Этапы деятельности человека-оператора 3 страница
Рис. 1.4. Особенности СЧМ, учитываемые при инженерно-психологическом (прерывистый контур) и эргономическом (сплошной контур) подходе к ее анализу и синтезу (по Ю.Г. Фокину).
Сейчас пока еще трудно однозначно сказать, какое из этих мнений является правильным. Важно отметить другое. В любом случае эргономика не подменяет, не заменяет, не поглощает ни физиологию, ни гигиену труда, ни инженерную психологию, никакую другую науку. Включаясь в эргономический комплекс с целью решения тех или иных задач, ни одна из них не теряет своей самостоятельности.
Еще одним научным комплексом является наука управления. В настоящее время повышение «удельного веса» социальных и организационных факторов на производстве выдвигает необходимость помимо изучения систем «человек — машина» интенсивно исследовать системы «человек — коллектив — техника — среда», иначе: «социотехнические системы». На этой основе рождается новый научный комплекс — наука управления. В рамках этого комплекса инженерная психология также не теряет самостоятельности, объединяется с экономикой, организацией труда, социологией, социальной психологией и рядом других дисциплин, изучающих социотехнические системы. Важное место в этом комплексе занимает психология управления, включающая в себя функционально-структурный анализ организационных систем и управленческой деятельности, психологический анализ построения, эксплуатации и использования в народном хозяйстве АСУ организационного типа (АСУП, ОАСУ и др.), социально-психологический анализ производственных и управленческих коллективов с исследованием психологии руководства.
Таким образом, в психологии управления осуществляется переход от «операторской» психологии к анализу деятельности проектировщиков и конструкторов АСУ, а также обслуживающего персонала этих систем. Главное здесь — глубокое изучение психологических особенностей, структуры, механизмов управленческих процессов, управленческой деятельности в целом.
Из рассмотренного видно, что управленческая деятельность выходит за рамки инженерной психологии и не может быть понята без социально-психологического анализа процессов управления. Однако точно так же она не может быть изучена и без инженерно-психологического анализа социотехнических систем. В этом заключается прямая взаимосвязь инженерной психологии и науки управления (точнее, той ее части, которая относится к психологии управления). Дальнейшее развитие психология управления получила в последнее время, когда в ее рамках возникло новое научное направление — психология менеджмента. Оно ориентировано на психологическое обеспечение эффективной жизнедеятельности (функционирования) организаций в рыночных условиях хозяйственных отношений. Для успешного выполнения своих обязанностей современный менеджер (от английского menedement —управление) должен обладать серьезными психологическими знаниями, а при работе его в промышленности, транспорте, системах связи в этом комплексе знаний велика роль инженерной психологии и психологии труда. Более подробно этот вопрос рассмотрен в последней главе.
Инженерная психология связана также с кибернетикой и системотехникой. Системотехника представляет собой новое научное направление, находящееся в стадии формирования. В настоящее время системотехника понимается как техническая наука об общих принципах создания, совершенствования и использования технических систем. Вполне очевидно, что системотехническое проектирование немыслимо без учета человеческого фактора, проектирования операторской деятельности, без других данных инженерной психологии,
Кибернетика представляет собой науку об общих закономерностях процессов управления в системах различного характера (живых организмах, технике, обществе). Значение кибернетики для инженерной психологии заключается в том, что она позволяет подойти к изучению и описанию с единых позиций таких качественно разнородных составляющих СЧМ, какими являются человек и машина.
Однако при решении инженерно-психологических задач такое рассмотрение человека и машины в СЧМ является не более чем просто методическим приемом, искусственным методом, позволяющим соотносить между собой различные составляющие СЧМ. При этом нельзя, конечно, забывать о специфичности деятельности человека, подчиняющейся биологическим и психологическим законам, и работы машины, которая подчиняется физическим и химическим законам.
Большое значение для инженерной психологии имеет использование математических методов. Это особенно важно в настоящее время, когда становится очевидной проектировочная сущность инженерной психологии. Хорошо известно, что любой проект (а проектирование деятельности оператора не составляет, очевидно, исключения) предполагает обязательное использование и получение тех или иных количественных характеристик и соотношении. И здесь не обойтись без математики. Как известно, К. Маркс считал, что наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается пользоваться математикой [23, с. 66]. В настоящее время инженерная психология уже достигла такого уровня развития. Математические методы широко применяются для построения моделей деятельности оператора, при планировании и обработке результатов инженерно-психологических экспериментов, при получении количественных оценок деятельности оператора и т. д. Однако правильное применение математических методов невозможно без учета психологических и психофизиологических закономерностей операторской деятельности, без опоры на ее содержательную сторону. Поэтому существующие разделы математики не всегда могут быть просто перенесены в область инженерной психологии.
В последние годы усиливаются взаимосвязи между инженерной психологией и экономикой. Это обусловлено развитием техники и технологий, совершенствованием системы экономического планирования и управления производством, что открывает мощные резервы роста производительности труда и повышения эффективности производства. Однако они могут быть по-настоящему реализованы только при условии развития творческой активности человека. Поэтому наряду с резервами, создаваемыми научно-техническим прогрессом, все большее значение на современном этапе приобретают резервы главной производительной силы общества — человека. Возрастает роль психологических факторов как одного из важнейших условий интенсификации экономики [156].
Большая роль в решении данного вопроса принадлежит инженерной психологии, которая непосредственно включается в процесс совершенствования рыночных отношений в нашей стране. Использование ее достижений в общественной практике становится важнейшим условием роста производительности и качества труда, повышения эффективности управления народным хозяйством, совершенствования современной техники и технологий, дальнейшего развития системы профессиональной подготовки и охраны труда, воспитания в процессе труда нового человека [92,94]. Все это в конечном итоге определяет экономическое значение инженерной психологии.
Связь эта взаимная. Широкое внедрение инженерно-психологических разработок в практику народного хозяйства оказывает существенное влияние на экономические показатели отдельных подразделений и предприятий. В свою очередь, высокая экономическая эффективность этих разработок способствует более быстрому и широкому их внедрению, возрастанию авторитета научных исследований в области инженерной психологии. Это оказывает существенное влияние на развитие дальнейших исследований в данной области [169].
Заканчивая рассмотрение междисциплинарных связей инженерной психологии, необходимо остановиться на ее месте в системе подготовки современного инженера. Изучение инженерной психологии базируется на некоторых разделах ряда учебных дисциплин.
Знания из области физики необходимы при проведении инженерно-психологических измерений и экспериментов, при изучении характеристик анализаторов человека, при пользовании различного рода измерительными приборами. Математические знания нужны при изучении количественных характеристик деятельности оператора. Политическая экономия способствует правильному пониманию роли и места человека при различных способах производства. Без опоры на общую теорию надежности затруднено изучение надежности оператора и системы «человек — машина». Знание возможностей и принципов построения ЭВМ помогает в изучении вопросов распределения функций между человеком и машиной и моделирования деятельности оператора.
Помимо этого инженерная психология является базой для изучения таких дисциплин по профилю подготовки студента, как конструирование аппаратуры, техническая эксплуатация, охрана труда и техника безопасности, экономика и организация промышленного производства и др. Для изучения этих дисциплин нужны сведения о характеристиках и возможностях человека, его свойствах и состояниях в процессе труда.
Глава II. ИНФОРМАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ЧЕЛОВЕКОМ И МАШИНОЙ
2.1. Общие понятия об информации
Понятие информации имеет фундаментальное значение для инженерной психологии. Это обусловлено тем, что содержание функций человека в СЧМ составляют информационные процессы передачи, переработки, хранения и реализации информации, а информационное взаимодействие между человеком и машиной составляет предмет инженерной психологии. Поэтому для решения многих инженерно-психологических проблем весьма важно решение двух взаимосвязанных задач: во-первых, изучение закономерностей информационной деятельности человека, и во-вторых, организация процесса обмена информацией между человеком и машиной в СЧМ. Теоретической базой для изучения информационных процессов является теория информации, основные положения которой разработал применительно к техническим каналам связи известный американский ученый К. Шеннон. Эти положения он опубликовал в широко известной статье «Математическая теория связи» (1948 г.). Основная идея К. Шеннона заключается в том, что с информацией можно обращаться почти так же, как с другими физическими категориями, какими являются вещество и энергия. Поэтому информация не может быть определена через эти категории и является наряду с ними одной из трех самостоятельных субстанций окружающего нас мира. Следовательно, согласно К. Шеннону, и транспортировка (передача) информации может рассматриваться подобно транспортировке вещества и энергии.
Несмотря на частое использование термина «информация» в различных сферах жизни и деятельности человека однозначного определения этого понятия пока не существует. Мы будем понимать под информацией совокупность сведений, уменьшающих неопределенность в выборе различных возможностей. При таком подходе понятие информации связывается с понятиями вероятности, энтропии, ансамбля, неопределенности выбора, неожиданности появления события и с логарифмической функцией при некотором постоянном основании логарифма. Именно такой подход применяется в теории информации (статистической теории связи). Необходимо отметить, что такое определение информации существенно отличается от обыденного значения этого слова.
В инженерной психологии более конкретно под информацией понимают любые изменения в управляемом процессе, отображаемые на средствах отображения информации или непосредственно воспринимаемые оператором, а также команды, указания о необходимости осуществления тех или иных воздействий на процесс управления. Любое сообщение информативно, если оно представляет то, чего человек не знал до его поступления. Сообщение представляет собой совокупность сведений о некоторой физической системе.
Применительно к деятельности оператора сообщение — совокупность зрительных, слуховых и других сигналов, воспринимаемых им в данный момент времени, а также «сигналов», хранимых в памяти оператора [26]. Сообщение приобретает смысл (содержит некоторое количество информации) только тогда, когда состояние системы заранее неизвестно, случайно, т. е. системе присуща какая-то степень неопределенности. В качестве меры неопределенности в теории информации используется понятие энтропии. Неопределенность системы уменьшается при получении каких-либо сведений об этой системе. Чем больше объем полученных сведений, чем они более содержательные, тем большей информацией о системе можно располагать. На этом основании базируется подход к определению количества информации, в соответствии с которым количество информации измеряется уменьшением энтропии той системы, для уточнения состояния которой предназначены эти сведения. Другими словами, мерой количества информации является снятая неопределенность (снятая энтропия). Подробнее этот вопрос рассматривается в следующем параграфе.
Материальным носителем информации является сигнал (от лат. signum — знак). Сигнал — это процесс или явление (внешнее или внутреннее, осознанное или неосознанное), несущее сообщение о каком-либо событии и ориентирующее человека относительно этого события. В психологии такие сигналы называют также раздражителями. В соответствии с характером анализаторов (органов чувств) и других воспринимающих систем выделяются сигналы: оптические, акустические, механические, термические, электромагнитные, химические и др. Сигнал, являясь носителем сообщения, содержит в себе определенную информацию для получателя. Вне сигналов информация не существует. В то же время она не зависит от конкретных физических (и вообще материальных) свойств сигналов. Одна и та же информация может быть передана различными сигналами. Например, одна и та же информация о состоянии объекта управления может быть передана оператору с помощью оптических (показание прибора), звуковых (сирена, голос), тактильных (вибрация руля управления) и других сигналов [128].
Связь между сигналом и характером вызываемых им информационных процессов составляет смысловое содержание сигнала. Смысл сигнала (в отличие от количества информации) не является объективным свойством его источника: один и тот же сигнал может интерпретироваться различными получателями по разному и, напротив, в определенных ситуациях различные сигналы могут оцениваться как имеющие один и тот же смысл. Таким образом, смысл сообщения определяется его субъективной интерпретацией получателем (оператором). Это положение имеет важное значение для любой человеческой деятельности, но оно, к сожалению, лежит вне рамок статистической теории информации, что существенно ограничивает возможности ее применения в инженерной психологии.
Связь между сигналом и несущей им информацией базируется на принципе изоморфизма (от лат. isos — равный и morphes— форма). Под ним понимается общая форма взаимной упорядоченности двух множеств. Изоморфизм представляет собой однозначное свойство элементов и отношений двух множеств. Например, множество состояний звукового давления и множество состояний намагничивания на магнитной ленте являются изоморфными. Множество возбуждений зрительного нерва, возникающих под воздействием световых волн, действующих на сетчатку глаза, находится в соотношении изоморфизма с источником информации. Это множество нервных импульсов является нервными сигналами действующего источника.
Понятие изоморфизма имеет важное значение при анализе информационных процессов. Это обусловлено тем, что сигнал представляет собой множество состояний своего носителя, изоморфное множеству состояний источника. Изоморфное отношение множества состояний носителя информации к множеству — источнику, определяющее лишь общую упорядоченность двух множеств, делает сигнал кодом источника информации. Благодаря кодированию, производится перевод упорядоченности состояний источника в определенную упорядоченность носителя. Например, множество точек звуковой дорожки на пластинке, упорядоченное в пространстве, представляет собой код множества состояний звукового давления, упорядоченного во времени. Таким образом, благодаря изоморфизму, информация несет сведения о своем источнике [8].
Используемая в деятельности оператора информация классифицируется по ряду признаков. Выше уже отмечалось, что в зависимости от модальности (вида) сигнала информация может быть зрительной, слуховой, тактильной, проприоцептивной (отражает характер движений человека) и др. По значению информация подразделяется на командную (дает указания о необходимости проведения определенных действий) и осведомительную (дает представление о сложившейся ситуации). По своему характеру информация может быть релевантной (полезной, относящейся к решаемой в данный момент задаче) и иррелевантной (бесполезной, ненужной в данной ситуации; такая информация может оказаться и вредной с точки зрения эффективности работы оператора, тогда она называется помехой) . Иррелевантную информацию не следует путать с избыточной информацией, которая во многих случаях оказывает положительное влияние на деятельность оператора.
С точки зрения полноты информация подразделяется на избыточную и безызбыточную. Введение избыточности (изображение, естественный язык, применение специальных помехоустойчивых кодов и др.) является эффективным средством борьбы с помехами, повышает помехоустойчивость работы оператора. С этой же точки зрения информация может быть полной и неполной. По форме информация может быть количественной (несет количественные характеристики объекта управления) и качественной (несет модальные, качественные характеристики: больше — меньше, выше — ниже; правый крен, левый крен, отсутствие крена и т. п.). Несмотря на свой качественный характер такая информация тем не менее также может быть оценена количественно.
С точки зрения искажений информация может быть достоверной (истинной) и недостоверной (ложной, искаженной). Последняя, если ее вовремя не распознать, может внести дезорганизацию в процесс управления. Недостоверная информация может возникнуть как вследствие сбоев в работе технических средств, так и вследствие ошибок операторов. В зависимости от источника поступления информация делится на приборную (инструментальную) и неинструментальную. Приборная информация поступает к оператору со средств отображения информации, как правило, в закодированном виде. Для уяснения смысла такой информации оператору нужно провести ее декодирование, т. е. привести ее к исходному виду. Неинструментальная информация непосредственно поступает на органы чувств оператора. Она присутствует практически во всех видах операторской деятельности, однако ее роль и значение для многих из них существенно разная. Так, для операторов АСУ ее роль крайне мала, хотя и здесь в ряде случаев появление необычных запахов, вибраций, шумов может нести информацию об изменении режима работы системы, возникновению неполадок в ее работе. Опытный сталевар управляет процессом плавки не только с помощью приборов, но и учитывает при этом цвет металла и другие его характеристики. Исключительную роль неинструментальная информация имеет при проведении органолептических исследований, то есть при измерении и оценке тех или иных показателей с помощью органов чувств (например, визуальный контроль).
Важную роль неинструментальная информация играет в деятельности операторов транспортных средств. Так, летчик, ощущая угловые и продольные ускорения, вибрации, шумы, усилия на органах управления и даже запахи, систематически обозревая внекабинное пространство при визуальном полете, может косвенно судить о состоянии самолета, изменении режима полета.
Неинструментальная информация совместно с приборной информацией является важной составной частью информационной модели. В связи с этим возникает важная инженерно-психологическая проблема взаимодействия двух видов информации: инструментальной и неинструментальной. От особенностей их взаимодействия зависит надежность восприятия информации человеком и, следовательно, надежность его деятельности. При этом следует иметь в виду, что несогласованность инструментальных и неинструментальных сигналов оказывает отрицательное влияние на деятельность оператора, являясь источником возникновения конфликтной ситуации. Конфликтность ее состоит в том, что при явной своей значимости обнаруженный сигнал не может быть использован для организации действий. Поэтому считается, что неинструментальная информация также может и должна подвергаться упорядочению и в этом отношении она принципиально не отличается от инструментальной [112].
И, наконец, в зависимости от изменения во времени различают статическую и динамическую информацию [30]. Статическая (постоянная, не меняющаяся во времени) информация, как правило, не подвергается машинной обработке. К ней относятся, например, параллели и меридианы на географических картах, физические и математические константы, статические надписи на рабочих местах операторов и т. п. Динамическая (меняющаяся во времени) информация обычно подлежит машинной обработке, при необходимости подлежит кодированию и в закодированном виде поступает к оператору. Сказанное относится преимущественно к инструментальной информации.
Информацию, используемую в СЧМ, можно рассматривать в различных аспектах: количественном, семантическом, прагматическом. Количественный аспект, называемый также статистическим, структурным, отражает объективные пространственно-временные характеристики сигналов. Он проявляется в различной вероятности появления того или иного сигнала, в количестве возможных сигналов, в соотношении сигнала и шума (помехи) и др. Психологическими эквивалентами этих переменных являются степень неожиданности сигнала или степень сложности выбора [128]. Данный аспект информации оценивается ее количеством, которое зависит только от объективных характеристик сигналов (их вероятностей и разнообразия), и совершенно не учитывает их субъективные, психологические эквиваленты.
Прагматический аспект информации определяет отношение получателя к принятым сообщениям, каково их практическое, прикладное значение в деятельности оператора, насколько они полезны и как отражаются на деятельности оператора и ее результатах. Данный аспект информации оценивается ее ценностью, полезностью для оператора. Ценность информации может оцениваться только в связи с целью деятельности. В этой связи любое сообщение может содержать (или не содержать) информацию, облегчающую или затрудняющую достижение полезного результата (цели) в вероятностной ситуации. Поэтому основные подходы к определению ценности информации предполагают оценку изменения вероятности достижения цели после получения данного сообщения.
Семантический аспект определяется содержанием, смыслом информации, который она несет оператору. Этот аспект разработан наиболее слабо, что обусловлено как трудностью количественной оценки смысловой стороны информации, так и недостаточной определенностью самого этого понятия [155]. Один из наиболее возможных подходов к определению количества семантической информации предложен К.С. Козловым [61,70]. Этот подход основан на том, что необходимым моментом применения семантической теории информации является определение исходного множества «обслуживаемых» элементов и функциональных элементов системы, выявление многоуровневой структуры этого множества элементов, знание алгоритмов функционирования системы. Семантическая информация делится на два вида: структурную и функциональную. Первая основывается на статических множествах, элементы которых не изменяют свои состояния во времени. Этот вид информации используется человеком для ориентировочной деятельности. Вторая составляющая семантической информации (функциональная) базируется на динамических множествах и представляет собой информацию о состояниях элементов множества и о действиях, с помощью которых осуществляется требуемое движение множества как динамической системы. Этот вид информации используется человеком для исполнительной деятельности. На основе такого теоретико-множественного подхода получены формулы для количественного определения семантической информации [61,70].
Используемая оператором информация оказывает на него и определенное эмоциональное влияние. Наиболее полно этот вопрос проработан в информационной теории эмоций [165]. Согласно этой теории степень эмоционального напряжения Э количественно зависит от степени потребности (влечения, мотивации) П, а также от разности между информацией, прогностично необходимой для удовлетворения потребности (In) и информацией, реально имеющейся у человека (Iр). Указанные отношения выражаются формулой
(2.1)
Количество информации тесно связано и определяется вероятностью достижения цели. Ее оценку человек производит на основе врожденного и ранее приобретенного опыта, непроизвольно сопоставляя информацию о средствах, времени, ресурсах, предположительно необходимых для удовлетворения потребности, с информацией, поступившей в данный момент. Прогнозирование вероятности достижения цели может осуществляться как на осознаваемом, так и неосознанном уровне. Возрастание вероятности в результате поступления новой информации (Iр>In) порождает положительные эмоции, падение этой вероятности (Ip< In) ведет к отрицательным эмоциям. Причем величина этих эмоций в обоих случаях прямо пропорциональна потребностям человека. Стремление максимизировать положительные эмоции и минимизировать отрицательные определяет регуляторные функции эмоций, их роль в организации целенаправленного поведения. Информационная теория эмоций позволяет использовать объективно регистрируемые проявления эмоций (мимика, голос, изменение физиологических функций и электрической активности мозга, сердца) в качестве индикатора потребностей человека и степени их удовлетворенности, уточнить их классификацию, проследить процесс их формирования и взаимодействия. Информационная теория эмоций позволила предложить методы объективной диагностики эмоционального напряжения в различных видах операторской деятельности и меры профилактики этого напряжения.
Еще один подход к оценке эмоциональных реакций оператора на используемую информацию предложен в работе [77]. Здесь отмечается, что значимая для оператора (прагматическая) информация может иметь для него два значения. Первое из них связано с ценностью информации, второе — с реакциями, свидетельствующими о предстоящих трудностях, опасностях. Такая информация названа значимо тревожной; ее количественная оценка дается на основании временных и точностных ограничений, возникающих в деятельности оператора.
Рассмотренные явления тесно связаны с понятием фасцинации. Фасцинация (от лат. fascia — повязка, полоса) представляет зависимость результата воздействия информации на поведение от посторонних факторов, в частности, помех. Они могут возникать как в канале связи, так и в самом мозгу. В последнем случае помехи могут генерироваться специальными мозговыми механизмами, играющими роль фильтров, которые разрушают информацию на ее пути к эффекторному (исполнительному) аппарату человека. На существование подобных механизмов впервые указал И. Винер; он предложил назвать семантически значимой ту информацию, которая, пройдя систему фильтров, непосредственно влияет на эффекторный аппарат принимающей системы (например, на поведение человека). Ю.В. Кнорозов высказывает предположение, что сигналы помимо информации могут также нести и фасцинации, т. е. такое воздействие на фильтры принимаемой системы, которое снижает их эффективность и повышает количество семантически значимой информации. Примером фасцинативного воздействия на центральную нервную систему может являться особый ритм речевых сигналов и их своеобразная интонационная окраска при гипнозе.
2.2. Основные свойства и характеристики информации
Для того чтобы иметь возможность использовать понятие информации при решении различных инженерно-психологических задач, нужно знать основные характеристики и свойства информации. Основными ее характеристиками являются количество, ценность, избыточность и достоверность. Количество информации является важнейшей характеристикой информации, используемой в инженерной психологии. Простой формальный аппарат для оценки количества информации, содержащейся в сообщении, разработан в классической теории информации (статистической теории связи).
При таком подходе количество информации определяется величиной уменьшения энтропии (неопределенности ситуации) после получения человеком каких-либо сведений. Величина энтропии рассчитывается по формуле
(2.2)
где Рi — вероятность i-того сигнала (нахождения системы в i-том состоянии);
n — общее число различных сигналов (состояний системы).
В случае, есливсе сигналы равновероятны (Рi = ),
то энтропия при данном n достигает своего максимального значения, равного
H = log2 n, (2.3)
При поступлении сообщения о каком-либо событии энтропия системы уменьшается, причем это уменьшение и характеризует количество поступившей информации
I = Н – H0, (2.4)
где Н и Н0 — соответственно априорная (доопытная) и апостериорная (послеопытная, т. е. после получения сообщения) энтропия.
В том практически важном случае, когда после поступления сведений состояние системы стало полностью определенным (а именно такой случай наиболее характерен для деятельности оператора), то количество информации численно равно априорной энтропии системы, т. е. I = Н.
В формулах (2.2) и (2.3) логарифм может браться по любому основанию, но наиболее часто используется основание, равное двум. При этом единица измерения количества информации носит название двоичной единицы информации (деи), или бита. Информация в один бит будет иметь место в том случае, когда осуществляется выбор одного из двух равновероятных событий. Передача информации, равной одному биту позволяет уменьшить неопределенность ситуации вдвое.