Файл: Литература 25 Краткая история развития эргономики 27.doc

Необходимым условием успешного изучения двигательных ак­тов является создание адекватного способа регистрации и анализа пространственно-временной развертки исполнительных действий. Этому требованию удовлетворяет экспериментальный стенд для исследования инструментальных двигательных навыков.

Функциональная блок-схема экспериментального стенда (рис. 1) включает:

систему управления объектом;

цветной телевизионный индикатор;



управляющую ЭВМ, которая работает как в режиме счета для многомерной статистической обработки результатов, так и в режи­ме управления экспериментом.

Система управления объектом включает многостепенный орган управления, тензометрический усилитель и блок операционных усилителей.

Орган управления манипуляторного типа (датчик пространст­венного перемещения руки оператора) представляет собой пара­метрическую модель руки челове­ка; конструктивно выполнен как шарнирное соединение трех кине­матических звеньев посредством одностепенных шарниров и имеет три степени подвижности. Всякое пространственное перемещение точки приложения оператором уп­равляющего усилия трансформи­руется в соответствующие изме­нения углов, образованных кине­матической схемой органа управ­ления. Входными параметрами являются текущие значения три­гонометрических функций углов, формируемые синусно-косинусны­ми датчиками, установленными на осях вращения звена. По ним в аналоговом вычислительном бло­ке строится пространственная ма­тематическая модель органа управления относительно прямоуголь­ной декартовой системы координат. Конструктивное решение орга­на управления позволяет сохранять содержание и естественную на­правленность мануальных движений оператора, хотя система уп­равления предусматривает возможность нарушать однородность и . соответствие моторного и сенсорного полей введением коэффици­ентов сжатия пространства или введением электрической инверсии направления одноименных векторов.

Используемый в экспериментальной установке цветной телеви­зионный индикатор можно назвать иллюзорно-изобразительным, так как за счет изменения величины управляемого сигнала созда­ется впечатление объемности тестовых и управляемого сигналов. Индикатор выполнен на базе промышленного цветного телеви­зионного приемника и блока управления. В соответствии с пода­ваемыми на выходы блока управления аналоговыми электриче­скими сигналами на экране индикатора формируются световые сигналы различных цветов. Впечатление объемности достигается управлением изменения площади высвечиваемых сигналов. Переме­щение световых сигналов в поле экрана осуществляется по гори­зонтали (X), вертикали (У) и изменению их световой площади(Z). Независимость управления световыми стимулами по парамет­рам X, У, Z позволяет кодировать ими пространственные коорди­наты перемещения объекта управления и формировать систему отсчета сенсорного поля оператора. Управляющие координатные сигналы строятся в блоке управления объектом по уравнениям свя­зи пространственного движения руки оператора и органа управле­ния.

---

Управляющая ЭВМ может эксплуатироваться в двух режимах: в активном режиме и режиме счета. Программы управления экс­периментом и обработки полученных результатов реализуются по интерпретирующей системе на ЭВМ М-6000 системы АСВТ. Веде­ние эксперимента осуществляется в режиме диалога с машиной по принципу приоритетного обслуживания следующих устройств связи с объектом: модуля ввода дискретной информации сигналов управления экспериментатора и испытуемого; модуля группово­го управления выводом дискретной информации тестовых сигналов зрительного канала связи оператора; бесконтактного коммутатора; аналого-цифрового преобразователя, воспринимающего аналого­вые сигналы относительно положения руки испытуемого в прост­ранстве.

Использование ЭВМ на линии эксперимента дает возможность предъявлять на экране меняющиеся по сложности, числу элемен­тов и количеству составляющих маршруты движения; вводить сбои в привычное протекание действия, выражающееся в изменении тра­ектории движения; вводить инверсию, т. е. нарушать привычное соотношение перцептивного и моторного полей. Стыковка с ЭВМ облегчила трудоемкую ручную обработку десятков тысяч измере­ний; позволила получать точностные и скоростные характеристики движения непосредственно в течение эксперимента.

Описанный многоцелевой экспериментальный стенд позволяет регистрировать пространственно-временные — скоростные и точно­стные— параметры исследуемого процесса. Движения ручки-мани­пулятора записываются на ленте многоканального полиграфа в ви­де трех составляющих по оси X, У, Z. На отдельном канале реги­стрируются сигнал от ЭВМ о предъявлении новой матрицы и сигналы испытуемого о совмещении с каждым элементом данной матрицы.

Движение управляемого пятна записывалось одновременно и из магнитофон, что давало возможность воспроизвести траекторию движения на графопостроителе, а также ввести данные экспери­мента в ЭВМ для обсчета.

Применение микроструктурного анализа, смысл которого за­ключается в выделении быстро текущих компонентов целостного действия, позволило выделить по каждой составляющей X, У, Z пространственного движения следующие стадии: латентную, фази-ческую (реализующую) и стадию контроля и коррекций. На рис. 2 представлен образец записи перехода на один элемент в одном из маршрутов движения. На рис. 2 отчетливо видно, что движению

---

по каждой составляющей предшествует значительный латентный период. После активного движения по каждой составляющей ре­гистрируется длительный период относительного покоя, предшест­вующий сигналу испытуемого о совмещении управляемого пятна с элементом матрицы. Этот период можно рассматривать как пе­риод коррекций, характеризующийся мелкими движениями по той или иной составляющей, и период контроля за качеством совмеще­ния. Как видно из рисунка, время длительности стадий по каждой составляющей неодинаково: программирование по одной составля­ющей по сравнению с другой идет с некоторым запаздыванием, т. е. возможно последовательное пла­нирование по каждой составляю­щей. Аналогичным образом с не­которым сдвигом происходят и реализация и контролирование.

Эти данные послужили осно­ванием для выделения так назы­ваемого «чистого времени» бло­ков-стадий: БФП — блока форми­рования программы, БР — блока реализации, БКК — блока кон­троля и коррекций, а также двух стадий разброса: Дt₁, включаю­щую в себя одновременно и пла­нирование и реализацию, и Дt₂, объединяющую реализацию и кон­тролирование. «Чистое время» каждого блока — это то время, когда составляющие движения функционируют в терминах, при­сущих именно этому блоку, будь то планирование, реализация или контролирование. Разброс, характеризующийся величиной Дt₁и Дt₂, дает представление о разбросе не только внутри одной стадии, но также между стадиями движения, характеризуя степень про­странственности осуществляемого действия.

Эксплуатация многоцелевого экспериментального стенда откры­вает широкие возможности для исследования процессов управле­ния и построения движений.

Для решения целого ряда прикладных задач весьма эффектив­ным оказывается использование современных методических средств анализа когнитивных процессов.

Для целого ряда современных операторских профессий реша­ющей является способность зрительного обнаружения и различе­ния критических элементов, предъявляемых на фоне других, отли­чающихся по одним и совпадающих по другим признакам элемен­тов (экраны радиолокаторов, фотографии событий в камерах Вильсона, рентгеновские снимки и т. д.).Оптимизация такого рода деятельности связана в первую оче­редь с анализом свойств зрительной системы как фильтра прост­ранственных и временных частот. Психофизические исследования на человеке и психофизиологические исследования на животных [21] показали, что в зрительной системе существуют каналы пере­работки информации, специфичные по отношению к определенным пространственным частотам изображения. Им свойственна макси­мальная чувствительность к синусоидаль­но-модулированному распределению яр­кости, имеющему определенную прост­ранственную частоту. Таким образом, зрительная система структурно и функ­ционально способна к осуществлению ча-

---

стотного анализа любого изображения, подобно тому как аналитически некото­рая функция может быть представлена в виде сумм синусоидальных компонент при ее Фурье-разложении.

Характеристики этих частотно-специ­фических каналов определяют функцию контрастной чувствительности зритель­ной системы (рис. 3), которая показыва­ет, насколько различные пространствен­ные частоты изображения усиливаются или, наоборот, ослабляются при прохож­дении через зрительную систему². Несмотря на то что в силу не­линейности этих преобразований [85] функции контрастной чувст­вительности адекватно характеризуют возможности нашего зрения только для околопороговых интенсивностей стимуляции, она со­держит существенно более полную информацию, чем многочислен­ные традиционные показатели «остроты зрения». Кроме того, при оценке любых средств зрительного отображения в первую очередь возникает вопрос о том, может ли быть вообще воспринята некото­рая информация. Поэтому проблема надпороговой нелинейности зрительной системы в данном контексте не столь существенна.

Рассмотрим более внимательно изображенную на рис. 3 функ­цию. Хорошо известному факту неразличимости достаточно мелких деталей соответствует падение правой ветви кривой чувствитель­ности в области высоких пространственных частот. Этот недоста­ток зрения компенсируется с помощью различных способов увели­чения угловых размеров изображения. Менее известным является факт сниженной чувствительности зрения к низким пространствен­ным частотам, отражающимся в снижении левой ветви графика. Учет этого факта имеет большое значение, например, при рентгенологии, так как мягкие ткани и опухоли представлены на снимках именно низкочастотными, градуальными признаками яркости. Та­ким образом, в зависимости от того, в какой части спектра изо­бражения может содержаться критическая информация, целесооб­разным оказывается не только увеличение, но и уменьшение раз­меров изображения. Поскольку диапазон возможных изменений угловой величины деталей весьма велик (примерно 1:20), ясно, что этого нельзя достигнуть простым изменением удаленности снимка.

Интересным развитием этого подхода является дополнение анализа пространственной чувствительности информацией о вре­менной разрешающей чувствительности глаза. Эти исследования, в частности, позволили установить, что возможность различения характеристик формы объектов снижается, если пространственно-временные усилия предъявления совпадают с условиями, в которых наблюдается кажущееся (стробоскопическое) движение [18]. налогичное восприятие быстродвижущихся реальных предметов хорошо известно каждому. Близкой областью прикладных исследований, испытавшей силь­ное влияние экспериментальной психологии, является область про­ектирования и создания многомерных устройств отображения ин­формации. Здесь задача проектировщика состоит в том, чтобы по возможности одновременно и без интерференции сообщить опе­ратору множество разнородных сведений, которые по отдельности или же в некоторой комбинации определяют правильность прини­маемых им решений. Вся история работ в этой области показыва­ет, что идеальным примером решения этой задачи является наше повседневное предметное восприятие, интегрирующее в единый, целостный образ не только разнообразную сенсорную информацию, но также данные, хранящиеся в памяти. Поэтому все более инте­ресные разработки в этой области в большей или меньшей степени опираются на использование экологически естественных механиз­мов перцептивной обработки, детали которых выявляются с по­мощью разнообразных методик изучения восприятия. Так, иссле­дования по психофизике восприятия пространства и движения [84] дали начало целому семейству хорошо описанных в специальной литературе устройств отображения типа контактных аналогов— «коналогов». В сочетании с возможностью обращения к точной цифровой информации о каждом из критических параметров ситу­ации «коналоги» позволяют одновременно учитывать многомерную пространственно-динамическую информацию о положении таких объектов, как самолет, ракета, подводная лодка и т. п.

---

Большие возможности кроются в использовании резервов зри­тельной образной памяти для целей идентификации. Как показывают последние исследования, если запоминание случайных зрительных структур страдает от тех же ограничений, что и запоминание бессмысленного вербального материала [90], то запоминание предметных видовых слайдов, пусть даже довольно однообразных



в тематическом отношении, намного превосходит по своему объему и продолжительности хранения все другие известные виды памяти. Может быть, не самым важным, но, безусловно, весьма демонстра­тивным примером опоры на механизмы предметного восприятия может служить работа швейцарских авторов {91], перед которыми



была поставлена задача создания алгоритмов, позволяющих обес­печить зрительное различение настоящих и фальшивых банкнот. Трудность этой задачи состоит в существовании значительного числа пространственных параметров рисунка (расстояния между элемен­тами рисунка, их величина и т. п.), каждый из которых в норме характеризуется определенным диапазоном вариации. Интересно, что попытка представить эти параметры в виде абстрактных фигур — замкнутых полигонов (рис. 4)—оказалась столь же безуспеш­ной, как и использование данных в цифровой форме. Напротив, переход к представлению этих пара­метров в виде условных изображений человеческих лиц (алгоритм Черно­ва), как видно из рис. 4, позволяет до­статочно легко решить эту проблему.

Для исследования процессов ин­формационного поиска оператором ус­пешно применяются такие методиче­ские приемы, как регистрация движе­ний глаз, хронометрический анализ, факторный эксперимент и т. д. [8, 89]. Развитие этих, уже достаточно тради­ционных, с точки зрения их практиче­ского использования, направлений ис­следований привело к более детально­му анализу возможности использова­ния пространственных характеристик движений глаз в оптимизации слож­ных сенсомоторных координаций. Но­вым направлением исследования явля­ется экспериментальный анализ про­цессов информационного поиска, кото­рые разворачиваются не во внешнем, а во внутреннем пространст­ве или, точнее, во внутренних субъективных пространствах памяти оператора.

Прототипом большинства подобных исследований является ме­тодический прием хронометрического изучения процессов опозна­ния: испытуемый должен как можно быстрее определить, принад­лежит ли предъявленный ему объект к предварительно показанному «положительному» множеству [92]. Типичные результаты состоят в том, что время как положительных («да»), так и отрицательных («нет») реакций является линейно-возрастающей функцией величи­ны «положительного» множества (рис. 5). Кроме того, наклон обеих функций оказывается примерно одинаковым. Это говорит о том, что информационный поиск среди репрезентированных в па­мяти элементов «положительного» множества представляет собой, во-первых, последовательный, а во-вторых, исчерпывающий процесс. Другими словами, это такой процесс, который продолжается до полного перебора в памяти элементов множества, даже если на одном из промежуточных этапов поиска было установлено тождест­во показанного элемента с одним из хранящихся в памяти. Если бы поиск прекращался сразу после установления тождественности (самоокончивающийся поиск), то в негативных пробах приходи­лось бы рассматривать примерно в два раза больше элементов, чем в положительных. Поэтому наклон функции отрицательных отве­тов должен быть в два раза больше наклона функции положитель­ных ответов.

---