ре­акции и частота ошибок зависят также от числа паль­цев, участвующих в сочетании. В общем случае с увеличением числа пальцев в сочетании увеличива­ется как время реакции, так и число ошибок. Эти показатели зависят также от того, какие именно пальцы участвуют в сочетании [192]. Данное об­стоятельство необходимо учитывать при построе­нии так называемых полифункциональных клавиа­тур (см. главу XVII).

Независимо от режима работы по всем направле­ниям наблюдается рост числа ошибок с ростом ампли­туды движений.

Наиболее распространенным видом сенсомоторной координации являются операции слежения. Зада­ча оператора в этом случае заключается в том, чтобы посредством воздействий на органы управления удер­живать движущийся объект на заданной траектории или совмещать его с другим движущимся объектом. В отличие от реакций, которые носят дискретный ха­рактер, операции слежения представляют собой по ви­димости непрерывный процесс.

Различают два основных вида операций слеже­ния. В случае, когда оператор воспринимает весь ход изменений входного и выходного сигнала и сводит к нулю разностную ошибку, операция называется со­провождающим слежением (слежением с преследо­ванием). Если же оператор воспринимает только разность между входным и выходным сигналами и стремится свести ее к нулю, слежение называется компенсирующим.

В качестве разновидности сопровождающего сле­жения иногда выделяют слежение с предвидением. Под ним понимается процесс, при котором оператор вос­принимает не только текущее значение входного сиг­нала, но и закон его изменения на некоторый отрезок времени вперед. Примером такого слежения является управление автомобилем в условиях, когда оператор видит лежащий впереди участок дороги. Установлено, что предвидение существенно улучшает условия дея­тельности оператора и повышает точность слежения. Этот вид слежения используется, например, в индика­торах с предсказанием, которые находят применение в авиации. Эти индикаторы предоставляют летчику информацию о будущих состояниях переменных па­раметров, находящихся под его управлением. Предви­дение результатов управляющих воздействий позволя­ет летчику точно и своевременно рассчитать маневр по управлению самолетом [2].

Основными характеристиками процесса слежения являются: время инерции, время нахождения метки на цели, величина ошибки слежения, плавность слежения. Переменными параметрами являются скорость движения цели, первоначальное рассогласование и время слежения [201].

Лучшими оказываются характеристики процесса слежения с преследованием. Установлено, что время инерции колеблется в пределах 0,65—1,25с, причем наибольшим оно оказывается для малых скоростей движения цели (менее 8 мм/с). Время нахождения метки на цели составляет 5 — 7% всего времени слеже­ния. По мере тренировок это время может быть дове­дено до 20 и более процентов.

Средняя ошибка слежения колеблется в пределах 0,15—0,20с. при скорости движения цели в поле зре­ния 2 мм/с и 0,05—0,15с при скорости 10мм/с. Наи­больший удельный вес в процессе слежения составля­ют операции опережения (40—50%). Колебательный процесс слежения характеризуется частотой 1,5—5Гц.

Помимо сенсомоторного слежения в перспективе представляется возможность использования чисто сен­сорного слежения, в котором оператор управляет объектом путем перемещения взгляда. Для этого ис­пользуются бесконтактные датчики определения точек фиксации взгляда [127].

Так же как и для сенсомоторных реакций, при изучении процессов слежения большое значение име­ет анализ возможных причин нарушения процессов сенсомоторной координации. Установлено, например, что при слежении за случайными сигналами сбои и отказы в работе оператора, возникающие с увеличени­ем частоты этого сигнала, обусловливаются не столько ограничениями сенсомоторики человека по частотным характеристикам, сколько тем, что при высокой час­тоте случайного сигнала затрудняется предвидение [20]. Данное обстоятельство следует учитывать при отборе и тренировках операторов, организации рабо­чих мест (применение, например, индикаторов с пред­сказанием).

Крайним случаем нарушения сенсомоторной ко­ординации является срыв слежения. Под ним понима­ется ситуация, при которой величина дисперсии ошибки слежения равна дисперсии входного сигнала. Иными словами, это равносильно полному бездействию опе­ратора. Системное исследование показало, что при слежении за периодическими сигналами срыв деятельности может быть вызван разными причинами: услож­нением деятельности (увеличением частоты предъяв­ляемого сигнала), утомлением, изменением отношения оператора к выполняемой деятельности. В каждом из этих случаев срыв слежения носит специфический характер, объясняющийся нарушением устойчивости различных сторон деятельности. Частота срыва слеже­ния определяется главным образом возможностями оператора прогнозировать предъявляемый сигнал [201].

Важной инженерно-психологической задачей яв­ляется определение возможных путей повышения эффективности слежения. Эта работа проводится по трем основным направлениям. Первое из них связано с выбором оптимальных значений параметров объекта и системы слежения. В системах, где операция слеже­ния представляет измерение координат некоторой цели, имеется свобода выбора как схемы и величин параметров системы слежения, так и типа индикатора (сопровождающего или компенсационного), наиболее подходящего для условий применения данной СЧМ. В случаях, когда операция слежения представляет уп­равление динамическим объектом известного типа, имеется возможность только выбора величин парамет­ров объекта. Однако в обоих случаях параметры сис­темы должны быть назначены оптимальными.

Другое направление основано на увеличении объе­ма информации, предъявляемой оператору. Для этого в систему вводятся дополнительные цепи, представля­ющие собой, как правило, обратные связи. Дополни­тельная информация может подаваться, подобно основ­ной, по зрительному каналу. Примером этого являются схема с ускоряющими обратными связями и схема с прогнозирующим дисплеем. Кроме рассмотренного случая дополнительная информация может поступать через обратные связи других модальностей. Это, на­пример, случаи дублирования сигнала рассогласова­ния по зрительному и слуховому каналам [40]. Широко используются также проприоцептивные обратные свя­зи, служащие для подачи оператору специально орга­низованной дополнительной информации. Примерами работ этого направления является рукоятка управле­ния, выполненная как динамический аналог управляемого объекта, и система слежения, в которой входные сигналы подаются одновременно на визуальный инди­катор и на подвижное кресло оператора. Исследования показали, что введение сигналов обратной связи осо­бенно полезно при высокочастотном входном сигнале [40,201].

В основе третьего направления лежит идея парал­лельной и взаимосвязанной работы нескольких опера­торов. В простейшем случае п операторов, имея в сво­ем распоряжении одинаковые системы, следят за одним и тем же входным сигналом. При независимо­сти ошибок слежения отдельных операторов диспер­сия общей ошибки уменьшается в п раз в сравнении с дисперсией ошибки одного оператора. В более слож­ных случаях отдельные операторы выполняют не иден­тичные, а разные задачи. Сложная деятельность по отслеживанию входного сигнала подразделяется на простые, не совпадающие между собой операции, уп­рощающие работу каждого из операторов [193].

Одним из примеров подобного разделения функций является схема, в которой два оператора выполняют совместное слежение за перемещением объекта на экране дисплея. При этом первый оператор не обязан удерживать перекрестие визира на движущемся объек­те. Его задачей является ликвидация перемещений объекта относительно сетки на экране. Это делает управляющие движения человека более простыми. Второй оператор ликвидирует смещение объекта отно­сительно центра визира, при этом его действия также существенно упрощены.

Замена операции слежения операцией синхрони­зации дает существенное сокращение времени пере­ходного процесса в 1,4—1,5 раза при угловой скорости радиуса-вектора наблюдаемого объекта, равной 0,23 1/с. Эквивалентная схема такого объединения операторов может быть представлена последовательным соедине­нием астатического (первый оператор) и статического (второй оператор) звеньев первого порядка. При этом второй оператор ликвидирует ошибку по скорости, которая допускается на первом этапе слежения [193].

Анализ процессов слежения, выполняемых человеком, часто производится с помощью определения передаточных функций. Они предложены в теории автоматического управления для описания линейных систем. Передаточные функции полностью определя­ются динамическими свойствами системы и не зави­сят от типа входного сигнала. Только при выполнении этих условий возможно их корректное применение для описания и анализа деятельности оператора.

Однако при анализе спектра ответных действий оператора обнаружено, что он содержит кроме требу­емого сигнала еще ряд составляющих и случайный процесс, которые не предусмотрены целью деятельно­сти. Это является следствием дополнительных движе­ний и свидетельствует об эффекте нелинейного пре­образования оператором входного сигнала. Эффект невелик на малых частотах и существенно возрастает по мере увеличения частоты входного сигнала. Следо­вательно, линейные модели человека-оператора спра­ведливы только при низких частотах предъявляемого сигнала (менее 0,75 Гц).

Экспериментальный анализ деятельности опера­тора в режиме слежения показал двойную природу дополнительных движений. С одной стороны, они яв­ляются ошибкой слежения, т. е. представляют собой отрицательный фактор. С другой стороны, они имеют информационный характер и необходимы для успеш­ного осуществления слежения. При создании линей­ных моделей эти движения не учитываются. Это при­водит к потере информации о регуляции деятельности, поскольку такие движения являются одним из показа­телей психологических особенностей работы операто­ра в режиме слежения. Потери информации тем боль­ше, чем выше частота входного сигнала [201].

Для оценки деятельности оператора при слежении используют как частные (время инерции, ошибка сле­жения и др.), так и обобщенные показатели. Последние позволяют дать интегральную оценку деятельности оператора. Одним из таких показателей является обоб­щенная рабочая характеристика оператора (ОРХ). В ка­честве ОРХ используется время Т = f (R, Q, λ) существо­вания (правильного функционирования) тройки <R, Q, λ>, где R— математический оператор, характеризующий входной для человека сигнал; Q— математический оператор, характеризующий закон необходимых пре­образований, выполняемых человеком над входным сигналом; λ — заданная из условий целостности СЧМ точность преобразования входного сигнала. Термин ОРХ указывает, что время Т, во-первых, является обоб­щающим фактором для всех параметров, влияющих на характеристики оператора (психологические, физиоло­гические и др.), и во-вторых, позволяет определить все множество значений троек <R, Q, λ >, для которых вы­полняется условие целостности СЧМ, т. е. f (R, Q, λ)≥Т. Обобщенная рабочая характеристика нашла практическое применение для расчета и оптимизации непре­рывных систем ручного управления [131].

Анализ и оптимизация управляющих движений мо­гут осуществляться также с помощью методов целенап­равленной механики (механики управляемого тела), пред­ложенной и разработанной для описания движений человека при больших отклонениях органов управления [72]. В отличие от классической механики в целенаправ­ленной механике кроме трех законов Ньютона применя­ется еще понятие цели движения, поставленной заранее человеком. Она является доминирующим понятием, по­скольку движением управляют исключительно ради до­стижения цели (решения поставленной задачи).

Методы целенаправленной механики были приме­нены для описания движения тела человека и для по­строения антропоморфного робота — манипулятора, обладающего элементами искусственного интеллекта. При помощи данного метода построена также теория процесса письма, работы на пишущей машинке или кнопочном пульте управления, а также теория совместных движений зрительного аппарата и руки при выполнении различных задач.

Для решения указанных задач разработаны нели­нейные модели. Однако практическая их реализация сопряжена с некоторыми трудностями. Одна из них состоит в том, что модели оператора имеют много сте­пеней свободы, что затрудняет составление уравнений движения и их решение. Другая трудность обусловле­на недостатком данных по анатомии и динамической антропометрии мускульного аппарата человека. Пре­одоление этих трудностей создаст большие возможно­сти для адекватного описания двигательных функций человека-оператора с помощью методов целенаправ­ленной механики.