Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Менеджмент arrow ИНЖЕНЕРНАЯ ПСИХОЛОГИЯ И ЭРГОНОМИКА
Посмотреть оригинал

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК - МАШИНА»

Изучив материал данной главы, студенты должны:

знать системы измерения и оценки характеристик технических составляющих и деятельности, взаимосвязи общих и частных показателей качества;

уметь выбирать систему, показатели и характеристики измерения в зависимости от задач исследования, проектирования или оценки систем «человек — машина»;

владеть методами измерения и оценки системотехнических и эргономических характеристик и показателей систем и ее составляющих.

Системотехнические характеристики функционирования технических средств и деятельности человека

Непрерывный процесс создания и совершенствования сложных технических объектов обусловлен стремлением к повышению качества выполнения функций (предназначения) и достижения социально значимых целей. Обязательной процедурой на пути повышения качества является его оценка: оценка качества существующих технических устройств (прототипов) позволяет определить направления совершенствования, а оценка при проектировании — обосновать выбор лучшего из возможных вариантов будущего системного объекта. Именно ориентация на качество при проектировании и совершенствовании на стадии функционирования (решения задач планирования, стандартизации, аттестации и т.д.) часто связывается с представлением об управлении качеством. Качество рассматривается как самое общее «предельное» свойство, но всегда во взаимосвязи с количеством — мерой качества: степенью его выраженности и степенью выраженности отдельных свойств объекта. Единство количества и качества - источник принципиальной измеримости качества. Оценка качества — это частный случай измерения, включающий представление о процедурах и базе сравнения — эталоне или другом объекте, с которым сравнивается оцениваемый объект.

Измерение качества (выбор мер качества и получение их числовых значений) предполагает выделение и систематизацию свойств объекта, определяющих его качество. Общим основанием систематизации является выделение таких групп свойств (аспектов качества), как динамические, структурные, ценностные.

Динамический аспект предполагает измерение качества, во-первых, на всех стадиях жизненного цикла — при проектировании, создании и эксплуатации объекта (проектного, производственного и эксплуатационного качества); во-вторых, потенциального качества и актуального качества; в-третьих, измерение изменений выраженности (интенсивности) отдельных свойств во времени и при влиянии различных факторов.

Структурный аспект предполагает рассмотрение качества как многоуровневой иерархически организованной совокупности свойств частей объекта — единичных и интегральных качеств, функциональных, связанных со свойствами целостного объекта, качеств отдельных элементов объекта или процессов.

Ценностный аспект качества включает оценку пригодности или приспособленности объектов, процессов и условий для достижения целей (назначения). Обычно этот аспект качества выражается в перечне ограничений их использования в соответствии с технологией (технологичность), ограничений на характеристики эксплуатации (надежность, безопасность).

Различают потенциальное качество системы (объекта) — способность выполнять возложенные на нее функции и актуальное качество — возможности и результат функционирования объекта в реальных условиях. Потенциальное качество системы обусловлено особенностями внутренней структуры и закладывается (прогнозируется на основании расчетов) на стадии проектирования; актуальное качество детерминировано влиянием различных, в том числе и случайных, факторов и оценивается в ходе эксплуатации системы. Чем меньше расхождение между потенциальным и актуальным значениями (заложенным в проекте и реальным), гем выше оценивается качество системы.

Качество системы складывается из отдельных ее свойств, характеризующих се типичность (принадлежность к классу) и особенности (отличия внутри класса). Под свойством системы «человек — машина» (СЧМ) понимается объективная потенциальная способность выполнять возложенные на нее функции, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Термины «свойство» и «характеристика» используются как синонимы, если касаются типичных особенностей. В случае описания отличительных особенностей объекта, когда требуются более тонкие градации выраженности свойств объектов внутри класса, как правило, применяется термин «характеристика».

Качественные характеристики обычно описываются суждениями (в двоичной форме), например «удовлетворяет/не удовлетворяет требованиям», «хорошая/плохая организация рабочего места», «удобно/неудобно» и т.п. Количественные характеристики определяются возможностями измерения и предполагают их числовые значения, которые могут быть получены расчетными, экспериментальными или экспертными методами. Измеренные или заданные значения отдельных характеристик объекта, ограниченные диапазоном их вариативности внутри класса и используемые в дальнейшем при решении различных задач, часто обозначаются как параметры.

Характеристики объекта как составляющие качества могут описываться в разных системах измерения: может быть использована инвариантная (для объектов любой природы) или специфичная система измерения, отражающая свойства лишь этого типа объектов. Например, свойства деятельности могут быть описаны в тех же терминах, что и другие сложные динамические объекты: время и результативность, устойчивость, эффективность, надежность деятельности и др. Специфическими свойствами деятельности являются уровень активности, особенности предметного содержания, степень пристрастности и др., отражающие особенности ее психической природы. В контексте инженерной психологии инвариантные характеристики технического (машинного) и человеческого (деятельности) компонентов СЧМ обозначаются как системотехнические характеристики.

В инженерной психологии и эргономике ни одна задача не может быть решена без измерения и оценки свойств технических устройств и деятельности человека, их взаимообусловленности. Решение таких задач проектирования, как распределение функций между человеком и машиной, оценка информационных средств и органов управления, оценка параметров системы, а также задач исследования закономерностей деятельности базируется на использовании системотехнических характеристик. Это обеспечивает единство языка описания столь различных элементов, согласование их характеристик при проектировании и интеграцию при оценке системы в целом [1—4].

Измерению и оценке при решении различных задач подлежат характеристики разных классов, уровней, но все они в своем единстве и взаимосвязях являются мерами качества. Качество целого определяется качеством его составляющих, а общие характеристики зависят от частных. Взаимосвязи характеристик позволяют одно качество оценить мерами других частных характеристик, что является важным при сравнительной оценке объектов или выборе лучшего варианта в задачах проектирования. Количественная характеристика, используемая для оценки свойства более высокого уровня, применительно к определенным условиям создания или эксплуатации объекта (в частности, СЧМ), приобретает характер показателя: частные характеристики являются показателями общих характеристик, а общие — показателями интегральных свойств.

Самой общей (интегральной) характеристикой объекта (СЧМ) является эффективность, отражающая степень приспособленности системы к выполнению возложенных на нее функций и достижения цели, степень соответствия параметров системы ее целям. Эффективность — мера соотношения потенциального и актуального качеств, мера динамичности в различных условиях внешней среды (пригодности или приспособленности). Оценка эффективности может осуществляться по частным показателям достижения результата — продуктивности и времени выполнения оперативных задач как системой в целом, так и ее основными компонентами (такими как человек и технические средства).

Показатели продуктивности — отсутствие отказов в работе системы, правильность (безошибочность) и точность достижения требуемого результата. Эти параметры связаны с внутренней обусловленностью качества: безотказность — с характеристиками технической составляющей, точность и правильность — с характеристиками оператора. В качестве их меры используется вероятность достижения результата: безотказность оценивается по вероятности технических сбоев, правильность — по вероятности ошибок, а точность — но вероятности отклонения некоторого параметра, измеряемого, устанавливаемого или регулируемого оператором, от своего заданного или номинального значения (погрешности). Понятия ошибки и погрешности являются связанными, но не тождественными. Ошибка не является погрешностью, но погрешность, величина которой выходит за допустимые пределы, может оцениваться как ошибка [4]. Оценка погрешности является основным показателем эффективности управления динамическим объектом, когда измеряемый или регулируемый оператором параметр представляет непрерывную величину, например при определении координат самолета в системе управления воздушным движением.

Погрешность выполнения отдельных операций (П;) оценивается величиной расхождения номинального (потенциального) и реального (актуального, фактически измеряемого или регулируемого оператором) значений параметра:

где Зм — номинальное значение параметра; Зр — реальное значение параметра.

Точность — характеристика продуктивности работы системы, определяется вероятностью случаев N минимального отклонения от допустимых значений параметра (П, = 0) к общему числу решенных задач (JVp):

или по вероятности случаев неточных решений

В работе оператора различают случайную и систематическую погрешности, которые оцениваются разными статистическими показателями.

Безошибочность (правильность) решения задачи оценивается вероятностью верного решения задачи:

где ЛГпр — число правильных решений; N0 число ошибок.

В ряде случаев для оценки продуктивности используют характеристику восстанавливаемости как возможности (вероятности) исправления ошибок в повторяющихся ситуациях. Восстанавливаемость оценивается по совокупности показателей — вероятности срабатывания системы контроля и выдачи сигнала ошибки, вероятности обнаружения сигнала ошибки оператором и вероятности исправления допущенной ошибки.

Частными временными показателями эффективности являются время решения задач, быстродействие и своевременность.

Быстродействие характеризует функционирование системы и определяется временем цикла регулирования — прохождения информации по замкнутому контуру управления. Время цикла складывается из времени осуществления операций и «задержек» на регуляцию. Показателем быстродействия является значение времени «задержки» на каждом из компонентов системы в разной степени детализации и для различных задач. При фиксированных (как техническая характеристика) значениях времени выполнения операций каждым элементом, включенным в контур, быстродействие зависит только от процессов регулирования. Чем больше элементов включено в контур, тем больше время задержек на регулирование. Быстродействие оценивается отношением времени задержек к времени цикла: чем оно меньше, тем выше оценка быстродействия. Как показатель эффективности быстродействие оценивается вне зависимости от задачи, количества и природы элементов (технических средств и операторов), включенных в контур управления.

Время решения задач для многих систем управления является одним из важнейших показателей эффективности деятельности и системы в целом. Например, в АСУ технологическим процессом решение задач ликвидации нарушений режима, выявления причин отклонения параметров процесса от заданных значений осуществляется в условиях высокой динамичности, что предъявляет особые требования к времени решения для минимизации необратимых последствий. Время решения задачи определяется потенциальным качеством (характеристиками) психических процессов и актуальными характеристиками, детерминированными условиями среды, в частности информационной. Сократить время решения задач можно только путем изменения технологии управления и структуры технических средств деятельности.

Своевременность решения отдельной конкретной задачи измеряется величиной Д превышения времени решения актуальной задачи (Гакт) его допустимого значения (7^on):

Как показатель эффективности системы, своевременность оценивается вероятностью решения N задач за время, не превышающее допустимое Р(Д —> 0) вне зависимости от типа задач, режима функционирования и причин несвоевременного решения:

где Рсв вероятность своевременного решения; NCB — количество случаев своевременного решения задач; N]lcli — количество случаев несвоевременного решения задач; N — общее число случаев решения задач.

При использовании частных показателей оценка эффективности для сложного системного объекта может представлять проблему в силу, во-первых, характера их проявления (повышающего или понижающего); во-вторых, измерения большого числа параметров и необходимости их интеграции по множественному критерию. Системотехническая классификация свойств объекта включает унифицированные относительно задач и компонентов системы общие характеристики, интегрирующие группы частных показателей эффективности. К общим характеристикам относятся надежность, устойчивость, готовность, оптимальность.

Надежность — общее свойство системы сохранять параметры работы на постоянном уровне, что обеспечивает выполнение заданных функций с заданным качеством в заданных условиях эксплуатации на заданном интервале времени. Это определение предполагает, что чем больше время, в течение которого характеристики функционирования объекта остаются на постоянном уровне, тем выше надежность. Измерение надежности включает мониторинг частных параметров, их интеграцию и соотнесение на временной шкале. При оценке надежности частные показатели интегрируются с поправкой (коэффициентом) в соответствии с их значимостью либо используются лишь информативные частные характеристики. Например, для информационных систем наиболее важными являются характеристики безошибочности и быстродействия, для управления движением — точности и своевременности.

Надежность системного объекта оценивается вероятностью эффективного функционирования системы в заданном интервале времени или вероятностью совпадения частных параметров решения задач — правильности, точности, своевременности, быстродействия и др. на интервале времени, соразмерном циклу существования. Например, для большинства систем характерны временные ограничения, определяющие достижение результата: несвоевременное решение задачи оценивается как его отсутствие. В подобных случаях в качестве показателя надежности используется вероятность правильного и своевременного решения задачи

где Рпр — вероятность правильного решения; Рсв — вероятность своевременного решения.

Устойчивость — общая характеристика динамических качеств системы и ее элементов, отражающая способность к эффективному функционированию (поддержанию параметров и режимов) в условиях воздействия внешних отрицательных (возмущающих) факторов — помех. Достаточно полные данные накоплены по анализу видов, источников помех и факторов устойчивости для каналов связи, в частности при переработке информации оператором. Оценка устойчивости осуществляется на основе измерения частных характеристик (X) (преимущественно продуктивности) для стандартных условий (Хст) и в условиях различного рода помех (Х||ОМ) и установления величины различий А для разных ситуаций внешних воздействий:

Оценка устойчивости, как и других общих характеристик системы, осуществляется по вероятности поддержания параметров функционирования при влиянии внешних факторов Р(А —> 0):

или

где Р(А —> 0) — вероятность устойчивости параметров; N(А —» 0) — число случаев сохранения значений параметров; Л'( А * 0) — число случаев изменения значений параметров; N — общее число случаев измерения.

Готовность — характеристика динамических свойств системы, отражающая способность к эффективному функционированию в любой момент времени независимо от изменений ее состояния и режима работы, способность поддерживать параметры эффективного функционирования при воздействии внутренних факторов. Измерение готовности предполагает мониторинг параметров работы системы в условиях изменения режимов, задач и других внутренних переменных, определение величины расхождений (Д) значений параметров (3) для моментов перехода из одного состояния i) в новое состояние (г + 1):

Оценка готовности производится по вероятности сохранения значений параметров системы при переходе к новым режимам и задачам Р(Д, —> 0):

или

где РГ0Т — вероятность готовности; Nvm число случаев готовности (А, —> 0); Nnrот — число случаев неготовности (Д, Ф 0); N — общее число случаев измерения.

Методы расчета частных и общих характеристик системы и ее элементов должны учитывать статистические закономерности их изменений (в частности, характер распределения), что усложняет процедуры расчетов, но позволяет получить более точные их значения. Примеры расчетов общих и частных характеристик приведены в учебниках и пособиях [3; А].

Особое место в описании общих характеристик занимает оптимальность. Непосредственно она не измеряется, но проявляется во взаимосвязи всех характеристик. Оптимальность — общее свойство системы, отражающее связи и отношения ее характеристик, при котором значение каждого частного параметра не может быть улучшено без ухудшения других. Оптимальность отражает преимущества одного варианта организации системы в сравнении с другими целесообразными вариантами в рамках существующих ограничений не по отдельным параметрам (критериям), а по их совокупности.

Оптимальность является результатом направленного ее формирования в процессе решения оптимизационных задач на каждом этапе проектирования. Решение, связанное с выбором оптимального варианта, предполагает анализ проблемы и формулировку задачи; определение перечня параметров (характеристик), подлежащих оптимизации и изменению; установление ограничений на параметры и их сочетания; выбор и оценку внешних факторов, влияющих на выбранные параметры; выбор критериев оптимальности; построение целевой функции (математической модели), прогнозирующей значения параметров по выбранным критериям; выбор метода и проведение расчетов; оценку полученных вариантов решений по выбранным критериям; выбор наилучшего вариан та (принятие решения).

Решение задач оптимизации при проектировании и оценке СЧМ имеет первостепенную значимость, но связано с существенными трудностями.

Сложность обусловлена выбором критериев и необходимостью использования нескольких критериев (характеристик объекта) для сравнения вариантов решения. Кроме того, показатели эффективности могут быть разнонаправленными — повышающими (надежность, безопасность, своевременность и т.п.) или понижающими (затраты, время решения задачи и др.). Необходимость использования нескольких критериев требует специальных процедур многокритериальной оптимизации, поскольку объективно единственного решения такой задачи либо нет, либо оно недостижимо. Любой вариант, как правило, может быть лучшим по одному критерию, но по другим критериям демонстрировать низкие значения качества. При противоречивом составе критериев (понижающих — повышающих) и их связей (например, снижение нормативов времени решения задач приводит к снижению результативности) окончательно выбранное решение всегда будет компромиссным, достигаемым при введении дополнительных ограничений или субъективных методов оценки.

Хотя общая теория принятия решения не предоставляет унифицированных методов (правил) выбора критериев оптимальности, тем не менее она задает их ориентиры. Для многих сфер чаще всего применяется критерий миншшкса: максимум по показателям эффективности, прибыли, рентабельности — минимум по срокам окупаемости. Для технических систем, например, максимум по безопасности — минимум по потреблению энергии или экологическому ущербу. Решение задач оптимизации в этом случае связано с определением и согласованием допустимых значений частных параметров и общих характеристик. Хорошие результаты решения оптимизационных задач дает сведение многокритериальной задачи к однокритериальной, «свертка» критериев в один комплексный, называемый целевой функцией (или функцией полезности). Успешно применяются также ранжирование критериев и их последовательное использование (метод иерархии), исключение вариантов, не демонстрирующих улучшения параметров (оптимальность по Парето).

Следует отметить, что критерий «требуемые ресурсы и (или) затраты» используется как для оценки оптимальности, отражающей отношение положительного результата к затратам на его достижение, так и для оценки эффективности как результативности систем с учетом расходования ресурсов. В общем случае затраты складываются из финансовых и материальных расходов на создание (проектирование, изготовление и организацию) систем, подготовку персонала и эксплуатационных расходов; основные ресурсы — материально-технические, финансовые, человеческие. Задача оптимизации в этом случае заключается в перераспределении затрат между отдельными составляющими и сохранении ресурсов, что находит отражение в оценках эффективности.

Рассмотренные общие и частные характеристики систем являются показателями интегральной характеристики ее качества — эффективности, а в силу их связи и общности частных показателей используются как система показателей. Эффективность — интегральная характеристика качества системы, показателем которой может быть любая из общих характеристик: оптимальность, надежность, готовность, устойчивость.

Каждая из общих характеристик оценивается по частным временным показателям и показателям результативности. Одна из общих характеристик — надежность может быть оценена не только по частным показателям, но и но общим показателям готовности и устойчивости: чем выше показатели готовности и устойчивости, тем выше надежность системы.

Обязательным компонентом оценки качества систем является безопасность, характеризующая степень отсутствия угроз и защищенности человека и окружающей среды. Безопасность оценивается вероятностью безопасной работы по таким показателям, как вероятность возникновения опасной или вредной для человека производственной ситуации каждого возможного типа, вероятность возникновения неисправностей технических средств и средств защиты, вероятность ошибок в деятельности и нарушения правил и мер безопасности персонала. Безопасность является общей характеристикой систем и не зависит от эффективности: эффективность по своим показателям не предполагает безопасность, а безопасная система не обеспечивает эффективность. При проектировании систем характеристика безопасности является базовой для выбора наилучшего варианта: при «конфликтности» характеристик безопасности и эффективности предпочтение отдается вариантам проекта, имеющим высокие показатели безопасности.

Иногда в систему оценок качества систем включается общая характеристика — уровень автоматизации. Понятно, что низкий уровень автоматизации при наличии технических возможностей не обеспечивает потенциальной эффективности функционирования систем в стандартных условиях за счет человеческого фактора (изменение функционального состояния при высокой нагрузке и напряженности груда). Высокий уровень автоматизации и ограничение функций человека в системе (приближение к автоматическим системам) снижают показатели готовности к эффективному функционированию в нестандартных ситуациях. При проектировании систем необходимо выбрать такой уровень автоматизации, при котором эффективность системы достигает максимального значения по всем показателям для всех компонентов системы. Отметим, что чем сложнее система, тем больше потери эффективности при неправильном выборе степени автоматизации. Определение уровня автоматизации — частный случай оптимизационной задачи на этапе распределения функций между человеком и машиной при проектировании систем.

Системотехнические характеристики качества сложных (системных) объектов используются как для оценки технических составляющих, так и человека в различных сферах его деятельности, не только профессиональной. Можно оценивать эффективность учебной деятельности и готовность к ней, устойчивость совместной деятельности, оптимальность организации общения и управляющих воздействий и др. В инженерной психологии эта система оценок приобретает особое значение, поскольку оператор и его деятельность рассматриваются как компоненты системы, что требует использования единого языка описания функционирования компонентов и системы в целом. Содержание характеристик качества и способы их оценки для технических элементов и деятельности человека тождественны, различия связаны лишь с представлениями о факторах, обусловливающих значения отдельных частных и общих характеристик.

Общие характеристики деятельности в инженерной психологии отличаются строгостью определений и способов операционализации — как в технических дисциплинах, но имеют более высокий потенциал интерпретации их связей и факторов.

Надежность деятельности как постоянство ее характеристик во времени на определенном интервале детерминирована особенностями частных характеристик процессов разных уровней и влиянием различных факторов. Особенности физиологических процессов (характеристики нервной системы) могут объяснить некоторые закономерности устойчивости характеристик деятельности, определяются как потенциальная (базовая) надежность. Значения характеристик когнитивных или двигательных процессов, содержание опыта (образы, эталоны, схемы, понятия) или схемы организации поведения (стратегии, тактики) вряд ли могут объяснить вариативность надежности и необходимость организации специальных усилий для ее поддержания. Актуальная или прагматическая надежность является скорее проявлением силы (ресурса) источника активности — мотивации и особенностей личностно-смысловой регуляции деятельности.

Соотношение потенциальной (базовой) и актуальной (прагматичной) надежности требует специального анализа, но вряд ли выраженная ограниченность потенциальной надежности может быть компенсирована высокой мотивацией, целевой установкой, личностной значимостью результата деятельности. Иллюстрацией вариантов соотношения потенциальной и актуальной надежности являются данные о факторах надежности в разных режимах работы. В учебно-тренировочном режиме (условность задачи и отсутствие отрицательных последствий) надежность связана с высокой мотивацией деятельности; в условиях минимального режима (простые задачи, благоприятные условия, минимальные последствия ошибок) надежность обусловлена мотивацией и личностной регуляцией для преодоления однообразия и поддержания активности. При оптимальном режиме надежность зависит от особенностей регуляции (эмоциональной устойчивости и содержания опыта), а в экстремальном режиме (неблагоприятные условия, сложные задачи, наличие факторов опасности, дефицит времени, высокая цена ошибки и др.) надежность определяется силой нервной системы, активностью и гибкостью нервных процессов.

Такие общие характеристики деятельности, как готовность, устойчивость, переключаемость, и их частные временные показатели также определяются физиологическими факторами, особенно в экстремальных ситуациях. Ограниченные возможности управления физиологическими характеристиками делают задачу диагностики потенциальных характеристик деятельности (надежности, готовности, устойчивости) одной из важнейших для отбора операторов и других специалистов, к которым предъявляются высокие требования по временным характеристикам решения оперативных задач. Это не означает, что отбор по физиологическим параметрам обеспечивает эффективность деятельности. Резервом обеспечения актуальной надежности и эффективности деятельности являются формирование опыта, управление мотивацией, а также снижение нагрузки за счет перераспределения, резервирования (дублирования) функций при решении задач проектирования систем.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы