1.2. Законы   взаимной  адаптации (коадаптики) для   произвольных,   живых   и   искусственных систем

Закон взаимной адаптации для любых систем. Синтез и динамика развития любой системы есть процесс взаимной адаптации компонентов системы между собой и системы с внешней средой.

Этот закон утверждает, что необходимым и достаточным условием возникновения и развития любой системы является наличие процессов внутренней (между компонентами системы) и внешней (системы с внешней средой) взаимной адаптации. Отсюда следует, что в современной системотехнике принято избыточное число признаков системы.

Первый закон взаимной адаптации служит основой для определения ряда важных для эргономики понятий и категорий, таких, как качества и свойства системы, ее структура, стратегия, сложность, эффективность, эргономические критерии и факторы сложности деятельности, синхронизация компонентов системы, обучение операторов, эволюция и трансформация структур и стратегий системы и др.

Известно, что важнейшими качествами и свойствами системного объекта являются функциональные, структурные и системные. Функциональные качества объекта (СЧМС) можно определить как характеристики процессов взаимной адаптации объекта с внешней средой; структурные — как характеристики процессов взаимной адаптации внутренних компонентов объекта между собой; системные — как совокупные характеристики процессов взаимной адаптации внутренних компонентов объекта между собой н объекта с внешней средой.

Структура системы ---это отображение определенной закономерности процесса взаимной адаптации ее ниутренних компонентов. Конкретная реализация структуры СЧМС в процессе ее взаимной адаптации с внешней средой называется состоянием системы.

Структура деятельности человека — это модель, отображающая процессы взаимной адаптации внутренних компонентов (подсистем органов) человека между собой в определенном аспекте процесса взаимной адаптации человека с машиной и средой.

Любое изучение системы • - это всегда процесс взаимной адаптации системы и внешней среды, в которую включаются исследователи и применяемые ими измерительные средстна. Возмущающее влияние исследовательского процесса зависит от соотношения интенсивности этого н других процессов взаимной адаптации с внешней средой.

Границы системы характеризуются различием направленности н степени взаимной адаптации объектов: при очень высокой степени взаимной адаптации объектов внутри системы, называемых ее компонентами, и существенно более низкой между компонентами системы и объектами окружения, называемыми внешней средой.

Для обозначения процесса повышения степени взаимной адапти-ровашюсти внутренних компонентов СЧМС целесообразно применять термин конвергенция, а для высокой степени — синхронизация. Обратные процессы обозначаются как десинхронияация и дивергенция.

Принадлежность объекта к определенной СЧМС, связь с другими ее компонентами зависит от двух основных условий' степени его взаимной адаптированное™ с компонентами дайной системы и ее взаимной дезадаптироваиности с объектами, составляющими внешнюю среду. Таким образом, состав системы, ее структура и стратегия относительны.

Стратегия — это внешнее функциональное проявление закономерности процессоь взаимной адаптации внутренних компонентов системы (структуры) при взаимной адаптации системы с внешней средой.

Закон взаимной адаптации для живых систем. Существование и развитие живой системы (в том числе человека) суть процесс взаимной опережающей многоуровневой адаптации компонентов системы между собой и системы с внешней средой.

Второй закон взаимной адаптации дает определение живой системы как системы, необходимым н достаточным признаком которой является процесс взаимной опережающей многоуровневой адаптации внутренней и внешней. Применительно к C4iMC, если возникает дннамнка внешней среды, т. е. изменяются процессы взаимной адаптации человека с машиной н средой, человек формирует прогноз и на его основе осуществляет опережающий процесс взаимной многоуровневой адаптации между собственными компонентами. При этом человек изменяет структуру и стратегию собственных психофизиологических процессов н системы в целом, так что новые структура и стратегия СЧМС в целом обеспечивают ей выживание в условиях, неприемлемых при прежних структуре и стратегии. Опережающий характер взаимной адаптации проявляется в том, что если живая система, имеющая структуру St н стратегию St, прогрозирует изменение фактора F ее взаимной

адаптации со средой от FL до F% так, что в ожидаемых условиях

эффективность стратегии Sj функционирования исходной структуры Si станет ниже допустимой Qt (Г J < Q*, то система создает прогноз такой новой своей структуры Sf+l и процесса трансформации St и Si в Si+i и Si+i1, что при F = F2 будет приемлемое значение эффективности Qi+l (F2) > Q*,

Процессы взаимной адаптации внутренних компонентов человека качественно отличаются от процессов взаимной адаптации человека с машиной и средой.

В процессах внутренней и внешней взаимной адаптации людей можно выделить ряд уровней: социальный (а-уровень), психологический (ф-уровеиь), физиологический (ф-уровень), биологический (р-уровень) и генетический {7-уровень)

а-уровень охватывает процессы взаимной адаптации между индивидами, группами, сообществами, государствами, регионами. Для индивида процессы взаимной адаптации с другими индивидами являются внешними, а для группы как целого эти процессы являются внутренними, т. е. процессами взаимной адаптации внутренних компонентов. Среди людей а-уровень в первую очередь отражает регулирующую роль производственных отношений.

Определяя в том или ином случае конкретную структуру а-, ф-, ф-, Р- и 7-уровнсй, мы не только не изолируем уровни друг от друга, не отрезаем, например, психологию живой системы от ее физиологии, а, напротив, подчеркиваем, что психологический уровень взаимодействует со всеми другими уровнями: социальным, физиологическим, биологическим и генетическим.

В смысле совместного прогнозирования, координации и распределения функций при реализации прогноза социальный {включая любой иитериидивидуальиый, популяциониый) уровень регуляции процессов взаимной адаптации, видимо, является всеобщим, характерным для всех живых систем, начиная с клеточной популяции многоклеточного организма или популяции одноклеточных и кончая человечеством н нсосферой.

Предстоит поиск законов взаимной адаптации между о-, ф-, ф-, {J- и 7-уровнямн живых систем, которые определяют формирование целостного жизнеспособного организма при возникновении разного рода генетических мутаций.

Структура системы является устойчивой, если процессы взаимной адаптации системы и внешней среды, а также компонентов системы между собой удовлетворительны. Удовлетворительным называется состояние, при котором значения критериев эффективности, надежности, безопасности функционирования системы лежат в допустимых пределах во всем диапазоне изменения факторов

взаимной адаптации системы и среды.

Между структурой и стратегией системы происходит процесс взаимной адаптации: процессы взаимной адаптации внутренних компонентов между собой и взаимной адаптации системы в целом со средой динамически влияют друг на друга, стремясь к взаимному соответствию. В сложной, многоуровневой СЧМС, взаимодействующей с динамичной многопараметрической внешней средой, такое взаимное соответствие достигается благодаря опережающему характеру процессов взаимной адаптации человека и всей СЧМС со средой и притом лишь приближенно, в некоторых пределах.

Стратегия деятельности человека-оператора в СЧМС может быть выражена закономерной зависимостью показателей его взаимной адаптации с машиной н средой, имеющими динамические параметры. Такая зависимость представляется в виде характеристической кривой, семейства кривых или многомерной гиперповерхности.

Для снятия характеристической кривой зависимости среднего времени обработки оператором аварийных сигналов от числа одновременно поступающих на мнемосхему сигналов были проведены экспериментальные аварийные испытания на ТЭЦ 21 Мосэнерго [I4J. На основании полученных данных была построена модель СЧМС, проведены се статистические испытания и предложен метод разделения сигналов во время аварии на приоритетные труппы, что позволило существенно гокра гить среднее время ожидания крт ических сигналов и общее время ликвидации аварии на энергоблоке [16].

Существенным результатом экспериментов было обнаружение факта, что основной причиной низкой эффективности деятельности операторов при авариях является не задержка в опознании аварийных сигналов, как считалось ранее в психологии и эргономике, а включение оператором под воздействием стресса в число аварийных сигналов многих второстепенных, не относящихся к аварии, случайно возникающих в системе. На этой основе был предложен эргономический принцип регулирования интенсивности потока сигналов, поступающих к оператору во время аварии, с учетом его индивидуальной характеристической кривой стратегии. Эффективность СЧМС является интегральной мерой взаимной адаитированноети (конвергенции) ее компонентов, а сложность СЧМС — мерой нх дезадаптированности (дивергенции).

Возможности человека взаимно адаптироваться с машиной н средой определяются его чувствительностью (сенсорной фактор), способностью прогнозировать (интеллектуальный фактор), интегральной активностью (энергетический фактор) и его пластичностью (трансформационный фактор).

Все эти факторы взаимосвязаны между собой, поэтому можно ожидать, что показатели деятельности оператора в СЧМС будут оптимальными н устойчивыми прн условии такой взаимной адаптации между факторами, прн которой онн составили бы структуру, обеспечивающую требуемую стратегию оператора.

Была проведена обширная серия экспериментов, направленная на изучение влияния параметров среды {уровня шума, освещенности, конфигурации пульта), на скорость н точность переработки оператором информации. В экспериментах применялся эргономический «комбайн» {рис. 1.1). Обнаружено явление гиперстабиль-иости, состоящее в том, что колебания параметров среды оказывают минимальное влияние на деятельность оператора, если параметры отображения информации оптимальны [16].

Важное методологическое следствие второго закона взаимной адаптации состоит в том, что необходимо исследовать не динамику человека, машины н среды как таковых, а динамику процессов взаимной адаптации между ними. В расчет должны приниматься не собственные параметры человека, машины и среды, а параметры процессов взаимной адаптации между ними, и притом не столько текущие, сколько прогнозируемые. Примерами таких параметров могут служит психологические факторы сложности деятельности человека-оператора.

Одно и то же изменение машины или среды может оказывать совершенно различное влияние на человека-оператора в зависимости от его действительного состояния и предыстории процесса взаимной адаптации в СЧМС.

Критерии эффективности и сложности обычно составляют пары: экономия времени — перерасход времени, безопасность — аварийность, производительность — ущерб от недовыработки, энергетические и психофизиологические ресурсы — затраты. Эти показатели являются общими для всей системы, их разделение между компонентами СЧМС носит достаточно условный характер и обычно направлено иа выявление резервов снижения сложности системы за счет человеческого и машинного звеньев. На самом деле для общества в целом важны интегральные критерии, ибо и показатели работы оператора в системе, и показатели функционирования неразрывно связаны с общими затратами трудовых ресурсов на отбор и обучение оперативно!о персонала, проектирование, создание, освоение и адаптацию технических средств. Таким образом, в СЧМС процесс взаимной адаптации человека с машинами и средой должен оцениваться преимущественно по интегральным критериям оптимизации этого процесса. Сложность отражает рассогласованность между требуемыми (прогнозируемыми) и реальными процессами взаимной адаптации компонентов СЧМС При взаимной адаптации технических объектов, например автоматического токарного станка и обрабатываемой детали в процессе резания, понятие сложности и ее меры в рассматриваемой системе «станок и деталь- -человек (люди)» следует относить к человеку (людям), сопоставляющему прогнозируемый и реальный процессы взаимной адаптации станка и детали (обработки детали).

Эффективность и сложность всегда относительны — онн зависят от прогнозирующею субъекта, выбранных им величии для измерения критериев, прогнозируемых им процессов взаимной адаптации компонентов системы. Субъект может быть непосредственным участником процесса взаимной адаптации или выступать в качестве эксперта-наблюдателя. В зависимости от субъективных прогнозов меры сложности одного и того же процесса взаимной адаптации могут варьироваться как по качественной величине (наименованию параметра, показателя, критерия), так и по количественному значению.

Оценка эффективности и сложности упрощается, если мы имеем дело не с континуальным процессом взаимной адаптации, а о частным, дискретным фрагментом этого процесса. В этом случае упрощение достигается за счет введения вспомогательных частных понятий: цель, задача, поведенческий акт и т. п.

При определении сложности взаимной адаптации в СЧМС необходимо особо учитывать необратимые изменения. В этой части эргономика близка  к теории дисенпативных систем   [57, 661.

Учитывая многоуровневый характер процессов взаимной опережающей адаптации человека в СЧМС, определяемый вторым законом взаимной адаптации, критерии сложности и эффективности могут соответствовать как интегральным структуре и стратегии человека, так и его частным, поуровневым социальным (о), психологическим (ф), физиологическим (ср), биологическим (р) и генетическим (7) структурам и стратегиям.

Основной функцией психологии человека в СЧМС является формирование и регуляция реализации прогноза процессов взаимной многоуровневой адаптации компонентов системы между собой и системы в целом с внешней средой. Такое прогнозирование, как н принятие решений, синтез и сравнение концептуальных моделей, является в значительной степени обратимым процессом. Особенно это относится к машинам, моделирующим способности

людей к взаимной опережающей многоуровневой адаптации со средой. К таким машинам, как и ко всем типам СЧМС, применим второй закон взаимной адаптации.

Многоуровневый характер адаптации человека к динамическим внешним условиям доказан но многих исследованиях. Например, н Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М Сеченова АН СССР исследовались адаптационные процессы, происходящие в организме человека при длительной гиподинамии, в том числе на уровне целостного организма, тканей и биохимических процессов, Показано совпадение сроков повышения резистентности организма со сроками формирования приспособительных реакций на клеточном уровне. Обнаружено также, что в процессе систематической тренировки человека происходит перестройка функционального состояния центров регуляции сердечнососудистой сисгемы, которая выражается в становлении отчетливо выраженной брадикардии покоя, в совершенствовании координации центрального и периферического звеньев кровообращения. Эти и другие данные показывают, что взаимная адаптация внутренних компонентов, органов, подсистем разного уровня приводит к формированию определенной структуры человека и стратегии его функционирования как единой системы.

К процессу многоуровневой адаптации человека относятси также процессы его эволюции, профессионального отбора, обучении, оперативной перестройки его психофизиологических процессов в ходе взаимной адаптации с машиной и средой.

Машину можно адаптировать к человеку на многих уровнях] тотальном, контингентном, групповом, индивидуальном и индивидуально-оперативном. Каждый последующий уровень делает адаптированиость машины к человеку более точной, но при этом сужает круг людей, которые могут взаимно адаптироваться с данной машиной

Оптимальный уровень К адаптации машины к операторам определяется с учетом интегральной эффективности деятельности операторов, повышающейся с переходом на более точную адаптацию, а также с учетом соответствующих материальных затрат на адаптацию машины к операторам. Экономический критерий W адаптации имеет вид

4.       'I '

где Wk — значение критерия W для k-ro уровня адаптации; N — число операторов; QHHT (\|>0, фмн) — интегральная эффективность одного оператора с психологической характеристикой ф0 и соответствующей характеристикой машины при k-м уровне адап-

тации машины       (соотношение полных интервалов значений

to и i|'MK отряжает совместимость стратегии человека-оператора и машины); п число машин, необходимых для работы с N операторами; f (фм) — функция распределения характеристики машины 4'м с учетом всех режимов работы СЧМС.

При индивидуально-оперативной адаптации машины к оператору A^'ft » 0 и // (0) -- //щдх; в этом случае максимальны н эффективность работы оператора, и стоимость машины.

Чаще всего оптимальным оказывается групповой уровень адаптации [16]. Прирост эффективности работы операторов по сравнению с тотальной адаптацией (ориентировкой проектировщиков на характеристики «среднестатистического» человека) существенно превышает прирост стоимости машин. Срок окупаемости Лт определяется из соотношения

В случае, когда повышение точности адаптации пультов и информационных средств направлено на снижение аварийности систем, выигрыш (сумма предотвращенного ущерба) может быть на много порядков больше, чем требуемые дополнительные затраты па эргономическое совершенствование машины, которые, как правило, очень быстро окупаются.

Например, затраты на эргономическую реконструкцию операторского пункта аммиачного производства Щекннскою химкомбината окупились примерло за полгода, диспетчерских пунктов объединенных snepiоснетем Урала к Закавказья, тренажеры Красноярского за год Тех пи ко экономическая эффективность учета эргономических рекомендации при проектировании пультов управления мощного энергоблока, сисгемы управления движением городского транспорта составила 130—350 тыс. р. в год [16].

Задача эргономической экспертизы СЧМС состоит в том, чтобы выявить ту взаимную дезадаптацию между человеком и машиной, которая обусловливает снижение эффективности их совместного функционирования н которую реально можно уменьшить за счет улучшения процессов взаимной адаптации человека и машины. В американской эргономике в последние годы широкое распространение получил метод выявления вероятных ошибок и временных задержек в работе операторов, основанный на применении диаграмм Мёрфи [94]. Если ранее были попытки строить графы, алгоритмы и статистические модели успешных решений, то в новом методе акцент делается иа прогнозирование рассогласования между требуемым и реальным ходом решения, порождения ошибок и аварий с тем. чтобы выявить резервы повышения эффективности и безопасности действий операторов. Однако диаграммы Мёрфи иосят статический характер и не отражают динамики процессов взаимной адаптации оператора с машиной и средой.

Для количественной оценки сложности интеллектуальной деятельности человека и степени взаимной адаптации человека с машиной и средой иа основе структурно-психологической концепции были введены психологические факторы сложности (ПФС) деятельности [16].

Исследование ПФС ведется на многих уровнях, в частности иа индивидуально-оперативном уровне оно позволяет осуществлять инднвндуально-оператнвиую адаптацию человека н машины (ЭВМ). Разрешающая способность метода ПФС очень велика. Набор на 15 ПФС позволяет исследователю опознать практически любой конкретный ход решения задачи операторами энергоблока.

Этот метод универсален: ПФС позволяют сравнивать сложность алгоритмов решения, существенно разлнчающихси между собой по числу, порядку и характеру операций и позволяющих достичь сходных целей разными путями

ПФС — это факторы взаимной адаптации человека и машины (среды), поддающиеся измерениям; нх значения зависят и от параметров человека, и от параметров машины (среды). Один н тот же уровень оптимальности ПФС может быть достигнут путем изменения параметров либо человека, либо машины, но наиболее эффективно — и человека, и машины.

Из первых двух законов взаимной адаптации следует, что создание и развитие искусственной автоматической системы суть процесс материализации, воспроизведения людьми в машинах своих свойств взаимной опережающей многоуровневой адаптации со средой  [ 16 1.

Особый интерес представляют смешанные человеко-машинные системы адаптивного биотехнического типа 16J.

Перспективное методологическое значение законов взаимной опережающей многоуровневой адаптации состоит в возможности объединения на нх основе многочисленных относительно разрозненных принципов эргономики, нх взаимной адаптации н сведении в единую теоретическую оснсзу эргономики — теорию взаимной опережающей многоуровневой адаптации человека с машиной н средой.

Следующий, третий, закон взаимной адаптации утверждает полиструктурность сложных систем.