Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни державний вищий навчальний заклад донецький національний технічний університет

5. Виды операторской деятельности

Специфика деятельности оператора в значительной мере зави­сит от назначения СЧМ, характера их использования, роли и степени участия человека в системе.

Различают деятельность, детерминированную с заранее опре­делёнными алгоритмами и предписаниями, недетерминирован­ную — с известными правилами, но неопределёнными момен­тами появления сигналов и их последовательностей, и игро­вую — с заранее неизвестными и в значительной мере неопре­делёнными ситуациями.

По степени непрерывности участия человека различают дея­тельность непрерывную, непрерывную с периодической работой оператора и дискретную деятельности.

В зависимости от преобладания того или иного психического процесса выделяют сенсорно-перцептивную, моторную и интел­лектуальную деятельности. В сенсорно-перцептивной деятель­ности основной упор делается на получении информации и её первичной оценке в сферах восприятия. Исполнительные дейст­вия оператора при этом предельно упрощены. Такая деятель­ность характерна для операторов — наблюдателей. В моторной деятельности велик удельный вес исполнительских действий, все психические функции подчинены этой главной задаче. При­мер деятельности — ввод информации с клавиатуры дисплея. Интеллектуальная деятельность выдвигает на передний план функции принятия решения, логической и творческой обработки информации. Такая деятельность свойственна диспетчерам и руководителям.

По моменту выполнения управляющего действия различают деятельность непосредственную и с отсроченным обслужива­нием. Первая выполняется по мере получения информации, а вторая — по истечении некоторого времени, затраченного на принятие решения.

В соответствии с возникшей в процессе развития автоматизиро­ванных средств производства и управления дифференциацией операторских действий условно выделяют пять классов опера­торской деятельности:

• оператор-технолог;

• оператор-манипулятор;

• оператор-наблюдатель, контролёр;

• оператор-исследователь;

• оператор-руководитель.

В одной и той же СЧМ могут работать операторы, выполняющие разные виды операторской деятельности. Например, в танке, от­носящемся к управляемым транспортным средствам, одновре­менно работают и водитель (оператор-манипулятор), и стрелок (одновременно оператор-наблюдатель и оператор-манипулятор), и командир (оператор-руководитель).


Тема 6. Инженерно-психологическое и эргономическое проектирование интерфейса «человек - машина» и рабочей среды.
План

1. Системный поход, особенности его применения при проектировании информационных моделей и сред.

2. Проектирование средств отображения информации.

3. Проектирование органов управления.

4. Организация рабочего места оператора.

5. Проектирование пользовательских интерфейсов.

6. Системы виртуальной реальности.

7. Виртуальные интерфейсы.

Практический синтез человеко-машинных систем осуществляется большей частью на интуитивном уровне и зависит от возможнос­тей проектировщика найти приемлемый компромисс, обеспечива­ющий эффективное межсистемное взаимодействие всех уровней функционирования оператора в системе. Большую роль играют эрудиция и практический опыт конструктора в области создания аналогичных систем. Важно умение разработчика выделить узло­вые точки проектируемой (анализируемой) системы, оказываю­щие определяющее влияние на оптимальный, в нестрогом смыс­ле этого слова, характер протекания психических процессов опе­ратора, включённого в профессиональную деятельность.

Системный подход является скорее научно-философским методо­логическим принципом анализа сложных систем, позволяющим систематизировать знания о человеке, чем процедурой проекти­рования. Он предполагает сочетание множества планов анализа человека как социо-биологического объекта. Часть из них в науке недостаточно разработана и не имеет формализованного поня­тийного аппарата. Отметим лишь, что необходимо рассматривать психическое во всем множестве внутренних и внешних отноше­ний, в которых оно существует как целостная система. Сущность научного метода исследования, в создании различных моделей, отражающих те или иные стороны реальности. В зависимости от сложности моделей растёт их описательная сила, но в то же вре­мя моделям свойственны и ограничения, присущие им вследст­вие выделения элементов явления из целого. В настоящее время существуют только процедуры системного анализа — расщепле­ния сложной системы на элементы, обратная же задача — сис­темный синтез — во многом не определена. Известен лишь об­щеметодологический принцип, заключающийся в изучении:

• законов образования целого;

• законов строения целого;

• законов функционирования целого;

• законов развития целого;

• отношений явления (системы) с родовой системой;

• отношений явления (системы) с другими системами;

• взаимодействия явления (системы) с внешним миром и т.д.

В процессе системного синтеза на основе объединения систем в единое целое возникают новые системные качества, не прису­щие отдельным подсистемам, его составляющим. Законы их по­рождения не ясны и могут быть поняты лишь при рассмотрении системы как взаимосвязанной совокупности иерархически со­подчинённых содействующих систем.

Системное рассмотрение предполагает выделение в анализиру­емом объекте «функций», направленных на получение опреде­лённого результата, «структуры» — единства компонентов, эле­ментов системы, «целей» — вида достигаемого результата.

Практическая реализация идей системного подхода имеет твор­ческий характер и позволяет по окончании процесса проектиро­вания создать вариант требуемой системы. Очевидно, что мо­жет быть реализовано неопределённое множество реальных физических систем, вид и состав которых будут зависеть от тех­нологического уровня техники, опыта и традиций проектировщи­ков, технических и экономических возможностей и ограничений.
2. Проектирование средств отображения информации
Для восприятия и обобщения информации оператору необходимы технические устройства, называемые средствами отображения ин­формации. Различают в зависимости от органов восприятия визу­альные, слуховые, тактильные и другие средства отображения.

Наибольшую роль и нагрузку в деятельности несут визуальные средства отображения, к которым относятся дисплеи. Различа­ют механические дисплеи — цифровые счётчики, дисплеи с не­подвижной шкалой и движущейся стрелкой и картинные дис­плеи — видеодисплеи, голографические дисплеи, как цветные, так и чёрно-белого изображения.

Важную роль при их проектировании играют вид предъявляемой информации, методы и формы кодирования и пространственно­го расположения.

При построении кодовых знаков учитывают следующие требования:

• при построении алфавитов знаков необходима чёткая и по­следовательная классификация символов внутри алфавита;

• основной классификационный признак объекта кодируется контуром знака, который должен представлять собой замкнутую фигуру;

• знак должен иметь не только контур, но и дополнительные де­тали;

• дополнительные детали не должны пересекать или искажать основной символ;

• предпочтительно использовать симметричные символы, по­скольку они легче усваиваются и более прочно сохраняются в оперативной и долговременной памяти;

• предпочтительно использовать «натуральные» взаимоотноше­ния между параметрами сигнала и кодируемыми характеристи­ками объекта, определённую «картинность».

При цветовом кодировании необходимо учитывать эмоциональ­ную значимость цвета, что часто применяют при передаче сигна­лов об опасности. Так, по международному стандарту сигналами опасности являются тёплые тона, безопасности — холодные. Степень опасности обозначается разным цветом. Красный — требование остановки действий, оранжевый — предупреждение о серьёзной опасности, жёлтый — «Внимание! Осторожно!», зе­лёный — отсутствие опасности, голубой — предупреждение, чтобы оператор не начинал действия. Кроме того, мигающий красный цвет обозначает ситуацию, требующую немедленных действий.

Цветовой код может быть полезен в случаях:

— если дисплей не разграфлён;

— высока плотность символов;

— оператор вынужден отыскивать информацию в большом мас­сиве данных.

Цветом лучше кодировать целые слова или фон, чем символы или отдельные знаки.

Поскольку периферия сетчатки глаза не чувствительна к зелёному и красному цветам, их не следует применять на краях дисплея. Жёлтый и синий — хорошие периферийные цвета, хотя синий не следует использовать для знаков и тонких линий. Пары дополни­тельных цветов, например, красный — зелёный и жёлтый — синий представляют собой хорошие комбинации для цветного дисплея.

Для мелких деталей изображения не следует применять насы­щенный синий цвет. Синий цвет хорошо использовать для фона.

Улучшению восприятия зрительной информации способствуют следующие свойства и способы её организации:

• заметность — сообщение должно привлекать внимание и рас­полагаться в зоне наблюдения оператора. На внимание влияют заметность, новизна и релевантность (полезность) знака;

• выделение — наиболее важные слова могут быть подчёркну­ты, усилены путём увеличенного размера или штриховки;

• чёткость — может быть усилена при увеличении контраста знаков по отношению к фону, введении шрифта с хорошей раз­борчивостью;

• вразумительность — необходимо дать ясно понять, в чём со­стоит опасность и что может произойти, если предупреждение будет проигнорировано. Сообщения должны быть предельно краткими, в форме точной инструкции к действию;

• видимость — знаки должны быть видимыми при любых усло­виях рабочего освещения;

• стандартность — целесообразно применять стандартные сло­ва и символы.

Большую роль при восприятии текстовой информации на дис­плее играет рисунок шрифта букв и цифр. Отношение толщины штриха к высоте букв должно быть от 1:6 до 1:8 для чёрных букв на белом фоне и от 1:8 до 1:10 для белых букв на чёрном фоне.

Высота букв и цифр зависит от расстояния наблюдения, окружа­ющего освещения и важности сообщения.

Например, при расстоянии 35 см рекомендуемая высота букв составляет 2,3 мм для малозначимой и 4,3 мм для важной ин­формации.

Зрительная информация должна располагаться в зоне прямого видения, причём главная информация — в центре, а второсте­пенная и справочная — на периферии.

Большинство конструктивных признаков, обеспечивающих эффективную работу зрительного канала восприятия инфор­мации, изложено в справочных руководствах и эргономичес­ких стандартах, которых следует придерживаться как основы для правильного инженерно-психологического проектирова­ния.

Слуховые средства предъявления информации используются наряду со зрительными средствами в случаях:

• если сообщение простое;

• сообщение краткое;

• к сообщению не требуется возвращаться в дальнейшем;

• сообщение отображает события, распределённые во вре­мени;

• сообщение призывает к немедленному действию;

• зрительная система оператора перегружена;

• работа оператора требует частых перемещений в рабочем пространстве.

При выборе предупреждающих звуковых сигналов необходимо учитывать:

• высоту сигнала, которую следует выбирать из диапазона 150-1000 Гц;

• сигналы должны иметь гармонические частотные компоненты;

• сигналы должны иметь не менее четырёх выраженных час­тотных компонент, что снижает риск маскировки другими сигна­лами;

• целесообразно введение модуляции основной частоты: это привлекает внимание оператора.

Необходимо предупредить резкое нарастание сигнала, так как это воспринимается как удар, сопровождаясь звуковым шоком. В сигнале не должно быть дребезга и звона. Во многих случаях для привлечения внимания и пространственной ориентации взо­ра оператора используется бинауральный эффект, который луч­ше проявляется на средних и высоких частотах звукового диа­пазона.

При использовании голосовых сообщений важны разборчивость и семантика речи. Различают системы с естественной и синте­зируемой речью. Особенности восприятия второй зависят от ти­па синтезирующего устройства. Речевое сообщение предпочти­тельнее использовать для сообщений о нарушении нормальных условий, а сигналы — при аварийных и критических ситуациях.

Тактильные средства предъявления информации используются редко. Известны случаи их применения в качестве дополнитель­ных каналов и при работе людей со зрительными и слуховыми на­рушениями. Часто используют тактильное кодирование формой органов управления, которые можно различить на ощупь. При вы­боре тактильных систем возникают вопросы, связанные с количе­ством стимулируемых участков кожи, диапазоном вибрационных частот, количеством интенсивности и вида воздействия.

Различают органы управления:

• по назначению: для ввода информации, для установки ре­жимов;

• по характеру движений: не требующие движений включения, требующие повторяющихся, дозированных движений;

• по характеру использования — оперативные, используемые периодически или эпизодически;

• по конструктивному исполнению: кнопки, тумблеры, переклю­чатели, штурвалы, манипуляторы;

• по значению: главные, вспомогательные.

В конструкции органов управления необходимо учитывать сло­жившиеся у человека стереотипы движений (см. табл. 2).

• размеры моторного пространства;

• двигательно-физиологические предельные условия (требова­ния к точности, скорости, силе, вращающему моменту и т.д.);

• условия взаимодействия;

• частота и значимость входной информации;

• возможности зрительной и слуховой обратной связи;

• алгоритм управления (последовательность действий);

• пространственная совместимость с технической системой или дисплеями;

• гарантия против случайных действий;

• выполнение действий сидя или стоя.

Учитывается пол оператора, так как физические и психофизио­логические возможности мужчин и женщин не одинаковы.

При большом количестве приборов на панелях управления ис­пользуют методы группировки, учитывая при этом частоту об­ращения к тем или иным приборам во время выполнения ра­бочего алгоритма. Часто используемые органы управления и индикации следует помещать в центральной зоне, редко — на периферии. В центральной зоне также располагают аварий­ные средства отображения и управления, обеспечить прост­ранственное и функциональное соответствие между органами управления и дисплеями. Необходимо выдерживать дистан­цию между определёнными типами органов управления и ин­дикации для уменьшения явлений интерференции и перепуты­вания.

Динамические характеристики органов управления должны соответствовать скоростным характеристикам человека. СЧМ должна препятствовать возникновению случайных ре­жимов работы с органами управления и индикации, ведущих к аварийным режимам. Реализуется так называемая защита от дурака.

Цветовое и эргономическое решения рабочего места не должны приводить к утомлению оператора, состояниям монотонии, гип­нотическим фазам.

Наиболее известные системы интерфейса этого класса связаны с компьютерными графическими интерфейсами пользователя (GUI) или так называемыми WIMP (Windows-Icons-Menus-Point devise) интерфейсами. В них используются привычные для поль­зователей операционных систем Windows и Macintosh окна, ме­ню, пиктограммы, виджеты и способы организации взаимодей­ствий посредством манипуляторов «мышь» и клавиатурой. Эти системы широко распространены во всех сферах применений компьютерных технологий, в том числе и при управлении слож­ными человеко-машинными системами.

Следующий вид интерфейса — интерфейс прямой манипуляции, в котором реализуется постоянное представление пользователю объектов и результатов действий с ними. Управление объектами осуществляется с помощью непосредственных физических дей­ствий, а не вводом команд.

В перспективе ожидается переход к системам естественного (человекоцентрированного) интерфейса, в которых исполь­зуются механизмы человеческого общения и работы психо­физиологических систем. Прототипы таких систем — систе­мы общения «человек — машина» на естественном языке, системы, использующие психофизиологические параметры для управления системой, бионические симбиозы (встраива­ние технических элементов в работу организма), системы виртуальных интерфейсов. В таких системах используются системы 3D графики, нанотехнологии и микросистемная тех­ника.

• анализа деятельности пользователя;

• построения модели рабочего места пользователя, формули­рования требований к деятельности пользователя, выбор крите­риев оценки интерфейса;

• разработки сценария работы пользователя с программой, его предварительную оценку и коррекцию;

• разработку прототипа пользовательского интерфейса, его от­работку, получение рабочего варианта;

• создания тестовой версии программы, реализующей пользо­вательский интерфейс;

• разработки средств поддержки пользователя (помощь, слова­ри, подсказки и т.д.);

• юзабилити тестирования тестовой версии;

• отработки финал-релиза, подготовки документации и проце­дуры обучения пользователя.

Существует четыре основных показателя качества любого ин­терфейса:

• соответствие интерфейса возложенным на него задачам;

• скорость работы пользователя;

• количество ошибок пользователя, работающего с данным ин­терфейсом;

• степень удовлетворённости пользователя.

Эти показатели оцениваются в процессе юзабилити тестиро­вания на всех этапах проектирования пользовательского ин­терфейса.
6. Системы виртуальной реальности
В последние годы благодаря прогрессу технологий мультимедиа широко развивается направление, обозначаемое общим терми­ном «системы виртуальной реальности». Суть подхода заключа­ется в создании искусственных стимулов, воздействующих на все органы чувств оператора. При этом в психике человека фор­мируется образ некоторой искусственной реальности, в которой могут осуществляться действия, направленные на решение оп­ределённой профессиональной задачи. При восприятии вирту­альной реальности оператор всегда отдаёт себе отчёт в том, что данная реальность — результат специфического воздействия на его сенсорные системы.

Система виртуальной реальности позволяет исключить челове­ка из ситуации непосредственной экстремальной деятельности, так как пульт управления может быть расположен в защищен­ном месте и связь с реальным объектом может осуществляться дистанционным способом. Плоскость проектирования этих сис­тем смещается в область компьютерного моделирования воз­действий реальной среды, преобразования последней в образы, привычные для оператора. Для формирования визуальных обра­зов используются шлемы виртуальной реальности, образов ося­зания — сенсорные перчатки, слуховых образов — системы сте­рео- и многоканального воспроизведения.

Основная проблема, возникающая при моделировании вирту­альной среды, — проблема согласования потоков информации, получаемой из внешнего мира, и потоков обратной информа­ции, дающих информацию о действиях оператора.

Идеальная система виртуальной реальности даёт полную иллю­зию деятельности человека в реальной ситуации. Кроме того, по­является возможность создать образ сверхвозможностей, веду­щий к повышению активности оператора. Так, например, опера­тор-наблюдатель в виртуальной среде может «перемещаться — удаляться» к объекту управления, осуществлять пространствен­ный поиск объектов в визуальном пространстве (в том числе и со­зданном по информации из различных каналов получения данных (тепловизионного, радиолокационного и т.д.)), формировать вир­туальную стратегию деятельности, ведущую к выполнению зада­чи. В этой системе возможности человека используются в полной мере, что недостижимо в традиционных системах управления.

Отметим, что виртуальный канал управления может давать команды управления на многие объекты и его создание эко­номически целесообразно, несмотря на огромный объём вы­числительных ресурсов, требуемых от системы моделирова­ния виртуального пространства. Виртуальный канал также позволяет вводить в виртуальное пространство оператора не­ограниченное количество моделей реальной деятельности, что позволяет на новом уровне решать задачи обучения и тренировки.

Совокупность технологических, психологических и поведенчес­ких феноменов, связанных с интегрированной синхронной дея­тельностью перцептивных систем человека при его погружении в среду, отражена в понятии иммерсивность (англ. immersion — погружение). Она рассматривается в качестве одной из основ­ных характеристик виртуальной реальности и содержательно интерпретируется как мера неразличимости участниками вирту­ального погружения реального и виртуального миров. Макси­мально иммерсивная среда в восприятиях обучаемых абсолютно неотличима от реальности. Аналогично все системы, обеспечи­вающие контакт человека с данным миром, работают интегри­рование и полностью сочетаются с перцептивным и личностным опытом субъекта. Это своего рода «матрица», в которой актуа-лизуется полное погружение в виртуальный мир.

Иммерсивность отражает степень представляемых технологией свойств имитируемой среды и связана со степенью погружения субъекта в искусственную окружающую среду. Это «степень», с которой имитирующая система поставляет искусственную среду окружения, замещающую свойства реального мира. Чем более содержателен представляемый сенсорным системам человека поток стимуляции, тем большее число сенсорных систем может вовлекаться во взаимодействие со средой.

Поведение человека в условиях абсолютной иммерсивности ни­чем не отличается от его поведения в условиях привычной дей­ствительности. Однако это справедливо лишь в случае полного подобия виртуальной среды среде физического опыта по отно­шению к перцептивным системам человека. Если рассматривае­мые среды по их воздействию на человека неразличимо подоб­ны, значит, виртуальная среда обладает свойствами реальнос­ти. В противном случае человек легко определяет различия в источниках действительности.

Иммерсивность отражает также возможность воспроизводить в среде естественные способы сенсорного представления, сформи­рованные в процессе жизни человека в естественной среде. Им­мерсивность — технологическое понятие и связано с возможнос­тями моделировать в искусственной среде свойства реальной среды. Создаётся «фантом» реальности, который замещает её своим воздействием на человека. Высокоиммерсивная среда за­меняет не только статические характеристики моделируемого ми­ра, но и динамические аспекты, запечатлённые в жизненном опы­те субъекта, который воспринимает новую реальность в форме присутствия в ней.

«Присутствие» («Presence») — чисто субъективное понятие и в об­щем смысле определяется как субъективный опыт человека: нахо­диться в одном месте или окружающей среде, в то же время фи­зически находясь в другом месте. Присутствие связано с преодо­лением машинно-генерируемой среды, а не с фактическим физи­ческим местом действия. Это психологическое состояние воспри­нимать себя окутанным, вовлечённым, включённым во взаимодей­ствие с окружающей средой, обеспечивающей непрерывный по­ток стимулов и опыта. Присутствие связано также с возможностью получения субъектом диалогового опыта деятельности в среде. Опыт присутствия ведёт к появлению у оператора «чувственной иллюзии непосредственности» происходящего. Отметим, что при­сутствие свойственно не только виртуальной компьютерной среде, но возникает в любых средах, в которых действует человек.

Необходимо сразу признать ряд серьёзных ограничений, генети­чески присущих технологиям включения. Прежде всего, это ог­раничения, связанные с нерешённостью проблемы формирова­ния оптимальной информационной модели. Рост сложности тех­нических систем ведёт к соответствующему усложнению при­борной доски и органов управления, которые ставят оператора и его перцептивные системы на границу психофизиологических возможностей. Например, лётчик современного самолёта имеет в своём распоряжении более сотни непрерывно контролируемых параметров полёта, отображаемых на системах индикации и отображения информации. Все эти параметры связаны между собой в сложных, а порою и нелинейных отношениях и имеют свою динамическую историю, которую должен учитывать пилот в процессе управления. Понятно, что работать с подобными сис­темами без серьёзного профессионального обучения практичес­ки невозможно.

Не лучше обстояли дела в области создания человеко-машин­ных интерфейсов и в отраслях промышленности, таких, как атомная энергетика, транспорт, судостроение, оборона. Пред­лагаемые здесь решения, так же как в авиации и космонавти­ке, имели, прежде всего, технический характер и отражали прогресс в создании новых устройств индикации, управления и методов и средств обучения. Решения имели локальный и пал­лиативный характер, что вело к примату технических методов проектирования над методами инженерно-психологическими. Оператор рассматривался как технический элемент системы, а процесс проектирования — как согласование физических ха­рактеристик среды управления с психофизиологическими воз­можностями человека. В результате на человека — оператора воздействовала качественно новая — искусственная среда. В ней перманентно нарушались процессы нормальной вне-и внутрисубъектной интеграции, возникали феномены интер­ференции опыта. Это стало причиной сбоев, ошибок и невысо­кой эффективности деятельности человека в таких техничес­ких системах.

Выходом из сложившегося положения служит внедрение новых систем интерфейса, которые можно назвать погружающими или иммерсивными интерфейсами. В них оператор погружается в формируемую технологиями виртуальной реальности машинно­генерируемую трёхмерную среду, отображающую некоторый ис­кусственный мир, деятельность в котором ведёт к решению профессиональных задач в действительном мире. В конструкции и свойствах искусственного мира максимально используется жиз­ненный опыт субъекта.

Отметим важную особенность, связанную с присутствием в сре­де виртуальной реальности, — возможность извлекать полез­ный для практической деятельности опыт. Человек в своём кон­такте с виртуальным миром имеет инструменты для селекции важных аспектов моделируемой среды.

Возможности деятельности обучаемого в среде обеспечиваются интерактивностью среды — степенью, до которой пользователи могут участвовать в изменении и формировании её содержания в режиме реального времени. Интерактивность — это не просто возможность навигации в виртуальном мире, это власть пользо­вателя по управлению изменениями этой окружающей средь». При этом виртуальный мир должен отвечать на действия поль­зователя. Интерактивность требует динамического моделирова­ния и определяется технологической структурой профессио­нальной среды, свойствами её интерфейса. Интерактивность от­ражает податливость формы среды и её содержания. Степень интерактивности зависит от множества факторов. Основные факторы, определяющие степень интерактивности:

• фактор «скорость» — определяет скорость, с которой реаги­рует система в нормальных условиях. Он показывает, как быст­ро может ассимилироваться в среду входное воздействие;

• фактор «диапазон» — включает число возможностей для дей­ствия в любое данное время;

• фактор «mapping» — отражает способность системы контро­лировать изменения в искусственной среде в естественной и предсказуемой манере.

Примерами интерфейса, с помощью которого реализуется ин­терактивность в компьютерных обучающих средах, являются клавиатура, мышь, перчатки, планшеты, системы распознавания речи, направления взгляда и связанные с ними виртуальные представления, порождаемые программными средствами.

Развитие технологий виртуальной реальности позволяет со­здать виртуальные среды с высокой степенью интерактивности. Именно интерактивность, отражая эффективность взаимодействия субъекта с миром, является ключевым по­нятием, характеризующим эффективность и возможности человеко-машинного интерфейса. Чем выше интерактив­ность системы, тем больше параметров моделируемого ми­ра могут быть изменены субъектом в процессе своей дея­тельности.

В виртуальной реальности есть возможности воздействовать практически на все элементы моделируемого мира и осуществ­лять это естественным образом. При этом мир отвечает на воз­действия своим изменением, доступным сенсорным системам оператора. Основное достоинство создаваемого в виртуальной среде иммерсивного интерфейса — сведение интеракций к фор­мам, понятным сенсорным и исполнительным системам челове­ка, к его непосредственным действиям с элементами моделиру­емой среды без промежуточных операций, включающих логиче­ские и языковые конструкты.

Иммерсивный интерфейс погружает человека в искусственный мир, который, в свою очередь, может быть связан с реальным физическим миром, отображая в своём предметном, простран­ственном и временном содержании его основные свойства. Манипуляция в иммерсивном интерфейсе естественна для че­ловека в отличие от таковой, реализуемой в классических формах интерфейса. В последних, например, при решении за­дачи наведения управляемого объекта на цель в пространстве, оператор вынужден с помощью органов управления решать за­дачу компенсаторного слежения. Это довольно сложная сенсо­моторная задача. В иммерсивном интерфейсе достаточно «взять» в виртуальном пространстве виртуальную модель объ­екта и «перенести» её в контур цели, тем самым совершив на­ведение на неё.

Трансформация реального мира в мир виртуальной реальности и свойств реального мира в свойства виртуального мира осуще­ствляется без участия человека, что позволяет освободить по­следнего от сложных операций пространственно-временных преобразований. Искусственный мир может быть подстроен с помощью транслятора состояний под динамические свойства оператора, освобождая его от необходимости работать при де­фиците времени. Снимаются и другие формы психологических и психофизиологических ограничений.

Особый вид иммерсивного интерфейса — системы с индуциро­ванной виртуальной средой, в которых виртуальная реальность с погружённым в неё оператором копирует в реальном времени некоторую параллельно существующую реальную среду. Инду­цированная виртуальная среда является носителем обратной связи, и события в ней моделируются не по абстрактному сцена­рию, а связаны с событиями и предметным миром реальной сре­ды. В общую схему работы системы управления добавляется фаза реконструкции виртуальной среды. Реконструкция осуще­ствляется на основе информации двух видов: априорной — о моделях объектов и окружающей среды, и апостериорной, по­ступающей из физической системы. Полностью воссоздаётся состояние объектов управляемой системы. Из индуцированной виртуальной среды оператор может извлечь всю необходимую для принятия решения информацию. Технология индуцирован­ных виртуальных сред перспективна для использования в систе­мах дистанционного управления, так как позволяет резко сни­зить требования к пропускной способности каналов связи между управляемым объектом и пунктом управления. Известны прак­тические применения технологии индуцированных виртуальных сред при подготовке космонавтов для работы на орбитальной станции.

Юзабилити

Работа в интерактивных средах послужила базисом для возник­новения нового дисциплинарного направления инженерной пси­хологии и эргономики — юзабилити (usability). В общем плане юзабилити — это научно-прикладная дисциплина, служащая по­вышению эффективности, продуктивности и удобства пользова­ния инструментами деятельности. Она изучает и реализует про­цессы создания совокупности свойств инструмента, влияющих на эффективность его использования в конкретной предметной деятельности. Выражается в применимости данного инструмен­та, лёгкости, естественности его использования, безошибочнос­ти, сопровождаемых удовлетворением пользователя, возникно­вением у него позитивных эмоций. Можно сказать, что юзабили­ти занимается потребительскими качествами продукта.

В отличие от эргономики, которая направлена на повышение эффективности человеко-машинной системы в целом, юзабилити интересует только эффективность системы в отношении потребителя, пользователя. Ей важно, чтобы система была удобной для человека.

Особенно широкое применение юзабилити получила в сфе­ре создания и эксплуатации компьютерных интерфейсов. Именно здесь отмечены основные успехи этого направле­ния. В зависимости от инструмента и сферы деятельности выделяют software usability — разработка программных про­дуктов и web-usability — разработка и совершенствование веб-сайтов.

Основные разделы юзабилити — юзабилити проектирование и юзабилити тестирование (usability evaluation, usability testing). Первое осуществляется стандартными методами инженерной психологии, а второе основано на экспериментах для выявления информации о потребительских свойствах пользовательского интерфейса.

При создании пользовательского интерфейса, содержащего множественные интеракции, используется метод прототипирова­ния (prototyping). Разрабатывается система с неполной презен­тацией создаваемой системы, отражающая существенные фраг­менты интерфейса, необходимые для пользовательского тести­рования. Дизайн прототипа создаётся, оценивается и улучшает­ся до тех пор, пока не достигается необходимая эффективность системы. Прототипы — это действующие модели интерфейса. Они могут быть реализованы в разных формах, начиная от уп­рощённого, бумажного его представления вплоть до действую­щих моделей, содержащих все функции разрабатываемой сис­темы. На ранних этапах проектирования применяются методы: карточной сортировки, подготовки набросков, раскадровки, бу­мажных и электронных прототипов.

Метод карточной сортировки (Card Sorting) — техника для ис­следования выборки потенциальных пользователей для выделе­ния вариантов группировок элементов рабочего поля, создавае­мого продукта. При этом стремятся к достижению максимальной вероятности эффективного поиска рабочих элементов, входя­щих в группу.

Карточная сортировка может проводиться в разнообразных об­стоятельствах, с использованием различных средств — «один на один», в течение симпозиумов, почтой или с помощью элек­троники. Для классического варианта метода карточной сорти­ровки используются индивидуальные карты с напечатанными на них названиями пунктов, которые нужно сгруппировать. Карты должны быть достаточно большими, чтобы на них раз­местились названия крупным шрифтом, который участник мо­жет легко читать, располагаясь за столом. Даётся задача груп­пировать элементы в удобные, по мнению испытуемого, группы с просьбой обосновать предлагаемые варианты. Далее резуль­таты обрабатываются, находят наиболее предпочитаемые ва­рианты группировок элементов. Особое внимание обращают на карточки, которые плохо сортируются и не входят в выде­ленные группы.

• он лёгок и дёшев в проведении;

• позволяет понять, как «реальные люди» формируют вероят­ные группы;

• выделяет группируемые пункты, которые, вероятно, будут трудными для отнесения пользователями в определённые кате­гории;

• позволяет находить терминологию для обозначения элемен­тов рабочего поля, которая, с большой вероятностью, может быть неправильно истолкована пользователем.

В юзабилити используются VIMM-принципы проектирования ин­терфейса:

• предоставление оператору предварительного просмотра и простой отмены действия;

• объединение информации и меток в понятные и удобные опе­ратору группы;

• исключение неуместных цветов. Intellect — упрощение принятия решений:

• применение контролеров;

• эффективная обратная связь от системы.

• выделение возможностей;

• проектирование для узнавания, а не для запоминания;

• представление выбора по умолчанию.

• использование небольших расстояний и крупных объектов;

• оптимизация устройств ввода;

• уменьшение количества окон и шагов.

По окончании процедур проектирования пользовательского ин­терфейса наступает этап юзабилити тестирования, под кото­рым понимают экспериментальные методы, построенные на на­блюдениях и проведении специализированных интервью, на­правленных на выяснение того, как пользователи используют продукт.

Наиболее часто при тестировании используют: методы эвристи­ческой оценки (Heuristic Evaluation), удалённого тестирования (Remote Testing), фокус групп, прямое наблюдение за пользова­телем, метод «мысли вслух» (think aloud protocol), проверку ка­чества восприятия, измерение производительности, использова­ние контрольных списков (checklist).

Для процедур тестирования стандартным образом приглашается небольшая группа потенциальных пользователей системы, каж­дый из которых выполняет серию заранее разработанных зада­ний. Экспериментатор отмечает, с какими сложностями сталки­ваются пользователи, и делает выводы о качестве тестируемого интерфейса.

Метод эвристической оценки использует экспертную оценку, ко­торая осуществляется по определённым критериям с последую­щим анализом полученных результатов. В качестве критериев могут выступать:

• наглядность представления состояний анализируемой системы;

• связь системы с реальным миром, управляемость и свобода действий пользователя в системе;

• реализация в системе стандартов и возможность использо­вать типовые действия;

• наличие возможностей по предотвращению ошибок пользо­вателя;

• гибкость и эффективность использования интерфейса;

• эстетика и минимализм дизайна;

• наличие в системе диагностических функций и возможностей её восстанавливать после сбоев и ошибок;

• наличие и качество эксплуатационной документации и инфор­мационно-справочной поддержки пользователя.

Удалённое тестирование включает использование регистрацион­ной аппаратуры, передающей диагностическую информацию экспериментатору, находящемуся в другом месте или в другое время. Вариантом этого метода служит тестирование через сети Интернет.

Прямое наблюдение за пользователем осуществляется теневым методом (Shadowing Method) при использовании полупрозрачно­го зеркала (зеркала Гезелла), разделяющего помещения скры­тых наблюдателей и зону, в которой работает участник экспери­мента. Поведение испытуемого фиксируется с помощью фото- и видеотехники.

Техника «мысли вслух» заключается в вербализации мыслей, ощущений и мнений пользователей в процессе их взаимодей­ствия с тестируемой системой при выполнении тестовых за­дач. Эта методика полезна для понимания ошибок, допущен­ных пользователем, и получения представления о том, что привело к этим ошибкам. В результате можно понять, как улучшить исследуемый интерфейс для избегания подобных проблем.

Контрольный список представляет собой документ, содержа­щий список требований к системе или её части. На его осно­ве проводится анализ пользовательских качеств системы. Каждому свойству присваивается весовой коэффициент. При оценке используют сумму коэффициентов, которая в резуль­тате должна быть больше некоторой заранее заданной вели­чины.

Практика показывает высокую экономическую эффектив­ность юзабилити, применение которого на ранних этапах про­ектирования позволяет значительно экономить время и трудо­вые ресурсы разработчиков. При этом увеличивается произ­водительность труда пользователя, уменьшаются время и за­траты на проектирование и обслуживание. Отмечен рост удовлетворённости пользователей. В результате растут объё­мы продаж продукта и доходы компаний, использующих мето­ды юзабилити.

Тема 7. Система эргономического обеспечения разработки и эксплуатации эрготехнических сред.
План

1. Особенности системы эргономического обеспечения разработки и эксплуатации систем «человек - машина».

2. Этапы и последовательность эргономического обеспечения..

3. Эргономические стандарты.

4. Эргономическая експертиза.

1. . Особенности системы эргономического обеспечения разработки и эксплуатации систем «человек - машина».

Система эргономического обеспечения разработки и эксплуата­ции систем «человек — техника» (СЭОРЭ) представляет собой совокупность взаимосвязанных организационных мероприятий, научно-исследовательских и проектных работ, устанавливаю­щих эргономические требования и формирующих эргономичес­кие свойства человеко-машинных систем в процессе их разра­ботки и эксплуатации. Эта система имеет черты самоорганизую­щейся социальной организации, решающей целевую задачу пу­тём формирования профессионального дискурса, отражающего научно-практические достижения в области учёта человеческого фактора. Это динамическая система, генерирующая новую ин­формацию, важную для проектирования СЧМ посредством про­фессиональных коммуникаций специалистов широкого класса дисциплин, связанных с учётом свойств человека в технической системе.

• обоснования и разработки эргономических требований;

• обеспечения проектирования системы «человек — машина»;

• эргономического проектирования системы формирования и поддержания работоспособности операторов (ФИПРО);

• эргономического обеспечения эксплуатации.

Кроме того, на каждом этапе проявляются общие для всех про­цедуры эргономического обеспечения:

• обоснования и разработки эргономических требований;

• обеспечения проектирования системы;

• эргономической экспертизы.

Они проявляются на всех стадиях разработки эргатической системы с различными акцентами в зависимости от задач проектирования. К завершающим стадиям проектирования возрастает роль контрольно-корректировочных операций, значение экспертизы.

На начальной фазе разработки важно определить показатели, отражающие эргономические свойства разрабатываемого изде­лия. Желательно, чтобы они могли быть количественно измере­ны, что обеспечивает возможность их сравнить до и после внед­рения соответствующих изменений, повышающих эргономич­ность изделия. К таким показателям относятся:

• эргономичность — интегральный показатель степени выпол­нения эргономических требований;

• показатели качества деятельности оператора (время решения задачи, производительность, число ошибок, состояние здоровья и т.д.);

• надёжность деятельности оператора (своевременное и безо­шибочное выполнение функций);

• эффективность СЧМ;

• напряжённость и экстремальность деятельности и т.д.

Важно, чтобы выбранные показатели были связаны с повышением качества деятельности, что не всегда очевидно. Обоснование тре­бований осуществляется методами научного эксперимента в поис­ке связей между выбранными показателями и качеством деятель­ности. Большую роль играют опыт и интуиция проектировщика, использование нормативно-справочных материалов. Можно гово­рить и о существовании определённой проектировочной культуры, возникающей в организации.

Данные, полученные на первом этапе проектирования, служат для формирования технического задания на разрабатываемую

систему, его разделов, связанных с общими и частными эргоно­мическими требованиями к изделию.

На втором этапе проводится проектирование СЧМ и её первич­ная эргономическая экспертиза. Ведётся работа по трансформа­ции общих эргономических требований в требования к элемен­там проектируемой системы. С этой целью проводятся исследо­вания, создаются стенды, макетные образцы оборудования для получения данных, необходимых для эскизного проекта разра­батываемой системы. Создаётся научно-методическое и аппа­ратное обеспечение процедур эргономической экспертизы.

Третий этап начинается со стадии технического проектирования и завершается этапами предварительных, межведомственных или государственных испытаний. Проводится эргономическое обеспечение разработки всех физических, функциональных и экологических объектов, входящих в СЧМ, системы ФИПРО, за­вершается подготовка к эргономической экспертизе объекта в целом. Готовятся итоговые документы по результатам испыта­ний СЧМ и системы ФИПРО.

На завершающем этапе, связанном с реальным функционирова­нием создаваемой СЧМ, внедряются ранее разработанные эрго­номические рекомендации по обеспечению работоспособности операторов. Результаты эксплуатации СЧМ служат для форми­рования эргономических требований к вновь создаваемым ана­логичным системам.