Файл: Литература 25 Краткая история развития эргономики 27.doc

§6. Моделирование в эргономике

Моделирование структуры и функций систем «человек-маши­на» получило широкое распространение в эргономике. Существуют различные виды моделирования: предметное, предметно-математи­ческое, знаковое и его важнейшая форма — математическое. Кроме того, широко применяется стохастическое моделирование, основан­ное на установлении вероятностных связей между событиями.

Предметное моделирование, в ходе которого исследование ве­дется на модели, воспроизводящей основные геометрические, фи­зические, динамические и функциональные характеристики «ориги­нала» [11], является характерной особенностью многих эргономи­ческих работ.

При этом используются статические и функциональные макеты [50]. Первые представляют, как правило, трехмерные, выполнен­ные в натуральную величину модели оборудования, его отдельных блоков, которые подвергают испытаниям. Статический макет мо­жет использоваться: для выбора оптимального способа организа­ции оборудования; для эргономической оценки оборудования и по­лучения ответов на такие вопросы о его функционировании, кото­рые не могут быть решены с помощью двухмерных чертежей; для решения задач организации рабочего места; для проверки разме­щения органов управления с точки зрения удобства пользования ими; для проверки точности и скорости считывания показаний приборов; для определения доступности точек проверки, испытаний в регулировки в процессе технического обслуживания оборудования. Функциональный макет представляет модель оборудования в натуральную величину, которая в отличие от статического может воспроизводить реальное функционирование аппаратуры в режи­мах ручного и автоматического управления. К этому виду макетов, можно отнести и тренажеры, предназначенные для профессиональ­ной подготовки специалистов и используемые для изучения и ре­шения задач проектирования соответствующего вида деятельности. Функциональные макеты, используемые в эргономике, это создан­ные по определенным правилам экспериментальные модели систе­мы «человек-машина» или ее подсистемы, свойства которых таким образом детерминируют деятельность человека, что ее основные характеристики соответствуют параметрам деятельности в реаль­ной системе [76]. Возможности использования функциональных макетов в эргономике могут быть значительно расширены с приме­нением в качестве программирующих и анализирующих устройств электронной и вычислительной техники.

---

Функциональный макет может быть использован для изучения трудовой деятельности человека (группы людей) в имитирован­ных условиях работы с целью сравнения альтернативных вариан­тов конструкции (или проверки единственного выбранного проек­та), а также для оценки отдельных характеристик оборудования. Так, для проверки проектных предложений и эргономического обо­снования художественно-конструкторских решений гидрокопиро­вального станка с программным управлением были созданы макет прототипа станка в масштабе 1:1 и специальный стенд, позволяю­щий оперативно воспроизводить пространственные условия дея­тельности станочника. С 'помощью скользящих металлических стержней и навесного оборудования, имитирующего основные ра­бочие элементы станка (зажимной патрон, заднюю бабку и т. п.)„ на стенде последовательно воспроизводился ряд объемных моделей станка и рабочей зоны. Во время работы испытуемых с определен­ной моделью записывалась биоэлектрическая активность мышц. Полученные миограммы позволили выбрать из ряда исследуемых вариантов один, размеры и геометрическая форма которого обес­печивали минимальное напряжение мышц станочника по поддер­жанию рабочей позы [36].

В эргономике остро ощущается необходимость применения методов математического моделирования. В последнее время моде­ли человеческих факторов в технике появляются в большом коли­честве. Однако далеко не каждая из них действительно моделирует изучаемый процесс, и нередко моделирование превращается в иг­ру математическими символами. Тем не менее это не дает основа­ний сомневаться в том, что стремление дать математическое описа­ние человеческих факторов в целом, безусловно, способствует раз­витию теории и практики эргономики. Главные проблемы, которые возникают при этом, связаны с выявлением всего комплекса психофизиологических свойств и характеристик человека, существен­ных для его деятельности в системе. Именно они должны быть от­ражены в соответствующих математических моделях, призванных для количественного описания указанной деятельности [64].

Разработаны методики, в которых количественному моделиро­ванию подвергаются такие характеристики, как качество деятель­ности человека-оператора, квалификация и профессиональная дея­тельность операторов, их психологическая направленность («лич­ностная», «коллективистская», «деловая»), психическая напряжен­ность (стресс), моральное состояние и спаянность коллектива и др. [35, 37]. Проводятся работы по систематизации моделей

---

, предназ­наченных для описания деятельности человека в конкретных режи­мах функционирования системы «человек—машина» [б].

В эргономических и инженерно-психологических исследованиях систем «человек—машина» использование имитационных моделей связано главным образом со стремлением охватить единым описани­ем как человека, так и технические компоненты системы; необходи­мостью представить процессы функционирования системы «чело­век—машина» в обобщенной форме, позволяющей выделить и изу­чить подсистемы и связи между ними; желанием освободиться от .подробностей описания внутрисистемных процессов [|32]. Одним из наиболее перспективных направлений развития моделирования для целей проектирования деятельности человека является исполь­зование теоретико-математического аппарата теории игр [31]. Эргономика нуждается в применении математических методов пла­нирования и обработки экспериментальных данных. Планирова­ние эксперимента, под которым понимают прежде всего систему представлений о рациональной стратегии проведения конкретного исследования [44], является существенным условием эффективно­го развития эргономики как сферы научной и практической дея­тельности.

§7. Использование ЭВМ в эргономических исследованиях

Построение адекватных моделей человеческой деятельности требует учета все большего числа факторов и взаимосвязей между ними, что ведет к постоянному усложнению моделей и способов работы с ними. Существенным при этом оказывается то, что такие модели представляют собой или «плохие» уравнения, которые не удается решить аналитически, или системы большого числа урав­нений, или, наконец, сложные в логическом отношении построения с большим числом связей и условий. В большинстве случаев работа с подобными моделями принципиально невозможна без ис­пользования вычислительной техники.

В еще большей степени стимулируют проникновение ЭВМ в об­ласть конкретных исследований каждодневные потребности прак­тики. Среди таких задач можно назвать необходимость получения достаточного объема экспериментальных результатов за сравни­тельно короткое время; создание системы (банка) стандартных справочных эргономических данных; экстраполяция результатов, получаемых в лабораторных исследованиях на реальные условия деятельности; получение количественных характеристик возможно­стей человека при осуществлении различных видов познаватель­ной и исполнительной деятельности.

Эффективное решение таких задач возможно лишь на основе полной и частичной автоматизации различного рода эргономиче­ских исследований. Только на этом пути возможен переход к «ин­дустриализации» и унификации методов исследования с широким использованием количественных оценок, что, в свою очередь, поз­волит повысить достоверность и сопоставимость результатов раз­личных работ.

---

Наиболее доступной (и распространенной) формой использова­ния вычислительной машины является обработка результатов экс­периментов (опросов, анкетирования, поведенческих показателей, физиологических параметров и т. п.). Обращение к ЭВМ при этом обусловлено ее возможностями работать с большими массивами данных со скоростью, на несколько порядков превосходящей воз­можности человека. Кроме того, машинная обработка позволяет использовать при анализе результатов экспериментов более мощ­ный аппарат, чем любой из доступных при «ручной» обработке. Достаточно указать для примера различные виды многомерного анализа (частная корреляция, множественная регрессия и т. д.). До недавнего времени экспериментальные исследования осу­ществлялись в два этапа: сначала проводился собственно экспери­мент (сбор информации), затем следовали анализ полученной ин­формации и ее обработка. Использование ЭВМ приходилось в ос­новном на второй этап. Имеются примеры автоматизации только первого этапа — непосредственного проведения эксперимента, например для предъявления информации в определенном времен­ном режиме по жесткой, составленной до эксперимента программе. Однако во многих случаях подобная двухэтапная процедура проведения исследования крайне неэффективна, поскольку отсут­ствие координации сбора данных с течением эксперимента приво­дит к хранению и обработке большого количества излишней ин­формации. Тем более, что избыток «сырого материала» затрудня­ет, а иногда делает и невозможным выделение искомых законо­мерностей. Один из путей преодоления этих трудностей состоит в проведении автоматизированных экспериментов, в которых ЭВМ ведет отслеживание хода эксперимента, обрабатывая данные в темпе их поступления (в реальном масштабе времени), и выбирает нужную стратегию ведения эксперимента. Такое использование ЭВМ представляется наиболее эффективным. При этом оказывает­ся возможным не только оперативно изучать множество характерис­тик в течение одного обследования, но и ставить эксперименты, принципиально не осуществимые при использовании любой иной технической базы, поскольку в таких экспериментах возникает не­обходимость принятия решений по достаточно сложным алгорит­мам за временные интервалы, исчисляемые миллисекундами.

Таким образом, в современных экспериментальных работах на вычислительную технику возлагаются различные задачи: сбор дан­ных, их обработка, управление большими комплексами устройств с соблюдением весьма жестких временных режимов и, наконец, проведение адаптивных и даже самооптимизирующихся управляе­мых экспериментов. Однако имеются некоторые трудности, стоя­щие на пути эффективного использования вычислительной техники в эргономике и смежных с ней научных дисциплинах. Можно ука­зать на такие обстоятельства, как необходимость овладения иссле­дователем навыками решения множества непривычных для него задач. В частности, для каждой машины с конкретным набором ее технических характеристик встают проблемы ввода данных в ЭВМ,

---

отсева избыточного материала, исключения артефактов, удобного способа представления конечных результатов обработки,, программирования и т. п.

Разнообразие существующих, выпускаемых и проектируемых машин создает также нелегкую проблему выбора типа ЭВМ. Ис­ключительно быстрое развитие вычислительной техники, частая смена типов и поколений ЭВМ, их математического обеспечения и языков программирования приводят к тому, что с точки зрения пользователя машины могут устаревать, едва начав функциониро­вать.

Однако центральный вопрос, определяющий эффективность ис­пользования вычислительной техники в эргономике, заключается прежде всего в разработке конкретных задач, решаемых с помо­щью ЭВМ. Широко распространенное мнение, что «машины могут все», далеко не всегда сочетается с пониманием того, что при от­сутствии четко поставленной задачи привлечение ЭВМ бесполезно. Ведь компьютеры не просто «быстро считают». Практически любые попытки их использования прежде всего четко отграничивают сте­пень нашего незнания. Задачей машины не может быть просто ис­следование некоторого явления. Необходимым этапом является составление четкого алгоритма решения поставленной задачи во всех его деталях. Случается, что в результате проведения такой подготовительной работы отпадает необходимость самого экспери­мента. Успех в решении той или иной проблемы зависит от уров­ня сформированных гипотез и степени разработанности моделей в значительно большей степени, чем от использования современной техники самой по себе. А эта работа, по крайней мере в обозримом будущем, остается прерогативой человека.

В настоящее время в эргономике при переходе к анализу дан­ных с помощью ЭВМ используются более или менее традиционные математические методы, заимствованные из арсенала технических наук: теории информации, обработки сигналов, исследования опе­раций, распознавания образов и т. п. Но при постановке конкрет­ного эксперимента необходима бывает либо модификация этих традиционных методов в связи с решаемой задачей, либо разра­ботка новых методов и алгоритмов.

Технические средства, используемые в эргономических исследо­ваниях, также (за редким исключением) представляют собой стандартные устройства и приборы, специально не ориентирован­ные на применение в этой области. Поэтому, как правило, необхо­димы определенные усилия для адаптации этих технических средств к условиям собственно эргономического эксперимента.

---