9.1. ДИНАМИКА  И СТАБИЛЬНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ ЧЕЛОВЕК - МАШИНА

В инженерной психологии по существу с самого качала все исследования, независимо от их профиля и методов, в конечном счете направлены на достижение высокой точности и надежности, эффективности и качества работы управляемой человеком техники. Разрабатываемые теоретические концепции, методологический аппарат, конкретные методы исследования в свою очередь также направлены на решение этих проблем. Применение инженерно-психологических рекомендаций и разработок при создании новой техники показало их высокую результативность.

В го же время внимание исследователей и разработчиков было в основном направлено на проектирование и оптимизацию систем человек—машина (СЧМ), ориентированных на достижение максимально возможной точности, быстродействия, надежности в течение сравнительно короткого периода функционирований, например, при ликвидации аварийной ситуации. Анализ опыта эксплуатации некоторых типов СЧМ свидетельствует, что такой подход обусловил недостаточно высокую эффективность и качество их функционирования в среднем за весь период их работы, особенно при изменении условий, в которых действует человек-оператор Возникает вопрос о достаточности экспериментальных оценок параметров СЧМ, полученных в течение сравнительно короткого времени, при малом диапазоне изменений условий функционирования и ограниченном числе различных факторов, влияющих на человека-оператора. Обеспечение устойчивой длительной работы СЧМ невозможно, если и далее ориентироваться только на требования максимальной точности или эффективности. Необходимо расширить подходы к исследованию, выбору схем исследований, определению степени полноты учета факторов, оказывающих влияние на качество функционирования системы ие только в кратковременных критических ситуациях, но и при продолжительной работе в различных условиях.

Иначе говоря, кроме ориентировки только иа СЧМ- «спринтеры» инженерная психология должна уделить серьезное внимание

СЧМ-«стайерам» и далее — универсальным системам, способным успешно спрзвляться с критическими, кратковременными аварийными ситуациями и длительно работать с устойчивой «крейсерской» эффективностью в широком днзпазоне изменения условий.

Некоторые теоретические и экспериментальные предпосылки постановки проблемы обеспечения высокой стабильности характеристик СЧМ рассмотрены в рзботе [18].

В статье «Системный механизм восприятия пространства и парная работа головного мозга» Б. Г. Ананьев указал на сложный, системный механизм восприятия пространства Экспериментальные исследования убедительно докззалн необходимость учета всего комплексз условий, в которых происходит деятельность человека, связаиизя с восприятием пространственных сигналов, поскольку восприятие многомодельных сигналов и структурз сенсомотор-ных реакций на них могут существенно изменяться прн отклонении тех или иных параметров окружающей среды.

Применительно к деятельности операторов в системах слежения укззаниые положения имеют важное значение, поскольку стабильность показателей деятельности операторз может, вероятно, достигаться при разных комбнизцнях внешних условий (количествз н расположения визуальных приборов н органов управления, уровней освещенности и шума, временных характеристик поступления сигналов н др.).

Для проверки влияния изменений перечисленных пзраметров на деятельность оперзторов по компенсаторному слежению был проведен специальный цикл экспериментов. В качестве примера была смоделирована деятельность оператора, компенсирующего рассогласования параметров, отражаемых одновременЕю на одном, двух, трех, четырех, пяти или шести приборах. Уровень освещенности приборной панелн в разных опытзх составлял 6; 65 или 300 лк, уровень шума— 45 нлн SO дБ. Статистические характеристики потока сигналов, поступавших на приборы, были выбраны в соответствии с реальной системой: поток сигналов имел пуас-соновское распределение с интенсивностью 2,4 илн 5,4 сигнала в минуту. В опытах изменялось также расположение приборной панелн-. ее плоскость в центре состзвляла с линией взорз оператора 90 нли 60°.

Плзн проведения экспериментов был составлен тзк, чтобы каждзя комбинация условий повторялась равное число рзз.

Результаты экспериментов подробно описаны в работе [161, Отметим среди ннх факт, особенно важный с точки зрения обсуждаемой здесь проблемы стабильности показзтелей деятельности оперзтора в широком диапазоне изменения условий труда. В опытах обнаружено, что прн оптимзльном числе приборов (равном I трем), нз которых отображались отслеживаемые сигналы, показатели деятельности (в частности, среднее время обработки сигнала) изменяются очень незначительно во всем диапазоне условий деятока сигналов).

Данное явление было названо гиперстабильностью деятельности операторов. Наряду с зоной гиперстабильиости были выявлены зоны несколько меньшей, ио также очень высокой стабильности. Обнаружены также зоны чрезвычайно низкой стабильности, в которых разброс показателей деятельности (дисперсия времени обработки одного сигнала) особенно значителен.

Практический результат проведенных исследований состоит в том, что оптимизация системы отображения информации служит эффективным средством повышения показателей деятельности, а также их стабильности в широком диапазоне изменения условий труда.

Вместе с тем приходится констатировать, что существующие и наиболее распространенные подходы к описанию СЧМ неполно (а в ряде случаев неадекватно) отражают процессы, протекающие в реальных системах. Обратимся к примерам.

В реальных условиях на систему управления наряду с полезными управляющими сигналами действуют различного рода возмущения При этом качество работы системы существенно зависит от влияния этих возмущений. Вопросами компенсации воздействия возмущений иа системы автоматического регулирования занимается ряд научных направлений, в первую очередь статистическая динамика систем автоматического регулирования и теория инвариантных систем [38].

Следует отметить, что не менее остро проблема учета и компенсации влияния вьешних возмущений должна ставиться при анализе н проектировании систем полуавтоматического управления, т. е. СЧМ. Типичным примером полуавтоматической системы, подверженной действию случайных возмущений, является самолет. На самолет в полете воздействуют непрерывные случайные изменения лобового сопротивления и подъемной силы, а также случайные аэродинамические силы и моменты, вызванные турбулентностью атмосферы [751. Это существенно затрудняет процесс пилотирования, однако ни одна из современных моделей системы пилот—самолет не воспроизводит это влияние в достаточном объеме

Другой пример. При пеленгироваиии самолета радиолокатором возникают возмущения вследствие влияния ветровой нагрузки иа антенну, что искажает истинные параметры движения цели. К этому следует добавить накладываемые на входной сигнал возмущения, являющиеся случайной функцией; они вызваны изменением коэффициента отражения самолета при его облучении [75]. При регулировании скорости турбогенератора возмущающими воздействиями являются непрерывные случайные колебания нагрузки, которые создает подключенная к генератору внешняя сеть. Очевидно, что эти колебания нагрузки зависят от многих факторов и ие могут быть предугаданы параметров, вызванных допусками на точность в производстве, старением, износом деталей, объектов, флуктуации полезных сигналов за счет внутренних изменений в элементах системы [38, 62, 63]. В большинстве случаев трудно не только предсказать возникновение н измерить возмущающее воздействие, ио и определить место его приложения; тогда динамика объекта управления характеризуется случайным разбросом параметров и основные трудности по обеспечению устойчивой работы возлагаются на человека-оператора. Однако ситуация особенно осложняется тем, что на самого человека-оператора также действуют разнообразные возмущения.

Изменение факторов обитаемости на рабочем месте может выступать как возникновение внешних возмущающих воздействий (шумы, вибрации, ускорения, электромагнитные поля и излучения, изменение состава и свойств воздушной среды и т. д.). Вместе с тем изменение функциональных состояний человека-оператора может также рассматриваться как влияние возмущений, приложенных к центральному звену системы.

Остается малоизученным вопрос о том, как действующие на объект возмущения влияют на структуру, эффективность н надежность деятельности человека-оператора. В психологических исследованиях этот вопрос рассматривался ограниченно в плане исследоиания совмещенной деятельности. При этом некоторые возмущения, действующие иа систему, могут субъективно оцениваться оператором как дополнительная задача к основной деятельности.

Таким образом, представляется бесспорной необходимость включения в исследуемую структурную схему СЧМ различных возмущений, действующих на систему, и помех, влияющих на человека-оператора.

Существующие структурные схемы СЧМ, которые определяют пути их исследования, соответствуют определенному уровню знаний о предмете исследования. Наибольшее распространение в инженерной психологии получили структурные схемы СЧМ, отражающие процессы управления динамическим объектом, задачи слеження и стабилизации. Наиболее общей и простой с точки зреиня структуры является одноконтурная, замкнутая СЧМ, используемая для исследоввиня задач слежения В ней процесс регулирования выступает как ряд воздействий одного звена системы на другое. Система замкнута одной отрицательной обратной связью по положению. Эта схема применялась для описании некоторых режимов работы сложной системы летчик—самолет, для создания математических моделей деятельности человека в системах управления и т. д.

Часто встречались структурные схемы, где как самостоятельные звенья системы выделялись органы управления или исполни

 

тельные устройства и средства индикации, предпринимались ми-пытки усложнить структурную схему СЧМ введением в нее дополнительных элементов и контуров, позволяющих расширить функциональные возможности системы и повысить качество ее функционирования. Широко применяется подход, связанный с включением в структурную схему большого числа элементов системы управления с обозначением функциональных связей между ними. Примером тому служат схемы ручных систем управления космическими пилотируемыми аппаратами

В инженерно-психологической литературе известны работы, связанные с попыткой классификации структурных схем СЧМ по степени опосредованиости деятельности человека в системе Например, в работе М де Моимолеиа СЧМ разбиты на три группы схем:

с непосредственным восприятием человеком-оператором информации и осуществлением управления без вспомогательных средств;

с опосредованным восприятием и ответной реакцией; высокоавтоматизированная система

Проанализировав известные структурные схемы СЧМ и схемы включения человека-оператора в коитур управления, в большинстве из рассматриваемых схем можно констатировать отсутствие возмущений, действующих на систему. В тех же схемах, где они обозначены, не показано место их приложения, вид возмущений, их особенности и самое главное — их влияние на качество функционирования системы.

Существенные возможности для учета результирующего влияния на показатели деятельности человека-оператора многих по-разному действующих внешних факторов представляет структурно-психологическая концепция (СПК) анализа и проектирования деятельности П4]. Основу данного подхода составляет изучение зависимости каждого показателя деятельности, например надежности Q, от реальных значений совокупности психологических факторов сложности К}Р. Одна нз форм представления зависимости — множественное регрессионное уравнение вида

где а0 — постоянный член; at — коэффициенты при реальных значениях психологических факторов сложности Kjp; Qp — реальное значение показателя надежности; т — степень уравнения, обычно т = 2.

Для каждой стратегии деятельности существует свой набор ПФС и свои особые теоретические оптимальные значения этих факторов К}Т

Соответственно теоретическое значение показателя (критерия) надежности QT получим, если в уравнении вместо Kip подставим

В зависимости от того, в каких условиях работает человек-оператор, какие помехи и возмущения действуют иа него, может быть подобрана такая стратегия деятельности, которая обеспечит наибольшее возможное приближение Qp к QT. При этом мы компенсируем отрицательное нлиниие одних изменившихся (возмущенных) ПФС К}Р целенаправленным изменением других. Такое воздействие па К)Р может быть организовано, в частности, путем изменения темпа или формы цодачи сигналов человеку-оператору.

Известно, что существует некоторый оптимум скорости передачи сигналов человеку [14]. Однако количественное определение этого оптимума — задача весьма сложная. Исследования показали, что один и тот же объем информации может быть обработай человеком-оператором с применением различных способов (стратегий). При этом показатели надежности и эффективности решения оперативных задач будут разными. Каждой стратегии соответствует свое оптимальное значение ПФС.

Как следует нз трансформационной теории обучения, в ходе обучения наблюдаются эволюционные участки совершенствования владения определенной стратегии и трансформационные фазы перехода от одной стратегии к другой, более совершенной. В ходе работы в реальной системе условия труда могут изменяться так, что для сохранения надежности и эффективности в заданных пределах окажется целесообразным вернуться к менее совершенным стратегиям.

Поясним это с помощью рис. 9.1. В левой его части изображены характеристические кривые трех возможных стратегий 5Д, Sb, Sf. — зависимости надежности работы оператора Q от некоторого ПФС К}Р (допустим, что числа фиксаций глаз при восприятии информации иа стадии информационной подготовки решения) за ограниченный интервал времени. Стратегия Sa—это решение задач иа основе информации, воспринимаемой по отдельным элементам. Оптимальное значение психологического фактора сложности для этой стратегии К. ft. Максимальная надежность решений

сравнительно невысока — Qmax- Стратегия -восприятие информации малыми функционально связанными группами (как чтение по слогам)— позволяет добиться более высокого уровня надежности Q^,ax при меньшем числе фиксаций глаз при восприятии информации /С/т- Наконец, оператор может воспринимать информацию большими группами, как бы читать целыми словами. Наилучшее значение надежности прн этом будет Qc1aaK прн К/т

Один из эффективных приемов управления процессом обучения состоит в смене способов представления информации обучаемому, выборе иа каждом этапе обучения такого способа, адекватного применяемой человеком стратегии восприятия информации.

Основываясь на трансформационной теории обучевия, можно по характеристикам кривых (на рис. 9.1 слева) построить кривую обучения. Кривая обучения показана па рнс. 9.1 справа с пометками этапов обучения, их длительности и достигаемых уровней надежности Q. Обучение начинается с некоторого низкого уровня Q0 в момент Т0. При этом глазодвигательное поведение обучаемого характеризуется очень большим числом фиксаций взора Kfv'- Затем следует период освоения стратегии 50 — этот

период отражен эксионентой 5Д. Далее следует плато <2"11ах. Максимальная надежность н эффективность решения оперативных задач при стратегии 5а — поэлементном восприятии информации достигается, когда число фиксаций глаз равно числу информационных элементов, относящихся к решаемой задаче. В этом случае Kjp — К%. Для перехода от стратегии 5Й к стратегии 5* обучаемый должен отойти от маршрута движения глаз, оптимального для поэлементной стратегии восприятия, и попытаться воспринять всю достаточную для решения задачи информацию, фиксируя взором ие каждый информационный элемент, а перескакивая через некоторые из инх н охватывая взором при одной фиксации сразу небольшую группу элементов. Естественно, что надежность деятельности ири этом понизится. При числе фиксаций Kfpa обучаемый может с равным успехом (одинаковой надежностью QAB) пользоваться стратегиями 5а н Sb. Точка ЛВ особая — это трансформационная точка. В ней возможен переход от стратегии Sa (чтение по буквам) к стратегии Sh (чтение по слогам).

Теоретически возможен переход от стратегии S„ сразу к стратегии Sc. Одпако в этом случае трансформационная точка АС соответствует очень низкому уровню надежности QAC. Иначе говоря, обучаемому необходимо преодолеть период огромной трудности, чтобы перейти сразу от чтения по буквам к чтению целыми

С точки зрения минимизации общего времени обучения до уровня Qmtx, вторая траектория хуже — она требует затраты большего времени.

Однако, даже если способности обучаемых позволяют им преодолеть сложность решения задач в трансформационной точке АС и перейти сразу от поэлементного восприятия информации к восприятию крупными функциональными группами (оперативными единицами), для обеспечения высокой стабильности дальнейшей работы в реальной системе оператору может понадобиться владение всеми тремя стратегиями 5а« Sb и Sc.

Поисним это следующим образом. Допустим, оператор после обучения приступил к реальной работе в момент 8 (см. рнс. 9.1). В интервале 8—9 работа проходила прн наиболее благоприятных для восприятия информации условиях, оператор оптимально применял наиболее совершенную стратегию 5С и показывал высшую надежность Qmax. Затем условия восприятия постепенно ухудшились настолько, что число фиксаций глаз возросло до значения

А7рС- Если Уже ПРИ числе фиксаций Kfp оператор не сменит стратегию 5, на стратегию Sb, то в момент времени 11 надежность его труда будет равна Q\. Если же ои перейдет на стратегию Sb, то надежность будет выше— Qt При дальнейшем ухудшении условий восприятии и вынужденном увеличении числа фиксаций глаз до Kfp разница между н Q° будет еще больше. При последующем ухудшении условий восприятия н увеличении числа фиксаций глаз до Kfp3 и более возникает необходимость перехода к самой примитивной стратегии Sa (сравните Q% и QJ).

Отсюда следует вывод, что трансформационная теория обучения позволяет проектировать оптимальную траекторию обучения и прогнозировать надежность работы при различных изменениях условий. Причем своевременные трансформации стратегий являются важным фактором поддержания стабильности показателей деятельности, в том числе ее надежности.

Разработана математическая, программная и техническая база для организации адаптивных процессов обучения операторов [54].

Требование системности инжеиерио-пенхологических исследований обусловливает необходимость анализа и проектирования СЧМ с учетом многообразия факторов, оказывающих на нее иаи

более существенное влияние. Понятно, что такая проолема представляет собой чрезвычайно сложную задачу, так как в настоящее время по существу заложены только основы методологии применения системного подхода к решению актуальных проблем инженерной психологии, которые позволяют исследовать общие закономерности функционирования СЧМ. Опыт показывает, что проектирование СЧМ, жестко детерминированных иа достижение максимальной точности и быстродействия, часто не дает желаемого результата, так как иеучет при проектировании влияния возмущений и отсутствие резервов функциональных возможностей (из-за ориентированности иа максимальный результат"! в случае воздействия возмущений сделает систему неработоспособной. Теоретически можно ставить вопрос о создании СЧМ, оптимальных и в «спринтерских» и «стайерских» режимах. Однако практически при современном состоянии инженерно-психологического проектирования и моделирования такая проблема во многих конкретных случаях неразрешима. Именно такие ситуации, в которых объективная истина недостижима при существующем уровне развития исследовательских методов, требуют сознательного конкретио-научного редуцирования проблемы, в частности, путем упрощения структурных и функциональных характеристик изучаемой системы. С точки зрения перспектив решения проблемы стабильности, представляется необходимым пересмотреть некоторые методологические принципы и подходы к исследованию СЧМ.

В такой постановке на передний план выдвигаются проблемы компенсаторных возможностей системы, т. е. способности компенсации возмущений, что обеспечит ей достижение полной или частичной независимости ее «поведения» от действующих возмущений. В случае, когда СЧМ обладает возможностью компенсации внешних возмущений с сохранением стабильности своих функциональных характеристик, она является инвариантной. Таким образом, введение в схему исследований СЧМ возмущающих воздействий и рассмотрение качества функционирования системы с учетом влияния всего многообразия факторов остро ставит проблему построения инвариантных СЧМ.

Применение принципа инвариантности для СЧМ выдвигает определенные специфические требования к структуре деятельности человека, его функциональным возможностям, организации внешних средств деятельности и качеству функционирования системы.

В первую очередь необходимо рассмотреть вопрос о требованиях к точности работы системы в свете постановки задач ее инвариантности. Сам принцип построения инвариантных систем с точностью до определенной величины (а именно такой принцип является физически осуществимым, так как построение абсолютно инвариантных СЧМ является принципиально невозможным) предполагает, что система должна работать с определенной степенью точности. При этом требования к точности не должны быть завышенными, так как очень высокие н жесткие требования к точности чивали бы длительное сохранение высокой устойчивости.

В большинстве случаен иа систему накладываются более слабые требования. Так, например, часто вместо достижения экстремальных значений показателей качества требуется обеспечить лишь их поддержание в определенных пределах. Выдвижение более слабых требований к точности работы системы обусловлены главным образом экономическими соображениями, так как известно, что существует гиперболическая зависимость между точностью работы и стоимостью системы. Зависимость эта усиливается в случае ужесточения требований к точности. Поэтому допуск иа точность для реальных СЧМ иазиачаетси с учетом различных факторов и ие является близким к предельному принципиально достижимому значению.

При наличии действующих иа систему непрерывно изменяющихся воздействий актуализируется вопрос о стабильности заданной точности функционирования системы в течение заданного времени. Имеиио стабильность выходных функциональных характеристик системы является основой ее высокой надежности, обеспечивающей эффективное достижение целей функционирования. Одной из важных задач проектирования систем является обеспечение постоянства регулируемых координат при изменении параметров процесса регулирования в определенных пределах. Стабильность функционирования системы означает в случае реализации принципа инвариантности, что даже при наличии возмущающих воздействий иа систему характеристики точности всего времени функционирования ие должны выходить за пределы заданного допуска.

Предъявление требований к стабильности точностных характеристик инвариантных систем ие является случайным. Из теории инвариантных систем автоматического управления известно, что инвариантностью с точностью до заданной величины называется приближенное выполнение условий независимости какой-либо регулируемой координаты от внешнего возмущения, причем мера близости может быть различной. В этой связи неизбежно возникает вопрос, что понимать под выполнением условий независимости. Судя по проведенным исследованиям применительно к системам автоматического управления, речь идет о независимости некоторых (выбранных заранее) показателей качества функционирования системы от действующего возмущения. В основном в качестве такого показателя рассматривалась точность.

Вероятно, наиболее целесообразно применение принципа инвариантности для полуавтоматических систем по критерию точности их работы и независимости (в известной мере) точности выполнения ими заданных функций от действующих иа систему возмущений. На наш взгляд, только один критерий—точность — имеет единое толкование как для оценки деятельности человека, так и функционирования технической части системы, единые показатели (ошибки) и единицы измерения. Показатели точности являются как бы основой для формирования таких критериев оценки качества деятельности оператора и функционирования системы, как надежность и напряженность {6]. Таким образом, применение принципа инвариантности для построения полуавтоматических систем управления целесообразно осуществлять по критерию точности. Однако введение в схему исследований возмущающих воздействий превращает проблему точности СЧМ в проблему динамической точности, т. е. проблему точности полуавтоматической системы, находящейся под влиянием непрерывно изменяющихся воздействий Это в свою очередь требует совершенствования точных методов анализа качества функционирования систем.

Одним из главных условий построения инвариантных систем автоматического управления является необходимость реагирования измерительного устройства как на отклонение регулируемого параметра, так и непосредственно на изменение величины и знака внешнего возмущения. Это в свою очередь обусловливает необ ходим ость введения по меньшей мере одного дополнительного канала для создания управляющего воздействия, равного внешнему возмущению,  ио противоположно ему направленного

В полуавтоматических системах человек-оператор осуществляет прием информации, ее переработку, принимает решение н, как правило, осуществляет управляющие действия на основе принятого решения, естественно, что в случае предъявления требований инвариантности к СЧМ именно человеку в большинстве случаев придется выполнять функции приема информации о наличии возмущений, их переработку, принятие решения о виде и форме командного или управляющего сигнала, позволяющего компенсировать это возмущение. Безусловно, компенсацию определенных видов возмущений, о которых имеется определенная информация, можно поручать технической части системы, предусматривать наличие дополнительного канала управления, т. е. создавать комбинированную систему. Однако это не всегда целесообразно и по экономичевким соображениям и по возможностям автоматизации в случае возникновения возмущений произвольной формы и интенсивности, особенно когда они приложены к полезному сигналу. Создание комбинированных систем компенсации возмущений по-иовому актуализирует традиционную проблему инженерной психологии — проблему распределения функций между человеком-оператором и машиной.

Возложение иа человека-оператора функций компенсации возмущений, помимо выполнения основной задачи, принципиально возможно. Процессы приема и переработки информации человеком-оператором иерархически организованы. Таким образом, человек может одновременно осуществлять параллельный прием и переработку информации, поступающей по нескольким каналам 150]. Концепция включения опровергла долго бытовавший взгляд об одноканальиости человека как информационного звеиа. В литературе описаны случаи успешного выполнения оператором совмещенной деятельности, когда человек одновременно осуществлял управляющие действия, имеющие различные цели. Психологическим «механизмом», обеспечивающим возможность выполнения человеком совмещенных действий, является универсальность н пластичность человека-оператора как центрального звена системы. Человек способен в случае смеиы режимов работы трансформировать одни способ выполнения своих функций в другой. К этому следует добавить, что, даже выполняя сложную деятельность, человек-оператор обладает определенным резервом функциональных возможностей.

Проблема использования резервов человеческой психики для увеличения (или обеспечения) функциональной устойчивости СЧМ представляет собой сложную задачу, ждущую своего решения. Известны, например, определенные принципы специального обучения (когда у человека уровень знаний, применяемых в труде, должен быть выше уровня знаний, опредмечеииых техникой), позволяющие повышать резерв функциональных возможностей. В некоторых исследованиях отмечалась возможность реализации резервов (на примере утомления) за счет регуляции эмоциоиадь-но-волевого напряжения. Исследовалась деятельность оператора одновременно с сигналами различных модальностей, выявлен ряд важных закономерностей. Однако целостное, системное исследование и проектирование таких видов операторской деятельности в инженерной психологии не проведено.

С точки зрения создаияя инвариантных систем СЧМ, в этой связи принципиально важным является определение возможной степени совмещения деятельности человеком, прн которой сохраняется требуемая стабильность функциональных характеристик системы. Это в свою очередь ставит задачу распределения функций между человеком, выполняющим совмещенную деятельность, и дополнительным каналом (или каналами) компенсации возмущений в технической части системы.

Предъявление требований стабильности функциональных характеристик, выбор наиболее рационального допуска на точность работы определяют специфичность инвариантных СЧМ по сравнению с другими полуавтоматическими системами. Необходимо обратить особое внимание иа такие «крейсерские» режимы работы, которые могут поддерживаться устойчиво в течение длительного времени. При этом может иногда допускаться снижение (безусловно, в допустимых пределах) точности ради существенного увеличения длительности устойчивой работы системы н стабильности ее выходных характеристик. Снижение точности ради стабильности не подразумевает просто проектирование системы с невысокой точностью работы. В данном случае еиетемв должна обладать способностью еохрвнять свои функциональные характеристики ча счет реализации резервов точности, но реализация этих резервов должна осуществляться при воздействии возмущений, а не при нормальном (предусмотренном программой) режиме функционирования. Резервирование функциональных возможностей — это один из мощных факторов обеспечения стабильности и надежности СЧМ, При этом особый смысл резервирование приобретает прн наличии вероятности возникновения различного рода экстремальных ситуаций, усложняющих процесс управления.

Таким образом, инвариантная СЧМ должна функционировать со стабильной «крейсерской» точностью, причем при возникновении экстремальных ситуаций точность ее работы должна изменяться лишь незначительно. В этом случае технические средства деятельности человека-оператора должны обладать определенной вариабельностью функциональных характеристик, что позволит приспособить их к изменившимся условиям процесса управления и состоянию человека.

Методологической основой построения инвариантных и других типов СЧМ, обладающих особо высокой стабильностью, должны служить принципы многоуровневой взаимной адаптации человека и машины 114, 16], Предполагается, что оператору, как правило, за исключением случаев экстремальных воздействий на состояние его организма, отводится ведущая роль в принятии решения относительно изменения параметров средств деятельности в целях сохранения стабильности функциональных характеристик.

Поясним это положение двумя примерами. Рассмотрим случай, связанный с возможностью построения инвариантной с точностью до некоторой наперед заданной величины системы слежения и стабилизации. Известно, что характеристикой динамической точности системы при действии на иее возмущений является абсолютное значение разности между требуемым и действительным значением регулируемой величины в заданном интервале времени. Применительно к полуавтоматическим системам слежения и стабилизации полной характеристикой динамической точности может служить абсолютное значение разности между требуемым и действительным значением ошибки (илн ошибок в случае многомерного слежения). Полуавтоматическая система слежения нли стабилизации является инвариантной с заданной точностью, если при воздействии внешних возмущений выполняется условие, при котором эта разность меньше наперед заданного значения при действии различных возмущений.

Однако применение этих зависимостей для анализа динамической точности и определения инвариантности является затруднительным вследствие того, что (по данным многочисленных исследований) в задачах слежения и стабилизации ошибка в каждый момент времени является случайной величиной, поэтому эта разность является также величиной случайной. Использование же случайной величины как полной характеристики процесса ие представляется возможным. В связи с этим целесообразно использовать статистические характеристики ошибок слежения и, в частности, их дисперсии.

В случае отслеживания сигналов различной частоты (периодических) или иитеисивиости (случайных) условием инвариантности может являтьси выполнение неравенства, когда дисперсия ошибки, задаваемая из требований инвариантности, больше разности модуля предельно допустимого значения дисперсии ошибки слежения и зиачеиия дисперсии ошибки в определенном интервале наблюдения при воздействии возмущений иа систему.

С помощью данного критерия инвариантности можно приступить к анализу возможностей построения инвариантных СЧМ, использующих принцип слеження и стабилизации.

Экспериментально исследовались процессы управления энергетическим котлоагрегатом. С помощью аналоговой вычислительной машины была смоделирована динамика некоторых регулируемых каналов объекта, которая была аппроксимирована линейным дифференциальным уравнением восьмого порядка е постоянными коэффициентами. Оператор с помощью органов управления осуществлял ручное регулирование отклоненных параметров в случае возмущений в системе подачи топлива и подачи охлаждающего конденсата. Динамика процессов, отслеживаемых испытуемым, была достаточно близка к динамике процессов в реальном объекте, замеры амплитуды н фазы отклонений температуры пара за паронагревателем показали сходство амплигудно-фазовых характеристик котлоагрегата и его электронной модели. В первой части эксперимента необходимо было выбрать контрольно-измерительный прибор, с помощью которого оператор наиболее точно компенсирует отклоненные параметры. Из трех видов — электронно-лучевого индикатора, ноль-прнбора (стрелочного индикатора отклонения), регистрирующего прибора по результатам опытов - был выбраи последний, так как е его использованием эффективность   регулирования   была   наиболее  высокой [141.

Особенность этого прибора состояла в том, что процесс регулирования представлялся как на его шкале, так и на диаграмме, отражающей предысторию моделируемого процесса н тенденцию его дальнейшего изменении; при этом скорость развертки динамики процесса могла изменяться по желанию оператора. При номинальном («крейсерском») режиме работы операторы использовали в основном шкалу прибора. В случае возникновения возмущений операторы обращались помимо шкалы к диаграмме, отражающей графически изменение регулируемого параметра, что обеспечивало возможность предсказания человеком хода процессов в объекте. В случае ложных резких возмущений операторы увеличивали скорость протяжки диаграммы. Все это предоставляло дополнительные возможности для адекватного психологического отражения регулируемого процесса и соответственно построения адекватного регулирующего воздействия, в результате чего точность регулирования даже при наличии возмущений ие опускалась ниже заданного допуска. Таким образом, возможность адаптации характеристик средств отображения информации, переход от простого считывания показаний к наглядному представлению тенденции изменения регулируемого параметра позволили сохранить стабильность функциональных характеристик даже при воздействии возмущений на систему.

Приведенные примеры показывают, как, используя функциональные возможности органов управления и средств индикации, можно компенсировать эти внешние возмущения, стабилизировать характеристики системы и тем самым обеспечить ее инвариантность. Такая организация операторской деятельности является частичной реализацией принципа взаимной адаптации человека и машины н системах управления с элементами наиболее эффективной индивидуально-оперативной адаптации.

В рассмотренных примерах инвариантных СЧМ принципиально важным является ведущая роль человека-оператора, который осуществляет сознательную целенаправленную деятельность и использует технические устройства для достижения цели в зависимости как от алгоритма выполнения деятельности, так и от ситуации управления. По сравнению е обычными, детерминиро-нанными в функциональном отношении системами в инвариантных СЧМ существенно повышается активность человека-оператора, возрастает роль творческого компонента в его деятельности .

Подытоживая краткий анализ проблемы стабильности СЧМ, следует подчеркнуть, что на пути развития этого нового и весьма важного и теоретическом и практическом отношении направлении инженерной психологии необходимо решить много сложных проблем.

Предстоит уточнить основные понятия стабильности и устойчивости СЧМ. В теории устойчивости принято, что систему можно считать устойчивой, если ее траектория в фазовом пространстве не выходит за пределы заданной ограниченной области при некоторых прогнозируемых возмущениях всего возможного спектра. Как мы показали, такой подход к определению и весь разработанный аппарат не вполне соответствуют специфике систем с участием человека.

Экспериментальный анализ ПФС решения оперативных задач показал, что каждый из них может иметь ие одно, а несколько оптимальных значений. Далее было установлено, что этн оптимумы лежат на разных кривых зависимости критериев сложности от ПФС. Эти кривые были названы характеристическими кривыми стратегий решения. Исследование процессов последовательного освоения (эволюции) каждой отдельной стратегии н перехода (трансформации) от одной стратегии к более совершенной в ходе обучения послужило основой разработки новой трансформационной теории обучения.

Наличие нескольких характеристических кривых о их частными оптимумами и соответствующими этим оптимумам устойчивых зон — плато иа кривой обучения — свидетельствует о том, что деятельность человека имеет не одно, а несколько устойчивых состояний. Число таких состояний равно числу «чистых» стратегий деятельности. Чистой называется стратегия, основу которой составляют определенная психологическая структура и способ выполнения задания. Возможны также стратегии смешанные, носящие промежуточный характер. В отличие от чистой смешанная стратегия не может использоваться долго в неизменном виде— она постепенно самопроизвольно переходит в одну из чистых.

При исследовании труда операторов, особенно в экспериментах, проводящихся в условиях реальных объектов, в зависимости от уровня ответственности, степени затрудненности восприятия информации и других стрессовых факторов операторы, овладевшие стратегией симультанного восприятия целиком всей мнемосхемы, временами переходили на более простые, «отсталые» стратегии — восприятие информации поблочно или даже отдельными элементами.

Запас возможных стратегий (структур) деятельности и возможность выбора и использования наиболее адекватной для каждого варианта внешних условий обеспечивали устойчивость деятельности операторов. Причем характер реализации введенного нами выше принципа взаимной адаптации человека и условий труда в разных случаях был совершенно различным. Следовательно, оптимумы разных стратегий деятельности человека нельзя рассматривать как рядоположеииые локальные оптимумы, из которых путем простого сравнения может быть выбраи глобальный оптимум.

Это свидетельствует о том, что общее математическое определение устойчивости должно быть дополнено применительно к системам с участием человека условием достаточного запаса стратегий деятельности. Указанное условие сходно с предложенным канадским экологом К. С. Холлингом свойством гибкости экологической системы как фактором ее устойчивости.

Разработка проблем развития, адаптация, устойчивости СЧМ обусловливает активное участие инженерной психологии в исследовании некоторых центральных общепсихологических проблем, в частности, в изучении психологических факторов развития и эволюции.

Важную теоретическую и практическую проблему представляет исследование многомерного пространства параметров СЧМ (включая характеристики человека, машины, среды) для выявления зои, которые соответствуют особо высокой устойчивости — гипер-стабильиости работы СЧМ. Системный подход к разработке этой проблемы может служить методологической основой сотрудничества инженерной психологии и эргономики, способствуя формированию теоретико-методологических основ последней, столь необходимых для  развития  эргономических исследований.