Параллельное проектирование и пользовательский интерфейс

В последнее время приобрела отчетливые очертания новая параллельная технология проектирования оборудования и программного обеспечения, значительно изменяющая требования к соответствующим программным инструментальным средствам (ИС). Мы уже привыкли к тому, что ИС приобрели самостоятельное, а иногда даже довлеющее влияние на процедуры проектирования. Логика действия с ИС начала сама формировать этапы разработки проекта. Но в данном случае ситуация резко изменилась и как бы вернулась к первоначальной докомпьютерной стадии, когда ведущим был не компьютер, а организация деятельности группы разработчиков. Все сказанное относится к так называемому параллельному проектированию. Рассмотрим его предпосылки более внимательно.
Для традиционного последовательного проектирования характерен ряд логически следующих один за другим этапов: замысел, техническое задание, эскизный проект, черновой проект, технологический проект, макетирование, испытания и т.д. В такой последовательности есть необходимая и достаточная логика, по которой "телега не может следовать впереди лошади", т.е. испытания осуществляться до эскизного проекта. Причины этого вполне понятны и разумны. Однако такой последовательности присущи и недостатки. В частности, если какая-либо недоработка закралась на этапе эскизного проекта и осталась незамеченной, устранять ее зачастую приходится уже после испытаний. Подобных недоработок всегда бывает предостаточно, и потери от их устранения и преобразования всей документации выражаются значительными суммами.
Еще один недостаток последовательного проектирования состоит в разобщенности и следующих отсюда различиях в целях у разных групп, участвующих в проекте. Конструкторы, технологи и испытатели часто преследуют взаимоисключающие цели и говорят на разных языках. В указанных, а также многих других недостатках последовательного проектирования таится его значительная медлительность, а их устранение привело бы к впечатляющему ускорению процесса проектирования оборудования. Совершенствование САПР традиционно реализовывало последовательную стратегию, ускоряло выполнение каждого из этапов на отдельном рабочем месте, и в этом были достигнуты значительные успехи.
Но кардинального эффекта удалось достичь лишь при изменении самой стратегии проектирования, обусловленной проектированием параллельным. Так, например, поданным Национального института стандартов и технологии США, объединения Thomas Group Inc. и Института исследования оборонных проблем (IDA) параллельное проектирование уменьшает затраты времени проектирования на 30-70%, снижает объемы устранения конструкционных недостатков на 65-90%, ускоряет время до выхода оборудования на рынок на 90%, повышает его качество на 200-600%.
Параллельное проектирование опирается на новые направления в организации деятельности проектировочной, технологической и испытательской групп, новую методологию проектирования и соответствующие им программные средства автоматизации проектирования.
Исходя из того, что два первых направления не входят в поле рассмотрения данного текста, ограничимся лишь указанием на сходство данных изменений на то, чем более двадцати лет занималась в отечественной традиции научная школа Г.П. Щедровицкого. Многие подходы и проблемы параллельного проектирования удивительным образом напоминают метод организационно-деятельностного проектирования. Что же касается программных средств и, в частности, их пользовательского интерфейса, выделим следующее.
1. Поскольку исчезает разделение во времени этапов эскизного проекта и разработки технологии, возникает необходимость почти с самого начала работ воссоздать внешний и внутренний облик проектируемого изделия. Этому способствуют средства компьютерного моделирования и графики.
2. Внешний вид или, другими словами, "виртуальный макет изделия в состоянии отражать большинство его свойств. Кроме того, программное средство может вести продуктивный диалог с заказчиком, конкретизировать и фиксировать его запросы.
3. Тот же виртуальный макет позволяет сократить число неоднозначностей во взаимодействии конструкторов и технологов, быстрее находить и устранять противоречия в их подходах к изделию.
4. Параллельная работа разных специалистов над изделием находит отражение в единых для всей группы базе данных и базе знаний. Создается своего рода общий справочник разработчиков, куда автоматически заносятся все нововведения и выводы, полученные каждым из членов группы в ходе работы. Это создает новый уровень "прозрачности" средств проектирования.
5. Параллельная работа разных специалистов ведет к объединению разных инструментальных программных средств, например, САПР и Средств Автоматизации Экономической Оценки. По данным, уже практически объединены ИС электрического проектирования, проектирования программного обеспечения, заказных экспериментальных средств, проектирования электронных блоков и плат и подготовки технической документации.
6. Проблема пользовательского интерфейса, отображающего данные, активно трансформируется в проблему интерфейса, отображающего знания.
7. Использование общей системы специалистами не только разного профиля, но и разного уровня компьютерной подготовки диктует новые требования к гибкости и адаптивности пользовательского интерфейса. В частности, это касается взаимозаменяемости разных типов представления объекта и режимов ведения диалога с пользователем.
8. Новые требования предъявляются к разнообразию видов помощи пользователю со стороны компьютера, что уже само по себе должно усиливать интеллектуальную составляющую инструментальных средств. Должна варьироваться и активность системы в ведении диалога.
Мы коснемся каждого из выделенных направлений совершенствования ИС, начав с общих перспектив пользовательского интерфейса. Компьютерный пользовательский интерфейс находится в ряду устройств, опосредствующих представление информации человеку. К этому же ряду относятся лицевые панели радиоэлектронного оборудования, мнемосхемы АЭС, разнообразные табло в залах управления технологическими процессами. Все они предоставляют человеку ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ о контролируемых процессах.
Информационная модель (ИМ) есть организованная в соответствии с определенной системой правил совокупность информации о состоянии и функционировании объекта управления и внешней среды.
Имеется ряд общих требований к ИМ, разработанных и успешно применяемых эргономистами:
А. Требование к содержанию - ИМ должны адекватно отображать объекты управления, рабочие процессы, окружающую среду и состояние самой системы управления.
Б. Требование к количеству информации - ИМ должны обеспечивать оптимальный информационный баланс и не приводить к таким нежелательным явлениям, как дефицит или излишек информации.
В. Требование по форме и композиции - ИМ должны соответствовать задачам трудового процесса и возможностям человека по приему, анализу, оценке информации и осуществлению управляющих воздействий.
Эти и ряд других требований приложим к широкому кругу ИМ, в том числе и к ИМ, продуцируемым пользовательским интерфейсом. Последний отличается большим числом степеней свободы. Поэтому необходима дополнительная работа по углублению и расширению эргономических требований и принципов в отношении ИМ, продуцируемых компьютером.
Позднее Бен Шнейдерман сформулировал несколько принципов прямого манипулирования при работе современного интерфейса:
1) по его мнению, настало время, когда стоит опосредованное данными представление об объекте проектирования дополнить его постоянным визуальным представлением;
2) сложный синтаксис при ведении диалога следует заменить очевидными физическими действиями, осуществляемыми с помощью курсора, устройства "мышь", джойстика и других периферийных устройств;
3) следует добиваться обратимости действий и очевидности их воздействия на объект;
4) разницу в компьютерной подготовке пользователя можно компенсировать упрощением начальных действий с ИС и постепенным ознакомлением пользователя с более сложными манипуляциями.
Принципы прямого манипулирования оказались весьма ценными и сориентировали разработчиков интерфейсов в направлении предметной представленности компьютерных процессов и средств. Указанные принципы привели к появлению понятия "метафора отображения" или "экранная метафора", фиксирующего появление на экране терминала целостных, логически законченных ситуаций деятельности пользователя. Например, в работе [4] указывается на три наиболее часто встречающихся метафоры: "письменный стол", "рабочий кабинет" и "чертежная доска". Естественно, это далеко не полный перечень метафор. Фактически, почти любая ситуация в деятельности пользователя может быть предметно отражена на экране дисплея. Так, Дж. Новеллино сообщает о пакете программ Viewdac, позволяющем строить метафору, моделирующую панель управления. В виртуальной панели можно модифицировать "клавиатуру", даже не прерывая при этом ход вычислительного процесса.
Все метафоры достаточно предметны, взаимодействие с ними приводит к очевидным последствиям. Кнопки виртуальной панели "нажимаются", как, например, в инструментальном блоке Toolbar [6], а документы перемещаются по рабочему столу, как в интерфейсах фирмы Apple.
Разработчики интерфейсов стремятся к отображению реального мира, а в некоторых случаях предлагают интерфейсы, которые превосходят возможности реальности. Сказанное можно отнести прежде всего к воспроизведению и моделированию процесса во времени. Это как раз тот случай, когда возможности компьютера в моделировании превосходят возможности моделирования реального. Поясним на примере. Компания Internalional/Microcircuits сообщила о создании комплекса ИС (РС-Easy-Gate) для разработки программного обеспечения, позволяющего отображать прямое и обратное сканирование функционирования программ с целью поиска ошибок и просчетов.
Интерфейсы более богатые, чем реальность, появляются и в случае так называемого комплексного представления информации, когда интегрируется компьютерное и видеоизображение, а также производится озвучивание интерфейса. Так, система Super Video Windows воспроизводит изображение с движением и стереозвуком с камеры, кассетного видеоплеера, видеодисков, кабельного телевидения в окне любого размера и в заданной области экрана. Расширились и возможности манипулирования этой информацией. В частности, указанная система позволяет реализовать следующие функции: масштабирование изображения, его обрезку в любом месте, детализацию, панорамирование, фиксацию, графическое и текстовое наложение на экран. Однако, такое богатство функций может не только не понадобиться пользователю, но в некоторых случаях и затруднять его деятельность. Такая мысль вполне традиционна и сопоставима с классическими инженерно-психологическими требованиями к информационным моделям. Отображаться должны лишь те свойства, которые принимают самое непосредственное участие в деятельности пользователя. Здесь нужна мера, ибо абстрактная модель бесплотна, а слишком детальная вводит в заблуждение.
Сказанное нашло отражение в этапах проектирования пользовательского интерфейса, предложенных в:
а) анализ предметной области и построение ее концептуальной модели;
б) выделение из этой модели той части, которая должна быть доступна пользователю, и на ее основе построение модели прикладного интерфейса;
в) для сложных моделей, имеющих фрагменты с регулярной структурой, выбор языка взаимодействия, позволяющего эффективно строить команды-предложения и передавать их в систему;
г) построение объектно-ориентированного интерфейса, включающего описание его поведения, визуализацию и конфигурацию полей и окон.
Следует отметить, что многое в содержании этапов предполагает именно обоснованный выбор свойств, непосредственно участвующих в деятельности пользователя. При таких возможностях от многого приходится скорее отказываться, чем включать в интерфейс. В связи с этим нужно помнить известную оппозицию недопрограммированных и перепрограммированных компьютерных систем, каждая из которых обладает своими недостатками. Задача же проектировщика интерфейса часто состоит в поиске того оптимума, который позволил бы освободиться от недостатков обоих родов. Понятно, что освободиться от недостатков пользовательский интерфейс может лишь в том случае, если процесс его разработки и настройки превратится в технологию и будет оснащен собственными средствами автоматизации. Это может означать, что традиционная архитектура пользовательского интерфейса дополнится новым слоем. Общепринято, что нынешняя его архитектура содержит четыре слоя программного обеспечения:
1) графический интерфейс для управления аппаратурой дисплея;
2) инструментальные средства (toolkits) для построения стандартных компонентов интерфейса, которые называют кубиками (widgets);
3) сам набор кубиков;
4) программа интерфейса высокого уровня для процедур с операционной средой.
Ясно, что указанные четыре слоя позволяют пользователю видоизменять интерфейс в широких пределах, менять цвет, шрифт, форматы. Но может ли конечный пользователь при этом отчетливо представлять себе все выгоды и недостатки той или иной конфигурации интерфейса? Кажется, не может. Эта область формализована еще недостаточно. Поэтому пятым слоем архитектуры интерфейса имеет шанс стать экспертная система, разработанная на основе опыта построения пользовательских интерфейсов. Отрадно, что сообщение об экспертной системе такого рода, содержащей пока 200 правил, появилось в отечественной периодике. Есть данные и о создании более ограниченных инструментальных средств, в частности, в области проектирования диалогового режима типа меню.
Технология проектирования пользовательского интерфейса приобретает все большее значение. По некоторым оценкам, при создании новых инструментальных средств на пользовательский интерфейс и модули доступа к базам данных приходится до 65% трудоемкости работ. При этом указанные части программного обеспечения рассматриваются с широких позиций. Разработка интерфейса выходит далеко за рамки выбора режима диалога, расположения элементов экрана или его окраски. Пользовательский интерфейс в современном смысле - это фактически совокупность программно-инструментальных средств, принимающих участие во всей деятельности пользователя. Это компьютерная поддержка и даже усовершенствование самой человеческой деятельности. Понятно, что при этом развитию подвержены и традиционные процедуры проектирования интерфейса, в том числе окраска и расположение элементов экрана.
В связи с вышеизложенным представляется целесообразным ввести различение двух уровней пользовательского интерфейса и соответствующих им направлений его совершенствования: микроуровень и макроуровень интерфейса. В дальнейшем эти уровни будут рассмотрены раздельно.