Методы исследования и проектирования в инженерной психологии

Особенности предмета и задач инженерной психологии определяют использование преимущественно количественных методов, хотя и качественные методы находят свое применение, в частности при анализе и оценке комфортности, удобства пользования программно-техническими средствами, оценке функционального состояния и удовлетворенности трудом. Количественные методы базируются на параметрах функционирования отдельных компонентов и системы в целом. При решении задач проектирования используются методы логического анализа (структуры, функций, детерминант и факторов) системного объекта, анализ "прототипа" системы, методы моделирования и экспертных оценок. В решении задач выявления характеристик системы в целом и деятельности человека используются эксперимент, моделирование и экспертная оценка.

Экспертный метод объединяет процедуры, основанные на переработке информации, полученной от специалистов, используется в условиях множественности критериев оценки, ограниченности прямого или косвенного измерения характеристик, способов их интеграции и формализации. Основные проблемы метода связаны с организацией работы экспертов. Трудности возникают при определении критериев подбора экспертов и формировании группы, оценке компетентности экспертов, формализации правил работы группы и выработки коллективного суждения, разработке принципов и процедур получения интегральной экспертной оценки. Достоверность экспертных оценок достигается за счет повышения степени согласованности мнений экспертов, определяемой коэффициентом согласованности, а также учета уровня компетентности экспертов в исследуемой проблеме [11]. Достаточно хорошо разработаны процедуры сбора и обработки экспертных данных, включающие ранжирование критериев и характеристик объекта по частному или интегральному критерию, использование шкал непосредственных оценок по частным или интегральным критериям, процедуры полного и неполного парного сравнения характеристик по разным критериям. Метод используется в дополнение к расчетным методам практически на всех стадиях проектирования при выборе варианта распределения функций в системе (между человеком и техническими компонентами, между операторами), алгоритма деятельности оператора, организации рабочего места и оценки интегральных характеристик системы.

Метод моделирования. Широкие возможности решения задач анализа и проектирования человекомашинных систем и деятельности появляются при использовании моделей как средства теоретического и экспериментального исследования. Метод моделирования заключается в замещении реального объекта другим объектом (моделью) для изучения свойств и характеристик оригинала. Модель – объект другой физической природы, тождественный по отдельным свойствам и характеристикам исследуемому объекту, результат отображения свойств и структуры реального объекта, обеспечивающий опосредованное сто познание. Выявленные в ходе построения и исследования модели закономерности и особенности могут быть распространены на реальный объект в силу их однозначного соответствия по критерию, фиксирующему интересующие исследователя свойства объекта.

Достоверность результатов и выводов о свойствах реального объекта достигается при соблюдении общих требований к моделям. К ним относятся следующие требования: 1) адекватность – однозначное соответствие модели исходному объекту по фиксированному свойству; 2) точность или прогностичность – степень совпадения результатов моделирования и реального объекта; 3) универсальность – применимость к ряду однотипных систем; 4) целесообразность – выбор модели в соответствии с целями исследования.

Полная классификация видов моделирования крайне затруднительна, в частности из-за их использования практически во всех областях научного исследования. В зависимости от цели использования принято различать познавательные, прагматические и инструментальные модели. Познавательная модель – форма организации и представления знаний; является теоретической (концептуальной) моделью. Результаты моделирования служат основой для коррекции модели в соответствии с реальностью (данными модельного эксперимента).

Прагматическая модель – средство представления системы и ее функционирования для организации практических действий по управлению объектом; является, как правило, прикладной моделью. Результаты моделирования используются для изменения реальности в целях повышения эффективности работы систем.

Инструментальная модель – средство построения исследования и использования прагматических и познавательных моделей.

В зависимости от средств моделирования принято различать физические, структурно-функциональные, математические (логико-математическое) и имитационные (программные) модели.

Физические модели представляют собой реальные объекты или процессы единой или различной физической природы с моделируемым объектом, между которыми выполняются и поддерживаются соотношения подобия, вытекающие из схожести физических явлений.

Структурно-функциональными моделями являются описания объекта с использованием знаково-графических средств – схемы (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, дополненные специальными правилами их объединения и преобразования.

Математические (логико-математические) модели строятся с привлечением математического аппарата (на языке символов и знаков). Математические модели позволяют однозначно описать взаимозависимости характеристик деятельности с параметрами компонентов системы (или системы в целом), исходной информацией и начальными условиями. Разнообразие моделей определяется количеством и особенностями используемых переменных.

Различают статические и динамические модели по временному параметру. Статическая модель отражает взаимосвязи параметров вне зависимости от их изменений во времени. Динамическая модель включает временной параметр и отображает систему (процессы в системе) во времени.

Модель определяется как дискретная, если она описывает поведение системы только в отдельные моменты времени. Модель определяется как непрерывная, если она описывает поведение системы для всех моментов времени на выбранном интервале.

Если каждому входному набору параметров соответствует вполне определенный и однозначно определяемый набор выходных параметров, то модель характеризуется как детерминированная; в противном случае – модель недетерминированная, стохастическая (вероятностная).

Особое место в исследовании и проектировании систем и деятельности занимают имитационные (программные) модели. Этот тип моделирования используется, если невозможно экспериментально воспроизвести ситуации (при угрозе жизни и здоровью людей, большой сложности или стоимости эксперимента). Метод базируется на статистических испытаниях при многократной реализации с помощью компьютера имитации воздействия случайных факторов на характеристики деятельности оператора и функционирование систем с последующей математической обработкой результатов, в силу чего метод получил другое название – статистическое моделирование. Содержательно имитационные модели представляют собой алгоритмы функционирования исследуемого объекта, реализованные в виде программного компьютерного комплекса. Они предназначены для испытания или изучения возможных вариантов развития и поведения объекта при варьировании параметров модели. Структура модели определяется составом входящих в нее блоков и связями между ними: блок имитации средств и условий деятельности, блок имитации собственно деятельности и общения, блок генерации проблем (задач), блок определения и задания начальных условий, блок регистрации и обработки результатов моделирования, блок управления моделью. Конкретная структура модели определяется видом моделируемой задачи.

Имитационное моделирование в инженерной психологии может быть представлено как целенаправленный эксперимент на моделях рабочих ситуаций без необходимости точного и полного их отображения, как эксперимент, ориентированный на достижение психологической идентичности лишь отдельных действий оператора. Результаты выполнения испытуемыми смоделированных действий оператора при варьировании исследуемых параметров (характеристик технических средств, факторов среды) обеспечивают выбор наилучших значений характеристик, которые и рассматриваются как обоснование проектных решений. Соблюдение общих требований к эксперименту позволяет не использовать для имитационного моделирования квалифицированный персонал, что также обеспечивает обоснованность проектных решений за счет контроля таких переменных, как стереотипы, привычки, опыт действий операторов.

Различные типы моделей могут применяться при исследовании сложных объектов либо одновременно, либо в комбинации, что обеспечивает системность и полноту описания объекта и решения научно-практических задач. Основными направлениями применения метода моделирования являются обучение, познание и разработка теоретических представлений, прогнозирование (выходных данных, ситуаций, состояний системы), управление (системой в целом, отдельными подсистемами, принятие управленческих решений), автоматизация (системы или отдельных подсистем системы).

Моделирование в инженерной психологии используется в разных целях: 1) для получения характеристик функционирования технических компонентов системы и деятельности человека в нормативных целевых условиях и изучения влияния различных факторов; 2) сравнения и оценки вариантов организации системы – распределения функций, типов информационных моделей, средств отображения информации и органов управления, алгоритмов деятельности, режимов функционирования, организации рабочего места и др.; 3) получения характеристик функционирования системы и деятельности человека в условиях неопределенности и влияния экстремальных факторов. Таким образом, посредством моделирования можно решать задачи разработки и обоснования требований к компонентам системы, задачи комплексной оценки вариантов структуры системы.

Для современного этапа развития инженерно-психологического исследования характерно применение методов, в основе которых лежит формализованное описание деятельности человека-оператора, в частности математическое и имитационное моделирование. Следует отметить, что многие характеристики деятельности оператора носят вероятностный характер; введение в модель элемента случайности позволяет получить не только детерминированные оценки результатов деятельности оператора, но и законы их распределения. При моделировании представляется возможным также учет психологических характеристик (особенности памяти оператора, эмоциональная устойчивость, способность к взаимодействию с другими операторами и т.п.) как переменных имитационной модели. Это позволяет получить такие показатели качества работы, как относительное число решенных задач, время их решения, время простоя операторов или время их перегрузки, вероятность выполнения системой предписанных функций и др. Сопоставление полученных результатов лежит в основе выбора оптимального варианта организации системы.

Широкие возможности инженерно-психологических исследований, проектирования и обеспечения функционирования систем управления открываются при использовании технологии виртуальной реальности [22]. Это не только возможности обучения операторов с включением переживания ситуации и "видения" последствий действий, по и испытание выбранных вариантов организации системы управления. Кроме того, возможности виртуальных действий в экстремальных ситуациях обеспечивают готовность человека и формируют устойчивость к широкому спектру воздействий случайных и систематических факторов, что проявляется в эффективности работы систем и успешности деятельности оператора (испытуемого).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >