Развитие промышленности XX столетия все в большей и большей степени характеризуется механизацией и автоматизацией произ­водственных процессов. В ряде случаев это приводит к тому, что во многих видах деятельности не так легко конкретно указать и определить предмет труда и его результат. Дело в том, что сред­ства трудовой деятельности начинают занимать в сознании рабо­тающего место ее предмета, а сам предмет как бы «дематериали­зуется». Этот процесс дематериализации происходил постепенно. Существовало и существует большое число ситуаций, когда тре­буемая точность непосредственного наблюдения и оценки превос­ходит разрешающую способность органов чувств человека. Для повышения точности непосредственного наблюдения стали исполь­зовать различные датчики, информация от которых поступает в аналоговой или цифровой форме. Эта информация частично дуб­лирует непосредственное восприятие предмета труда или рабочего процесса. Приборная информация предъявляется в более удобной для восприятия форме. Использование таких двойных источников информации — это начало «раздвоения» предмета трудовой дея­тельности. Человек начинает иметь дело не только, а в некото­рых случаях и не столько с непосредственно наблюдаемыми, сколько с инструментально измеренными свойствами предмета тру­да. Такие ситуации типичны для многих транспортных профессий, для профессий металлургов, инструментальщиков и др. По мере того как человек все больше удалялся от предмета труда в силу невозможности или опасности его непосредственного наблюдения, все шире стали использовать разнообразные средства дистанцион­ного, контроля и управления, специальные средства отображения информации. Последние предназначены для предъявления челове­ку данных, характеризующих объекты управления или его пара­метры, ход технологического процесса, наличие энергетических ресурсов, состояние средств автоматизации, каналов связи и пр. Эти данные предъявляются человеку в количественной, качественной, в том числе и картинной форме.

Внедрение систем дистанционного контроля и управления привело к тому, что средства отображения информации стали использовать в качестве единственного источника информации об управляемом объекте, рабочем процессе и о состоянии самой си­стемы дистанционного управления или системы «человек — маши­на». Операторы таких систем действуют не с реальными объекта­ми, а с их заместителями или имитирующими их образами, т. е. с информационными моделями реальных объектов. Последние, бу­дучи средствами трудовой деятельности операторов, нередко ста­новятся и ее предметом.

Информационная модель есть организованная в соответствии с определенной системой правил совокупность информации о со­стоянии и функционировании объекта управления и внешней сре­ды. Она является для оператора своеобразным имитатором, отра­жающим все существенно важные для управления свойства реаль­ных объектов, т. е. тем источником информации, на основе кото­рого он формирует образ реальной обстановки, производит анализ и оценку сложившейся ситуации, планирует управляющие воздействия, принимает решения, обеспечивающие правильную ра­боту системы и выполнение возложенных на нее задач, а также наблюдает и оценивает результаты их реализации.

В философско-методологической литературе под моделью по­нимается функциональный гомоморфный перенос (отображение) части внешнего мира на систему понятий (изображений, визуали­зированных картин, символов, знаков и т. п.). Это отображение не является взаимно-однозначным, т. е. изоморфным, однако оно сохраняет связи, которые существуют между элементами внешнего мира. Последнее свойство позволяет модели быть не только описа­тельной, но и предсказательной. В соответствии с таким опреде­лением существенными компонентами модели являются: 1. Поня­тия (термины, знаки, символы). 2. Постулаты (аксиомы или зако­ны). 3. Правила трансформации (правила вычисления). 4. Прави­ла соответствия, отображения, которые позволяют сравнивать результаты вычислений с экспериментальными или практическими результатами. Приведенные четыре общих положения могут ха­рактеризовать модели-теории, а также очень простые модели. Распространены также и операционные определения модели. Си­стема является моделью, если она способна отвечать на вопросы о внешнем мире. Важным достоинством операционного определе­ния является то, что оно включает в себя не только модели-теории, но и кибернетические системы, реализованные с помощью ЭВМ. В соответствии с общепринятым положением о том, что слиш­ком абстрактная модель бесплодна, а слишком детальная вводит в заблуждение, объем информации, включенной в модель, и пра­вила ее организации должны соответствовать задачам и способам

управления. Физически информационная модель реализуется с по­мощью разнообразных средств отображения информации.

Наиболее существенной особенностью деятельности человека с информационной моделью является необходимость соотнесения сведений, получаемых посредством приборов, экранов, мнемосхем, табло и т. п., как между собой, так и с реальными управляемыми объектами. На процедурах соотнесения этих сведений строится вся деятельность оператора. Отсюда понятно, что построение адекватной информационной модели является одной из важней­ших задач конструирования системы управления в целом.

В работе по созданию информационных моделей, предшествую­щей выбору технических средств ее реализации, т. е. средств ото­бражения информации, необходимо руководствоваться следующи­ми эргономическими требованиями:

— по содержанию: информационные модели должны адекватно отображать объекты управления, рабочие процессы, окружаю­щую среду и состояние самой системы управления;

— по количеству информации: информационные модели должны обеспечивать оптимальный информационный баланс и не при­водить к таким нежелательным явлениям, как дефицит или излишек информации;

— по форме и композиции: информационные модели должны со­ответствовать задачам трудового процесса и возможностям человека по приему, анализу, оценке информации и осущест­влению управляющих воздействий.

Всесторонний учет этих требований в процессе проектирования обеспечивает необходимую оперативность и точность трудовой деятельности человека и, в частности, эффективное выполнение функций системой «человек — машина».

Информационные модели современных СЧМ в большинстве -случаев адекватно отражают объекты управления и состояние системы управления. Тем не менее работа оператора с ними часто не удовлетворяет требованиям оперативности и точности..

Опыт показывает, что операторы часто сталкиваются с трудно­стями, которые являются результатом того, что конструктор исхо­дит из неправильных или неполных представлений о возможно­стях человека по приему и переработке информации. С этим свя­заны такие просчеты, как неудачный выбор системы кодирования, предъявление слишком больших объемов информации или слиш­ком быстрая ее смена, не говоря уже об игнорировании элемен­тарных психофизиологических требований. Главная причина этого в том, что в основу информационной модели нередко кладется система взаимосвязей реального объекта, не учитывающая специ­фических особенностей психологической структуры работы чело­века с этим объектом.

Предметное содержание деятельности оператора весьма много­образно. Это разнообразие отражено в классификации автомати­зированных систем управления (АСУ). К нему следует лишь добавить саму систему управления и ее элементы, которые высту­пают в качестве особого предметного содержания деятельности операторов, занятых функциональным контролем и обслуживанием средств автоматизации. В описание предметного содержания объектов управления обязательно должны входить пространствен­но-временные и динамические параметры их существования, функ­ционирования и взаимодействия.

Кстати, для того чтобы проиллюстрировать многообразие пред­метного содержания деятельности оператора, следует напомнить, что в качестве такового выступает и его собственное функциональ­ное состояние. Это типично для проводимых космонавтами медико-биологических, психологических и эргономических исследований. Анализ предметного содержания деятельности является исход­ным и необходимым условием решения любых эргономических за­дач. Детальная характеристика предметного содержания деятель­ности особенно необходима на стадиях разработки информацион­ных моделей и для обучения операторов.

Характеристика психологического содержания деятельности оператора была дана в работах Д. Ю. Панова и В. П. Зинченко [8, 9], после чего многократно воспроизводилась, детализирова­лась, уточнялась применительно к различным видам операторской деятельности. Здесь нужно подчеркнуть, что эргономика и инже­нерная психология изучают и проектируют именно деятельность с информационными (и исполнительными) моделями. В инженер­ной психологии нередко употребляется термин «взаимодействие человека со средствами автоматизации». Этот термин, однако, не позволяет зафиксировать специфику человеческой деятельности. Средства автоматизации, как известно, могут взаимодействовать друг с другом и без помощи человека. Об этом можно было бы и не говорить, если бы термины «информационное взаимодействие», «информационный обмен» и т. п. не задавали неверную методоло­гическую ориентацию эргономическим и инженерно-психологиче­ским исследованиям.

Понятие деятельности применимо и в тех случаях, когда речь идет о диалоге человека и машины. Во всяком диалоге имеется ведущий партнер. В диалоговых взаимоотношениях человека и машины в автоматизированных системах управления меняется лишь то, что оператор имеет значительно большую свободу опе­рирования с информационной моделью по сравнению с первыми-поколениями АСУ. Видимо, в перспективе операторы в известных пределах сами будут определять содержание и форму информа­ционных моделей, обращаясь к информационному обеспечению АСУ.

Узловая проблематика психологического анализа деятельности оператора связана с содержанием, формой постоянных и опера­тивных образно-концептуальных моделей (ОКМ) реальной и прогнозируемой обстановки, самой системы управления, потен­циальных и актуальных проблемных ситуаций. ОКМ также включает в себя систему оценок и ценностей, оперативные способности, общее представление о времени и пространстве и определенный способ взаимодействия индивида с внешним миром. Проблема внутренних моделей окружения возникла в философии и общей психологии до инженерно-психологических исследований. Эти мо­дели назывались также собственными, концептуальными. (В ка­честве курьеза можно упомянуть также об употреблении равно­значных по смыслу, но неадекватных по форме терминов «мозго­вая» и «психическая модель».)

В контексте инженерно-психологических исследований пробле­ма внутренних и концептуальных моделей была выдвинута в Англии в 1943 г., но затем она долго не могла получить соот­ветствующей разработки. Интерес к этой проблематике возродил­ся в последние годы в связи с приходом на смену необихевиоризму и информационному подходу когнитивной психологии. В нашей литературе проблеме формирования и функционирования ОКМ посвящено большое число экспериментальных психологических исследований. Это связано с основной ориентацией советской эрго­номики и инженерной психологии на формирование у оператора системы разумных действий, а не цепей реакции. Хотя к деятель­ности человека в АСУ предъявляются требования в отношении скорости, своевременности, оперативности, это не означает, что у человека надо вырабатывать реактивные, импульсивные формы поведения. Подчеркивание значения ОКМ в деятельности опера­тора—это подчеркивание разумного, сознательного характера его деятельности.

Сложность рационального определения (и проектирования) дея­тельности оператора состоит в том, что его включают в систему управления для выполнения таких функций, применительно к ко­торым часто невозможно выработать четкие и однозначные инструкции и правила. При этом оператору поручаются выполне­ние или контроль наиболее важных и ответственных функций в системе. От оператора требуются разумные действия в непред­виденных обстоятельствах, зачастую в условиях недостаточной, а порой и недостоверной информации. Работа оператора, как и системы управления в целом, протекает в реальном масштабе вре­мени, что налагает особые требования к ее скорости и точности. Проблемы оптимизации и проектирования деятельности опера­торов с информационными моделями, разработка требований к ин­формационным моделям, пути формирования постоянных и опе­ративных образно-концептуальных моделей ситуации уже длитель­ное время находятся в центре внимания специалистов области эргономики, инженерной психологии, техники отображения инфор­мации. В то же время конкретное содержание этой проблематики претерпело за последние пятнадцать лет существенные изменения. Отступили на второй план исследования скорости перцептивных процессов, в частности информационного поиска. Значительное усовершенствование качества предъявления информации привело к уменьшению числа исследований, посвященных однозначности восприятия знаковой и буквенно-цифровой информации. Достигну­та значительно большая ясность в понимании оперативно-техниче­ской стороны перцептивных и опознавательных процессов. Однако все это не уменьшило актуальности исследования путей построе­ния информационных и формирования концептуальных моделей. Корни этой проблематики касаются самого существа деятельности операторов автоматизированных систем управления. В этом типе деятельности выступает, может быть, значительно более рельеф­но, чем в других, известная диспропорция между бедностью ото­бражения и богатством, сложностью и многослойностью отобра­женной реальности, которую человек должен реконструировать, анализировать и применять в соответствии с принятым решением. И несмотря на быстрое развитие техники отображения, эта дис­пропорция сохраняется (если не увеличивается по мере роста мас­штабов и сложности АСУ). Сохранение этой диспропорции приво­дит к изменению проблематики изучения перцептивных и мысли­тельных процессов.

Поскольку оператор все больше имеет дело с недостаточно чет­ко определенным пространством возможных задач, нередко бывает так, что он должен извлекать, вычерпывать из информационной модели и соответственно реконструировать самое различное пред­метное содержание, различные слои реальности. Эти слои могут быть внешними, характеризующими, например, пространственное расположение объектов или их единичные свойства; они могут характеризовать общие функциональные свойства групп объектов или функциональные (а не только пространственно-временные) отношения между различными объектами; наконец, возможны ситуации, требующие оперирования не с самими объектами, а с системами более или менее взаимосвязанных категориальных свойств и качеств этих объектов.

Учет указанных обстоятельств, в которых протекает реальная деятельность оператора, требует более интенсивного, чем прежде, изучения мотивационных, целевых, в широком смысле, личностных аспектов перцептивной и мыслительной деятельности.

Немалый научный и практический интерес представляют по­следовательность и возможная глубина проникновения оператора в ситуацию, в ее невидимые непосредственно пласты, в ее смысл и значение. Здесь важна и такая характеристика, как время про­никновения в эти пласты, время построения образно-концептуаль­ной модели, которая по необходимости является частичной, в известном смысле односторонней. Важным является и время дополнения модели или время ее смены. Но, пожалуй, наиболее существенным является определение направленности на то или иное предметное содержание. При этом последняя определяется как задачами субъекта, так и самим предметным содержанием и, разумеется, способами его извлечения и трансформации в значе­ние. Сочетание, этих обстоятельств приводит к эволюции (или к смене) ОКМ, т. е. к эволюции когнитивных продуктов деятель­ности, к смене образа ситуации, к полаганию новых целей. Есте­ственно, что ведущим в этом сочетании является реальный объект, его реальное предметное содержание, детерминирующее действие субъекта. Вместе с тем нельзя недооценивать и возможного (а может быть и обязательного) эффекта «вчитывания» в объект априорного опыта и знаний субъекта. Последнее требует особен­но внимательного отношения к индивидуальным различиям между людьми, к возможному предпочтению ими тех или иных слоев реальности.

Сказанное относительно предметного содержания деятельности оператора подтверждает тезис о его «дематериализации». Этот тезис следует понимать в том смысле, что у оператора в каждый данный момент его деятельности нет априорного представления о ее конкретном предметном содержании. Он должен извлекать его из избыточной информационной модели, строить образ этого предметного содержания и в зависимости от этого образа ставить и достигать конкретные цели.

Именно поэтому деятельность оператора нередко называют творческой и именно поэтому так сложна оценка эффективности деятельности операторов СЧМ, равно как и решение насущных задач оптимизации и проектирования деятельности операторов.

Опыт разработки и эксплуатации информационных моделей, а также специальный анализ деятельности операторов с ними по­зволяют сформулировать ряд важнейших характеристик инфор­мационных моделей.

1. В информационной модели представлены лишь те свойства, отношения, связи управляемых объектов, которые существенны, имеют определенное функциональное значение, т. е. «участвуют в игре». В этом смысле модель воспроизводит действительность в упрощенной форме и всегда является некоторой идеализацией действительности. Степень и характер упрощения и идеализации могут быть определены на основе анализа задач СЧМ в целом и анализа задач операторов СЧМ.

2. Модель должна быть наглядной, т. е. оператор должен иметь возможность воспринимать сведения быстро и без кропотливого анализа. Только при этих условиях ему не потребуется много вре­мени на информационную подготовку решения, включающую ста­дии формирования ОКМ и формирования в необходимых случаях модели проблемной ситуации. Информационная модель может быть наглядной в разных смыслах. Она может давать, например, наглядное представление о пространственном расположении объектов, т. е. быть в какой-то мере геометрически подобной их действительному расположению. В этом случае оператор будет иметь наглядное представление о таких свойствах управляемых объектов, как расстояние между ними, их принадлежность к ка­кой-либо территориальной группе и т. п. Если для оператора су­щественны иные признаки, то необходимо сделать наглядными другие свойства управляемых объектов, например их принадлеж­ность к одному и тому же типу или состоянию. При функциониро­вании системы возможны периоды, когда необходимо наглядное представление одних свойств управляемых объектов и периоды, когда нужно учитывать другие их свойства.

Наглядность информационных моделей не всегда легко дости­жима, так как нередки случаи, когда объекты управления, их свойства и взаимодействия сами по себе не обладают наглядными признаками. В этих случаях приходится решать задачи, близкие к тому, что в методологии науки определяется как визуализация понятий.

3. Одним из важнейших средств достижения легкой восприни­маемости, или «читаемости», информационной модели является правильная организация ее структуры. Это означает, что в инфор­мационной модели должны быть представлены не коллекция или набор сведений, так или иначе упорядоченных, а они должны находиться в определенном и очевидном взаимодействии.

При «хорошей» структуре или гештальте информационной модели оператор выполняет ординарные функции, нарушения «хорошей» структуры свидетельствуют о возникновении отклоне­ний от нормального режима функционирования, требующих экст­ренного вмешательства оператора. Хорошая структура обеспечи­вает быстрое и правильное восприятие ситуации в целом. Отклоне­ния от нее воспринимаются оператором как потенциально проб­лемные, конфликтные и заставляют его производить детальный анализ ситуации с целью обнаружения источника конфликта и поиска путей его устранения. Одним из средств достижения хоро­шей структуры является правильная компоновка информационной модели. В этом смысле разработка информационной модели пред­ставляет собой задачу, в какой-то степени эквивалентную задаче хорошей компоновки картины. Так же как и хорошо скомпонован­ная картина, информационная модель может помочь восприятию ситуации в целом, если она не будет перегружена деталями, на­рушающими целостное восприятие. Важной задачей художника является отбор того существенного и типичного, что позволяет ему с максимальной эффективностью довести до зрителя свою идею. Точно так же и при создании информационной модели чрезвычай­но существен отбор функционально значимых сведений и инфор­мативных данных, которые должны быть предъявлены оператору. Сказанное в равной степени относится и к отображению конфликт­ных ситуаций, осознание которых облегчается при столкновении противоречивых образов, тенденций, свойств и т. п.

4. Восприятие ситуации как проблемной облегчается, если в информационной модели предусмотрено:

— отображение конкретных изменений свойств элементов си­туации, которые происходят при их взаимодействии. В этих случаях изменения свойств отдельных элементов восприни­маются не изолированно, а в контексте ситуации в целом. Более того, изменение свойств одного элемента воспринима­ется как симптом изменения ситуации в целом, что прово­цирует поиск и распознавание оператором того или иного симптомокомплекса;

— отображение динамических отношений управляемых объек­тов. При этом связи и взаимодействия информационной модели должны отображаться в развитии. Допустимо и по­лезно даже утрирование или усиленное отображение тенден­ций развития элементов ситуации, их связей или ситуации в целом;

— отображение конфликтных отношений, в которые вступают элементы ситуации.

5. Информация об объектах управления предъявляется опера­тору не в натуральном, а в закодированном виде. При этом ста­новится особенно' важной проблема создания особого языка, по­пятного человеку и одновременно могущего быть использованным машиной, проблема согласования «входов» и «выходов» человека и машины.

При построении информационной модели необходимо найти наиболее эффективный код, т. е. ту систему символов (которую мы будем называть «алфавитом» рассматриваемого кода), с по­мощью которой предъявляются сведения об управляемых объек­тах. Выбор системы кодирования тесно связан с возмож­ностью быстрого осмысливания предъявляемой оператору инфор­мации.

6. Объем информации того или иного рода, который может быть хорошо усвоен оператором, не может быть задан ему про­извольно. Он должен быть определен для данных условий работы или уже на основе имеющихся количественных оценок работы оператора, или при помощи специального эксперимента. Если этот объем информации определен, то в совокупности с избранной системой кодирования он помогает составить представление о сте­пени сложности информационной модели, которая допустима в данных условиях.

Степень сложности информационной модели обусловлена глав­ным образом требованиями оперативности.

Данная выше характеристика свойств информационных моде­лей не претендует на полноту. Перечисленные свойства информа­ционных моделей могут учитываться в процессе конкретного про­ектирования не в одинаковой степени, а в зависимости от доми­нирующей функции оператора (обнаружение, поиск, решение задач, исполнение и т. д.).

Сказанное выше о свойствах информационных моделей в рав­ной степени относится к случаям, когда все основные характери­стики моделей определяются на этапах проектирования СЧМ и когда операторы имеют значительно большую свободу в опериро­вании данными, хранящимися в памяти ЭВМ, и сами участвуют в построении информационной модели. Таким образом, при построении информационной модели для системы управления необходимо учитывать очень многое. Конеч­но, сейчас еще нельзя указать все те требования, которые долж­ны быть учтены при проектировании и построении информацион­ной модели. Однако уже сейчас можно предложить следующий порядок работы по ее построению:

1) определение задач системы и очередности их решения;

2) определение источников информации, методов решения за­дач, времени на их решение, а также требуемой точности;

3) составление перечня типов объектов управления, определе­ние их количества и других параметров работы системы, которые необходимо учитывать при решении задач;

4) составление перечня признаков объектов управления разных типов, учет которых необходим при решении задач;

5) распределение объектов и признаков по степени важности; выбор критичных объектов и признаков, учет которых не­обходим в первую очередь;

6) распределение функций между автоматикой и операторами, в частности, определение:

— числа уровней управления и степени сложности каждого из них таким образом, чтобы не была превышена пропускная способность операторов на каждом уровне;

— типов информационных моделей на каждом уровне;

— автоматического оборудования, необходимого при намечен­ной структуре системы.

Первые этапы процесса проектирования системы в ряде слу­чаев должны быть проделаны несколько раз с целью последова­тельного приближения к оптимальному варианту, учитывающему экономику построения системы.

Когда пройдены первые этапы работы по проектированию си­стемы, можно перейти к следующим:

7) выбор системы кодирования объектов управления, их со­стояний и признаков для информационных моделей различ­ных уровней управления, оптимальной с точки зрения функ­циональных возможностей операторов, работающих в си­стеме;

8) разработка общей композиции информационных моделей, обеспечивающей преимущественное выделение наиболее важных объектов и критических для работы системы состоя­ний и признаков;

9) определение системы исполнительных действий операторов, которые необходимо осуществлять в процессе решения и после него (запрос информации, передача сообщений, рас­поряжений и т. п.);

10) создание макета, моделирующего игровую ситуацию, и проверка на нем степени эффективности избранных вариан­тов информационных моделей и систем кодирования инфор­мации. Критерием эффективности при работе на макете служат время и точность работы оператора, которые долж­ны соответствовать условиям успешной работы системы в целом;

11) изменение по результатам экспериментов композиции ин­формационных моделей и систем кодирования и проверка эффективности каждого нового варианта на макете;

12) определение на макете требуемой степени подготовки опе­раторов, способов обучения и оптимального режима рабо­ты операторов в системе управления в соответствии с тре­бованиями к скорости и точности работы операторов;

13) составление инструкций по работе операторов в игровой системе управления.

После выбора и проверки оптимального варианта информацион­ной модели и системы кодирования информации можно начинать работу по инженерному проектированию средств отображения, позволяющих предъявлять оператору информацию в требуемой форме. Это же относится и к информационно-логическим маши­нам, для которых необходимо составить алгоритмы обработки информации, приведения ее к виду, обеспечивающему восприятие на высоком оперативном уровне.

На всех этапах работы над конструированием информацион­ных моделей должны совместно работать специалисты ряда обла­стей, связанных с созданием систем управления: системотехники, специалисты по исследованию операций, математики и раз­работчики средств отображения, инженерные психологи, эргоно­мисты.

Предложенный выше порядок намечен лишь в общей форме. Он может меняться в связи со спецификой тех или иных систем управления или в связи с различием функций операторов в одной системе управления. Многое, о чем здесь идет речь, интуитивно учитывается при создании систем управления, но, как правило, далеко не достаточно.