Система человек-машина

Степень автоматизации  СЧМ характеризует относительное  количество информации, перерабатываемой автоматическими устройствами. Эта  величина определяется по формуле

Ka= 1 – Ноп  / Нсмч ,

где Ноп —  количество информации, перерабатываемой оператором; Нсчм — общее количество информации, циркулирующей в системе  «человек — машина».

Для каждой СЧМ  существует некоторая оптимальная  степень автоматизации (koпт), при  которой эффективность СЧМ становится максимальной. При этом чем сложнее СЧМ, тем больше потери эффективности из- за неправильного выбора степени автоматизации. Это видно из сравнения кривых 1 и 2 на рис. Оптимальная степень автоматизации устанавливается в процессе решения задачи распределения функций между человеком и машиной.

Зависимость эффективности  СЧМ от степени автоматизации: 1 —  для простых систем; 2 — для  сложных систем

Экономический показатель характеризует полные затраты  на систему 
«человек — машина». В общем случае эти затраты складываются из трех составляющих: затрат на создание (изготовление) системы Си, затрат на подготовку операторов Соп и эксплуатационных расходов Сэ. По отношению к процессу эксплуатации затраты Си и Соп являются, как правило, капитальными. 
Тогда полные приведенные затраты в СЧМ определяются выражением

Wсчм=Сэ + Ен(Соп  + Си), где Ен — нормативный  коэффициент экономической эффективности  капитальных затрат.

При заданной величине Wсчм путем перераспределения  затрат между отдельными составляющими  Си, Соп и Сэ можно получить различные значения общей эффективности СЧМ. И, наоборот, заданная эффективность СЧМ может быть обеспечена с помощью различных затрат в зависимости от распределения их между отдельными составляющими. Методы технико-экономической оптимизации 
СЧМ (получение заданной эффективности при минимуме Wсчм или получение максимума эффективности при заданной величине Wсчм) путем перераспределения затрат Си, Соп и Сэ .

Большое значение при анализе и оценке СЧМ имеют  эргономические показатели. Они учитывают совокупность специфических свойств системы 
«человек — машина», обеспечивающих возможность осуществления в ней деятельности человека (группы людей). Эргономические показатели представляют собой иерархическую структуру, включающую в себя целостную эргономическую характеристику (эргономичность СЧМ), комплексные 
(управляемость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость СЧМ), групповые 
(социально-психологические, психологические, физиологические, антропометрические, гигиенические) и единичные показатели.

С помощью рассмотренных показателей можно оценить одно или несколько однотипных свойств СЧМ. Иногда их может оказаться недостаточно для решения инженерно-психологических задач (например, при выборе одного из нескольких конкурирующих вариантов СЧМ). В этом случае нужно дать интегральную оценку качества системы «человек — машина» как совокупности всех ее основных свойств. Для этого используется понятие эффективности СЧМ, под которой понимается степень приспособленности системы к выполнению возложенных на нее функций. При определении эффективности СЧМ необходимо учесть следующие правила: для получения полной интегральной оценки следует учитывать всю совокупность частных показателей качества СЧМ; частные показатели должны входить в общую оценку с некоторым «весом», характеризующим их важность в данной системе; поскольку частные показатели имеют различный физический смысл и измеряются в разных величинах, они должны быть приведены к безразмерному и нормированному относительно некоторого эталона виду. 
При этом следует отметить, что все частные показатели с точки зрения их влияния на эффективность могут быть повышающими (надежность, безопасность, своевременность и т. п.) или понижающими (затраты, время решения задачи и др.)- Поэтому нормирование производится следующим образом: для повышающих показателей

Эi= Ei / Emax i для  понижающих показателей

Эi= Ei / Emin i

где Эi и Ei — соответственно нормированное и абсолютное значение i-го частного показателя; Emax i и emin i —  максимальное (минимальное) значение i-гo частного показателя, которое имеет существующая или проектируемая аналогичная система. 
Эффективность системы представляется как некоторая совокупность частных показателей. Чаще всего применяется аддитивная функция n

Эсчм= S ai Эi i=1

где аi- — «весовые»  коэффициенты, сумма которых должна быть равна единице; n — число учитываемых частных показателей. 
При выполнении рассмотренных условий величина Эcчм принимает значения в пределах от нуля до единицы и представляет собой своеобразный «коэффициент полезного действия» системы «человек — машина».

3. Оператор в  системе «человек машина».

Как уже отмечалось, независимо от степени автоматизации  СЧМ, человек остается главным звеном системы «человек — машина». Именно он ставит цели перед системой, планирует, направляет и контролирует весь процесс ее функционирования. Поэтому деятельность оператора является исходным пунктом инженерно-психологического анализа и изучения СЧМ. 
Деятельность оператора имеет ряд особенностей, определяемых следующими тенденциями развития современного производства.

1. С развитием  техники увеличивается число  объектов (и их параметров), которыми  необходимо управлять. Это усложняет  и повышает роль операций по  планированию и организации труда,  по контролю и управлению производственными  процессами.

2. Развиваются  системы дистанционного управления. Человек все более удаляется от управляемых объектов, о динамике их состояния он судит не по данным непосредственного наблюдения, а на основании восприятия сигналов от устройств отображения информации, имитирующих реальные производственные объекты. Осуществляя дистанционное управление, человек получает необходимую информацию в закодированном виде (т. е. в виде показаний счетчиков, индикаторов, измерительных приборов и т. д.), что обусловливает необходимость декодирования и мысленного сопоставления полученной информации с состоянием реального управляемого объекта.

3. Увеличение  сложности и скорости течения  производственных процессов выдвигает  повышенные требования к точности  действий операторов, быстроте принятия  решений в осуществлении управленческих функций. В значительной мере возрастает степень ответственности за совершаемые действия, поскольку ошибка оператора при выполнении даже самого простого акта может привести к нарушению работы всей системы «человек — машина», создать аварийную ситуацию с угрозой для жизни работающих людей. Поэтому работа оператора в современных человеко-машинных комплексах характеризуется значительными увеличениями нагрузки на нервно-психическую деятельность человека, в связи с чем по-иному ставится проблема критериев тяжести операторского труда. Основным критерием становится не физическая тяжесть труда, а его нервно-психическая напряженность.

4. В условиях  современного производства изменяются  условия работы человека. Для  некоторых видов деятельности  оператора характерно ограничение двигательной активности, которое не только проявляется в общем уменьшении количества мышечной работы, но и связано с преимущественным использованием малых групп мышц. Иногда оператор должен выполнять работу в условиях изоляции от привычной социальной среды, в окружении приборов и индикаторов. 
И если эти устройства спроектированы без учета психофизиологических особенностей оператора либо выдают ему ложную и искаженную информацию, то возникает ситуация, которую образно называют «конфликтом» человека с приборами .

5. Повышение  степени автоматизации производственных  процессов требует от оператора  высокой готовности к экстренным  действиям. При нормальном протекании  процесса основной функцией оператора  является контроль и наблюдение  за его ходом. При возникновении нарушений оператор должен осуществить резкий переход от монотонной работы в условиях 
«оперативного покоя» к активным, энергичным действиям по ликвидации возникших отклонений. При этом он должен в течение короткого промежутка времени переработать большое количество информации, принять и осуществить правильное решение. Это приводит к возникновению сенсорных, эмоциональных и интеллектуальных перегрузок.

Рассмотренные особенности операторского труда  позволяют выделить его в специфический вид профессиональной деятельности, в связи с чем для его изучения, анализа и оценки недостаточно классических методов, разработанных психологией и физиологией труда и используемых для оптимизации различных видов работ, не связанных с дистанционным управлением по приборам.

Деятельность  оператора в системе «человек — машина» может носить самый  разнообразный характер. Несмотря на это, в общем виде она может  быть представлена в виде четырех  основных этапов.

1. Прием информации. На этом этапе осуществляется восприятие поступающей информации об объектах управления и тех свойствах окружающей среды и СЧМ в целом, которые важны для решения задачи, поставленной перед системой «человек — машина». При этом осуществляются такие действия, как обнаружение сигналов, выделение из их совокупности наиболее значимых, их расшифровка и декодирование; в результате у оператора складывается предварительное представление о состоянии управляемого объекта: информация приводится к виду, пригодному для оценки и принятия решения.

2. Оценка и  переработка информации. На этом  этапе производится сопоставление  заданных и текущих (реальных) режимов работы СЧМ, производится  анализ и обобщение информации, выделяются критичные объекты  и ситуации и на основании  заранее известных критериев  важности и срочности определяется очередность обработки информации. Качество выполнения этого этапа во многом зависит от принятых способов кодирования информации и возможностей оператора по ее декодированию. На данном этапе оператором могут выполняться такие действия, как запоминание информации, извлечение ее из памяти, декодирование и т. п.

3. Принятие решения.  Решение о необходимых действиях  принимается на основе проведенного  анализа и оценки информации, а также на основе других  известных сведений о целях  и условиях работы системы, возможных способах действия, последствиях правильных и ошибочных решений и т. д. 
Время принятия решения существенным образом зависит от энтропии множества решений. Если же каждому состоянию объекта могут быть поставлены в соответствие несколько решений, то при расчете энтропии нужно учесть еще и сложность выбора из множества возможных решений необходимого.

4. Реализация  принятого решения. На этом  этапе осуществляется приведение  принятого решения в исполнение  путем выполнения определенных действий или отдачи соответствующих распоряжений. Отдельными действиями на этом этапе являются: перекодирование принятого решения в машинный код, поиск нужного органа управления, движение руки к органу управления и манипуляция с ним (нажатие кнопки, включение тумблера, поворот рычага и т. п.). На каждом из этапов оператор совершает самоконтроль собственных действий. Этот самоконтроль может быть инструментальным или неинструмеитальным. В первом случае оператор проводит контроль своих действий с помощью специальных технических средств (например, с помощью специальных индикаторов контролирует правильность набора информации). Во втором случае контроль ведется без применения технических средств. Он осуществляется путем визуального осмотра, повторения отдельных действий и т. п. Проведение любого вида самоконтроля способствует повышению надежности работы оператора.

На качество и эффективность выполнения каждого  из рассмотренных этапов оказывает  влияние целый ряд факторов. Так, например, качество приема информации зависит от вида и количества индикаторов, организации информационного поля, психофизических характеристик предъявляемой информации (размеров изображений, их светотехнических характеристик, цветового тона и цветового контраста). 
На оценку и переработку информации влияют такие факторы, как способ кодирования информации, объем ее отображения, динамика смены информации, соответствие ее возможностям памяти и мышления оператора.

Эффективность принятия решения определяется следующими факторами: типом решаемой задачи, числом и сложностью проверяемых логических условий, сложностью алгоритма и количеством возможных вариантов решения.

Выполнение управляющих  движений зависит от числа органов  управления, их типа и способа размещения, а также от большой группы характеристик, определяющих степень удобства работы с отдельными органами управления (размер, форма, сила сопротивления и т.д.).

Первые два  этапа в совокупности называют иногда получением информации, последние два  этапа — ее реализацией. Из проведенного описания видно, что получение информации включает в себя как бы два уровня, поскольку текущая информация передается оператору через систему технических устройств. Он, как правило, не имеет возможности непосредственно наблюдать за объектом управления (во всяком случае эта возможность ограничена), а получает необходимую информацию со средств отображения в закодированном виде. С их помощью формируется информационная модель объекта управления.

Поэтому на первом уровне получения информации происходит восприятие оператором информационной модели, т. е. восприятие физических явлений, выступающих в роли носителей информации (положение стрелки на шкале измерительного прибора, комбинация знаков на экране электронно-лучевой трубки, мигание лампочки, звук и т. п.). После этого на втором уровне осуществляется декодирование воспринятых сигналов и формирование на этой основе некоторой «умственной картины» управляемого процесса и условий, в которых он протекает. Такую «умственную картину» в инженерной психологии принято называть концептуальной моделью '. Она дает возможность оператору соотнести в единое целое различные части управляемого процесса и затем на основе принятого решения осуществить эффективные управляющие действия, т. е. правильно реализовать полученную информацию.

Деятельность оператора, как отмечалось в начале данного параграфа, имеет целый ряд специфических особенностей. Поэтому успешное ее выполнение предполагает определенный уровень развития психических процессов. Основными из них являются восприятие, внимание, память, представление и др..