Дмитриева М. А., Крылов А. А., Нафтельев А. И. Психология труда и инженерная психология

§ 10. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА С ЭВМ

Интенсивное развитие вычислительной техники и ее широкое использование в АСУ различных уровней и назначения обусловливают актуальность исследований и разработок, связанных с проблемой организации эффективного взаимодействия человека-оператора и ЭВМ в рамках единой системы «человек—ЭВМ». Эти исследования охватывают широкий спектр вопросов от психологического анализа различных режимов работы ЭВМ (режима с разделением времени, режима пакетной обработки и т. д.) до инженерно-психологической разработки процесса общения человека с ЭВМ при совместном решении задач и оптимизации системы «человек—ЭВМ». К сожалению, выполненные к настоящему времени исследования весьма фрагментарны и их результаты не дают возможности представить состояние проблемы в целом. Однако имеющиеся данные дают основание для постановки и исследования ряда весьма важных инженерно-психологических вопросов.

С психологической точки зрения автоматизированная система управления есть деятельность людей, опосредованная ЭВМ, т. е. деятельность по преобразованию информации с использованием машин. В зависимости от типа системы управления, в которую включен человек, ее назначения и от используемой техники можно выделить различные формы взаимодействия в системе «человек—ЭВМ». В одних случаях человек принимает решение и выполняет управляющие действия, а функции ЭВМ состоят в сборе, первичной обработке, хранении информациии выдаче ее по требованию человека. В других — ЭВМ работает в режиме советчика, предлагая человеку те или иные варианты возможных решений; функции человека состоят в том, чтобы выбрать из этих вариантов наиболее целесообразный, внести уточнения и т. п. В третьих — функции управления разделяются между человеком и ЭВМ, в четвертых — за человеком остаются функции контроля и резервирования, а управление в целом осуществляется ЭВМ.

Таким образом, в системах управления с ЭВМ человек выполняет самые разнообразные функции, начиная с технического обслуживания аппаратуры и кончая принятием ответственных решений на высших уровнях управления. Следовательно, инженерно-психологический анализ АСУ связывается с решением комплекса весьма сложных задач. Понятно, что при этом задачи инженерной психологии не должны ограничиваться проектированием и оценкой только согласующих средств, таких как индикаторные устройства и пульты ввода информации, хотя они, без сомнения, делают возможным, ускоряют, расширяют или усиливают взаимодействие человека с ЭВМ.

Инженерно-психологический анализ должен включать и задачи распределения функций между человеком и ЭВМ, и оптимизацию взаимодействия в целом. В настоящее врем-я уже можно указать исходные пункты решений указанных задач. Такими исходными пунктами исследований организации взаимодействия могут служить, с одной стороны, теория решения задач человеком в режиме диалога с ЭВМ, а с другой — количественное исследование и формализация факторов эффективного взаимодействия человека с ЭВМ.

Проблема организации взаимодействия — комплексная проблема, требующая для своего решения использования во взаимосвязи методов и результатов, заимствованных из самых различных областей математики, техники, психологии. В инженерно-психологической литературе намечаются три пути улучшения взаимодействия. Первый путь связывается с дальнейшим совершенствованием средств отображения информации, созданием принципиально новых средств, развитием математического обеспечения, теории и техники проектирования систем.

Второй путь — это развитие специальных психологических исследований, направленных на оптимизацию условий деятельности пользователей, распределение функций и т. п.

И, наконец, третий путь — раскрытие закономерностей обучения и подготовки людей к работе в человеко-машинных системах, поиск средств и способов преодоления психологического барьера при работе с ЭВМ, учет индивидуальных особенностей и т. д.

Комплексный подход к проблеме взаимодействия человека с ЭВМ необходим и в связи с осознанием того факта, что эффект взаимодействия проявляется прежде всего в. создании новой системы, обладающей такими признаками, которые отсутствуют у включенных в ее состав подсистем. Иными словами, решение многих задач, возникающих в процессе управления производством, может быть осуществлено достаточно эффективно только системой «человек—ЭВМ», а не человеком или машиной в отдельности. В свою очередь, с инженерно-психологических позиций при этом со всей остротой встает вопрос о распределении функций, о рациональном сопряжении математического обеспечения ЭВМ и творческой деятельности человека. К сожалению, достаточно четкие принципы такого сопряжения применительно к АСУ пока не разработаны, здесь еще много неясных и нерешенных вопросов. Тем не менее в литературе прослеживаются достаточно интересные подходы.

Как указывалось, в инженерной психологии сформулирован принцип преимущественных возможностей. Согласно этому принципу, рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ должно осуществляться так, чтобы человеку поручались те функции, которые позволяют ему наиболее эффективно реализовать свои возможности, а машине — те, которые требуют выполнения стереотипных операций, высокого быстродействия и точности. Другими словами, возникает необходимость сравнения человека и ЭВМ в отношении возможностей приема, хранения и переработки информации. Анализ позитивных и негативных сторон человека и ЭВМ привел некоторых исследователей к выводу, что машина будущего должна основываться на тех же принципах обработки информации, какими пользуется человек.

В то же время следует иметь в виду, что если в математико-логическом аспекте ЭВМ можно передать любую трудовую функцию, для которой составлена программа ее выполнения, то с психологической точки зрения (в отличие от этого) ЭВМ могут быть переданы только те функции, которые формализованы и психологически характеризуются тем, что они фиксированы и однозначно определены. Требуется еще значительная работа по определению критериев «психологической целесообразности» передачи ЭВМ той или иной трудовой функции человека. Интересные приложения для решения задачи распределения функций могут возникнуть в связи с идеей создания так называемых «сбалансированных» систем «человек—ЭВМ», т. е. систем, где оба партнера являются активными.

Решение задачи распределения функций тесно связано с психологическим исследованием основных функций, выполняемых оператором в АСУ. Одной из наиболее важных функций, как известно, является функция принятия решений, посредством которой оператор выявляет проблемы, осуществляет диагностику, прогноз и планирование. Понятно, что уровень изученности процесса принятия решений человеком будет во многом определять пути и методы организации эффективного взаимодействия человека и ЭВМ. Надо сказать, что, несмотря на громадное число исследований по этому вопросу, имеется мало данных о действительной структуре принятия решений опытными профессиональными работниками. Особенно это справедливо для условий применения ЭВМ. Здесь наряду с достаточно традиционными проблемами, такими как особенности восприятия основных форм машинного вывода данных, выбор предпочтительных форм взаимодействия, возникает целый ряд принципиально новых: выбор стратегии и тактики и формирование критериев оптимальности решения; оценка последовательности и построения управляющих воздействий; особенности использования различных языков обмена и способов их построения — фазового, анкетного, дихотомического; организация диалога, эффективность интерактивных процедур обмена при принятии оперативных решений и т. д.

Универсальным средством для связи человека с ЭВМ по-прежнему считается электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Однако этот вид связи не вполне совершенен, так как обладает недостаточными размерами индикационного поля и недостаточным разрешением. Необходимо создание принципиально новых систем индикации, в частности плазменных индикаторных устройств, а также дальнейшее распространение экранов непосредственного видения на ЭЛТ. Решению этой задачи способствуют непрерывное улучшение качества трубок общего назначения, разработка специализированных ЭЛТ (особенно запоминающих, профильно-лучевых и цветных), усовершенствование знакогенерирующих трубок (моноскоп, принтикон). Перспективными устройствами следует считать плазменные панели и экраны на основе жидких кристаллов, к основным достоинствам которых относятся прямое цифровое управление, возможность запоминания, а также прозрачность, позволяющая совместить текущие данные с фоном либо вести одновременные наблюдения и регистрацию данных.

Работы такого направления — типичный пример технического подхода к вопросу об организации взаимодействия человека с ЭВМ. Этот подход широко используется в настоящее время и включает вопросы выбора структуры и параметров устройств графического взаимодействия оператора с ЭВМ, требования к комплексам оперативного отображения для диалоговых систем, использования многофункциональных дисплеев, многопультовых структур и т. д.

Достаточно широко стали развиваться в последнее время и инженерно-психологические исследования по отдельным аспектам перечисленных проблем. В ряде работ, посвященных системам с разделением времени, суммированы результаты, полученные при измерении времени ответов пользователей. Эти результаты помогают определить оптимум времени, необходимого для изменения программы. Время обычно измеряется от момента сообщения о том, что главная ЭВМ готова к приему информации, до момента, когда пользователь посредством устройства графического взаимодействия передал в нее информацию. В диапазоне ответов длительностью от 0 до 30с 50% ответов осуществлялись быстрее, чем за 4,5 с, и 90% ответов — быстрее, чем за 16с.

При включении ЭВМ в контур системы управления требуется обращать особо пристальное внимание на алгоритмические аспекты. Поскольку сама сущность взаимодействия состоит в кооперативном объединении усилий человека и вычислительного средства, распределение функций между партнерами системы «человек—ЭВМ» требует выделения в алгоритмической структуре задачи^¹⁸ блоков, допускающих чисто машинную реализацию («жесткий» алгоритм), и блоков, требующих для своей реализации интерактивных процедур («нежесткий» алгоритм). Очевидно, что большинство так называемых диалоговых задач допускает различные варианты такого разбиения. Однако ясно, что для систем «человек—ЭВМ» алгоритмы могут быть с менее жестким программным ходом, что позволит резко уменьшить объем кропотливой работы, связанной с формализацией процессов управления. Весьма важной задачей становятся сбор и уточнение алгоритмов, позволяющих ЭВМ оказать существенную помощь человеку в принятии решения, особенно в условиях преодоления информационной неопределенности.

Понятно, что, если преобладает такая форма взаимодействия, где максимум инициативы в процессе общения приходится на долю ЭВМ, алгоритм должен иметь более жесткий программный ход. Если же преобладают другие формы взаимодействия, ориентированные прежде всего на пользователей с преимущественно творческим характером труда, то алгоритм должен быть достаточно гибким, его членение должно обеспечивать максимальную реализацию творческого потенциала человека, учитывать индивидуальные различия операторов.

Процесс решения практически любой задачи при наличии ЭВМ следует рассматривать, по-видимому, как процесс общения человека с ЭВМ в режиме диалога. Организация эффективной процедуры диалога человека с ЭВМ ставит перед инженерной психологией значительное число вопросов, требующих тщательного исследования. Некоторые из этих вопросов рассматриваются в следующем параграфе.

§11. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДИАЛОГА «ЧЕЛОВЕК — ЭВМ»

До настоящего времени еще нет достаточно полной ясности в вопросе о том, какой вид общения может быть назван диалогом и как выявить его наиболее существенные параметры. Правда, следует сказать, что наблюдавшиеся в течение значительного времени недостаток систематизированных представлений о человеко-машинном диалоге, расплывчатость и неопределенность основных понятий, явившиеся следствием недооценки человеческого фактора, постепенно преодолеваются. Это создает предпосылки для эффективного использования психологических знаний и методов при разработке диалога человека с ЭВМ.

Понятие диалога человека с ЭВМ можно ограничить таким взаимодействием, которое носит характер перемежающегося обмена запросно-ответными репликами с интервалами между ними, не превышающими субъективно ожидаемого, при непременном условии неполноты имеющейся в распоряжении каждого партнера информации. Для совершенствования процесса общения нужно понимать, почему люди общаются так, а не иначе, т. е., для того чтобы выявить специфику общения человека с ЭВМ, необходимо сравнить это общение с коммуникацией между людьми при решении конкретных задач.

К настоящему времени выполнены некоторые инженерно-психологические исследования способов организации процедуры общения в процессе диалога. Отправным моментом этих исследований как раз и послужило положение, что значительный прогресс в организации общения человека с ЭВМ может быть достигнут в результате понимания процесса общения человека с человеком, в частности факторов, влияющих на естественную коммуникацию, например устройств связи человека с ЭВМ. Именно отсутствием информации по этим вопросам можно объяснить тот факт, что на передний план при организации такого взаимодействия до последнего времени выдвигали технические и экономические критерии и оставляли в тени инженерно-психологические критерии. Результаты проведенных исследований со всей очевидностью продемонстрировали громадную важность инженерно-психологического анализа даже отдельных аспектов проблемы общения человека с ЭВМ.

Необходимым условием при организации эффективного диалога выступает постулат о знании пользователем «языка общения» с машиной. Поэтому эффективность будущих систем «человек—ЭВМ» будет существенно зависеть оттого, насколько согласованно будут развиваться входные языки программирования (общения) и внутренние языки вычислительной машины. Таким образом, обеспечение языковой совместимости пользователя и машины становится важным аспектом проектирования систем «человек—ЭВМ». Особую остроту этот аспект приобретает в связи с тем, что состав пользователей по мере широкого развития ЭВМ и средств коммуникации, терминальных устройств и внедрения АСУ в самые различные области народного хозяйства становится гетерогенным. Поэтому в последние годы усилия многих ученых направляются на создание таких языков, которые требовали бы возможно меньших усилий для их усвоения разными категориями пользователей.

Поиски в этом направлении связаны с разработкой такого входного языка программирования, который был бы в достаточной степени близок^¹⁹ к логико-математическому диалекту естественного языка, обеспечивал бы широкие возможности для творческой деятельности пользователя, включал бы в себя программные средства диалога и в то же время не создавал бы чрезмерных сложностей в интерпретации языка. При этом следует исходить из положения, что, по-видимому, не может существовать один-единственный язык, полезный любому пользователю в системе «человек—ЭВМ». Следовательно, в последней должен функционировать ряд языков. По-видимому, требует I приближения к естественному языку в первую очередь язык передачи сообщений от машины к человеку. В то же время язык постановки задач для ЭВМ должен быть проблемно ориентированным языком высокого уровня.

Чтобы человек мог вступить в непосредственное взаимодействие с ЭВМ в режиме диалога до того момента, когда ЭВМ будут обладать способностью обработки сообщений на естественном языке, разрабатываются специальные программные языки, которые представляют упрощенные варианты естественного языка. В диалоговых системах и в системах типа «вопрос—ответ» такие языки обычно называют «языками запроса». Основное требование к такому языку: сообщения на нем должны восприниматься пользователем при минимальном объеме специальной подготовки. Для составления сообщений на языке запроса также необходима некоторая подготовка, но значительно меньшая по сравнению с изучением обычных машинных языков.

Конечно, язык запроса не может быть использован для формирования неограниченного числа сообщений. Он скорее относится к специальным областям взаимодействия, связанным с конкретными задачами (экономическими, диспетчерскими и т. д.), в которых стереотипные сообщения с жесткой конструкцией могли бы использоваться с наибольшей полнотой. В настоящее время в литературе подробно описан ряд таких языков, позволяющих осуществить эффективный диалог при решении конкретных задач. Мы приведем лишь некоторые иллюстративные примеры.

Описан язык общения человека с ЭВМ (User Adaptive Language—UAL), который ориентирован на задачи оценки и преобразования данных в ходе «беседы». Синтаксис его прост и обеспечивает образование новых терминов. Пользователь сосредоточивает здесь внимание на том, что сказать, а не как сказать. Предложен интересный язык (язык обработки данных ЯОД), специально разработанный применительно к подготовке пользователей для решения в режиме диалога экономических задач. Средства этого языка позволяют описать задачи и программу обработки данных в виде, понятном как человеку, так и машине. Кроме того, язык содержит набор средств для обмена информацией между человеком и ЭВМ в процессе обучения или совместного решения.

Весьма важно то обстоятельство, что создание или наличие соответствующего языка оказывает влияние на общую идеологию построения систем «человек—ЭВМ». Так, например, на основе указанного языка была предложена так называемая функционально полная система «человек—ЭВМ». Под последней понимается система, в которой человек может обучиться решению определенного класса задач, построить совместно с ЭВМ алгоритм для ЭВМ и получить результат решения этой задачи.

Специфический язык общения и наблюдения (ЯЗОН) создан применительно к АСУ для энергетических комплексов. Этот язык лег в основу структурно-лингвистической концепции синтеза СОИ.

Стремление ученых приблизить языки общения к естественным языкам требует лингвистического (семантического и синтаксического) анализа и синтеза. При этом языковые, лингвистические аспекты диалога нельзя выделять из общего контекста его психологического изучения. Это становится особенно очевидным, если представить язык диалога через понятия директивы, в которой содержится подынформация, управляющая работой системы, и информативы, в которой содержатся, в частности, ответы системы на указания пользователя. Отсюда вытекает, что необходимы самые серьезные исследования по формированию и реализации специальных языков изображений, представляемых обычно в виде кодов «графического языка», которые бы избавили пользователя от трудоемких операций кодирования и перекодирования сообщений. Важность таких исследований для повышения эффективности взаимодействия подтверждается все увеличивающимся числом данных. Так, например, в результате специальных исследований были разработаны 26 требований к построению кодов, ориентированных на пользователя. Разработка этих требований осуществлялась на основе анализа различных функций, выполняемых человеком в АСУ, мотивов его деятельности и .критериев ее оценки, а также с учетом квалификации пользователя, длины, хода, алфавита кода, структуры сообщения и т. д.

Наиболее распространенным классом диалоговых систем в настоящее время являются визуальные диалоговые системы (ВДС). Отличительной их особенностью является использование визуальной формы представления информации человеку в процессе диалога. Инженерно-психологический анализ и оценку разрабатываемых ВДС следует производить на нескольких уровнях проектирования: проблемно-функциональном, процедурном, операционном.

На проблемно-функциональном уровне задачами инженерно-психологического проектирования являются формулировка задач и целей, реализуемых человеком в процессе диалога, и распределение функций между партнерами диалоговой системы.

Задачей инженерно-психологического проектирования на процедурном уровне является разработка конкретных процедур взаимодействия операторов с терминальным оборудованием системы — видеотерминалом, абонентским пультом и т. п. Именно здесь необходимо выбрать последовательность обмена репликами и процедурную структуру диалога в целом, разработать его «сценарий» и «действия», определить семантику и синтаксис реплик. Исходя из наиболее типичной для данного класса задач длины сообщения и его формата, следует определить требуемую информационную емкость экрана видеотерминала (или других индикационных средств) и формат расположения информации на экране, длину строк и их количество и т. п.

Процедурная структура диалога в сильной степени зависит от взаимодействия пользователя с ЭВМ. Исследования показывают, что пользователи-непрофессионалы, осуществляющие разовое или эпизодическое взаимодействие, направленное главным образом на удовлетворение информационной потребности, более эффективно реализуют процедуры типа «меню» и «дихотомический вопрос», в которых типичная реплика состоит из предельно малого (1—3) числа символов (что является важным фактором снижения количества ошибок ввода информации, обычно характерных для этих категорий операторов). Вообще, хотя сейчас большинство мер против ошибок, вносимых пользователем, принимается на операционном уровне проектирования ВДС, многие причины ошибок пользователя являются следствием недостаточной психологической проработки диалоговых процедур и должны устраняться на процедурном уровне проектирования.

Диалог, как вид речи, характеризуется высокой контекстуальностью, в силу чего каждая реплика пользователя обусловлена не только очередной репликой системы, но и предыдущими сообщениями. Здесь имеет место отличие семантической структуры диалога от его ритмической структуры, в которой длительность каждой реплики зависит, по некоторым данным, только от длительности предыдущей реплики. Следует также указать, что вопрос о допустимой информационной насыщенности системных реплик тесно связан с возможностями кратковременной памяти человека. Поэтому перегрузка оператора информацией не только затрудняет ее восприятие и оценку на данном шаге диалога, но и снижает эффективность использования предшествующей информации при последующем развитии диалога.

Операционный уровень инженерно-психологического проектирования ВДС предусматривает оптимизацию основных перцептивных и моторных компонентов деятельности оператора в рамках общей структуры деятельности, сформированной на проблемно-функциональном и процедурном уровнях проектирования. В основном это относится к визуальному восприятию информации оператором и к различным манипуляциям, осуществляемым оператором над информацией с помощью средств взаимодействия, таких как клавиатура, световое перо, трекбол и др. Иными словами, на данном уровне должны определятся инженерно-психологические требования к терминальному (оконечному) оборудованию системы. Из всей проблематики психологического изучения диалоговых систем наибольшее число экспериментальных результатов относится именно к этому кругу вопросов.

Укажем еще на два важных аспекта создания эффективных систем «человек—ЭВМ». Первый из них связан с использованием для общения человека с ЭВМ одного из естественных способов коммуникации людей: непосредственного речевого общения. В рамках этого аспекта можно выделить такие вопросы, как синтез речи, автоматическое распознавание речи, понимание «машинной» речи, практическое осуществление речевой коммуникации и т. п.

Вывод речевой информации в значительной степени позволяет разгрузить зрительный канал. В качестве примера можно сослаться на создание системы управления и контроля энергоблоком, при которой с визуального канала было снято, а на слуховой перенесено около 30% всей информации. Принятая структура позволяла синтезировать сообщения из слов, а ие морфем. Для синтеза речи использовался магнитный барабан с аналоговой записью на 40—45 дорожках.

Предложена также система анализа речи, основанная на измерениях временных параметров волн. Этот метод анализа может рассматриваться как альтернатива наиболее общему методу исследования акустической структуры речи, основанному на анализе частот. При этом выход системы представляет собой множество сигналов, приемлемых для управления синтезатором формант, что в некоторых случаях дает преимущество над системами, основанными на частотном анализе.

Специальные исследования ввода речи показывают, что при автоматическом распознавании речи существенные трудности возникают при переходе от отдельных слов к непрерывной речи, где в противоположность читаемому материалу границы слов не определены. Но, с другой стороны, проговариваемый материал содержит некоторые слоги или слова, которые имеют большую «важность», более нагружены, чем другие. Тогда проблема заключается в том, чтобы обнаружить объективные корреляты важности и определить, где эти корреляты могут быть использованы для фиксации границы фразы или слова и для выделения более «нагруженных» слов.

Таким образом, при синтезе речи необходимо знать основные правила определения «нагруженности» в естественной речи и учитывать их влияние на фундаментальную частоту употребления предложения. Есть основания полагать, что ввод будет зависеть и от индивидуальных качеств оператора.

Критичными по отношению к гибкому автоматическому распознаванию речи, особенно для каждого случая опознавания естественной речи различных дикторов, являются вопросы артикуляционной фонетики. Однако, если даже будет реализовано полное фонетическое распознавание, значительные трудности, связанные с переходом от фонетических к лексическим ограничениям, все равно сохранятся.

Несмотря на ряд очевидных практических результатов, полученных при исследовании речевого взаимодействия, речевой ввод в настоящее время все еще является предметом экспериментальных лабораторных исследований с очень ограниченными практическими выходами. Это объясняется не только относительно высокой стоимостью оборудования для реализации речевого ввода, но и недоработанностью целого ряда важных (для этой цели) теоретических вопросов. Отсутствие теоретических проработок приводит к тому, что исследования в области организации речевого взаимодействия человека с ЭВМ продвигаются очень медленно. В то же время ставится вообще под сомнение их целесообразность.

Имеются также данные [61], что режим взаимодействия пользователя с машиной на вербальном уровне наиболее благоприятен для рутинной работы, для проверки обдуманных и легко понимаемых идей и тактического решения задач. Однако более сложные «стратегические» решения могут потребовать другой организации взаимодействия. Таким образом, вопрос о том, необходим ли речевой уровень общения с ЭВМ, не может быть решен без проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Основная трудность на пути прогресса в автоматическом распознавании речи связана с необходимостью автоматизации двух главнейших способностей человека—слухового восприятия речи и понимания смысла. Уровень наших знаний пока не позволяет с достаточной степенью универсальности определить машинные процедуры, способные дублировать поразительные способности человека. На всех уровнях речевого ввода существует много нерешенных проблем. В частности, возникает вопрос, какие приемлемые характеристики речи могут быть взяты за основу. Обычно для характеристики речи используются данные, показывающие распределение энергии сигнала по различным частотам в зависимости от времени. Однако этот подход, как правило, ориентирован на конкретного диктора и мо-жет использоваться для очень ограниченного числа команд голосом. Правда, предложен способ, позволяющий расширить рамки применимости обсуждаемого метода. Смысл его состоит в разработке средств для быстрой смены «шаблонов» применительно к новому диктору. Однако сегментация речи существенно ограничивает эффективность этого устройства. Так, для отдельных испытуемых удалось получить достаточно высокий уровень точности (89—96%) при словаре, состоящем всего лишь из 20 слов.

С развитием вычислительной техники исследования по речевому взаимодействию, по-видимому, приобретут более широкий размах. Однако можно утверждать, что системы с развитым словарем в 70-х годах не будут оснащены речевым вводом.

Второй аспект исследования касается теоретико-познавательного анализа интегрального человеко-машинного интеллекта и связанных с ним проблем развития как человеческого мышления, так и машинного (искусственного) интеллекта. Работы этого направления выходят за рамки собственно инженерно-психологических исследований, но тем не менее тесно связаны с ними и в ряде случаев могут влиять на постановку их и решение. Эта связанность проявляется в нескольких направлениях. Теоретические работы по искусственному интеллекту неотделимы от исследований процессов принятия решений оператором и в этом отношении непосредственно затрагивают целый ряд инженерно-психологических вопросов, связанных с созданием АСУ.

Технический прогресс привел к созданию человеко-технических систем, включающих искусственный интеллект, например систем космического назначения и систем для глубоководных исследований. Включение в состав этих систем искусственного интеллекта оказывает значительное влияние на все фазы проектирования деятельности, изменяя не только позицию человека в системе, но и его функции, и даже сказывается на организации сопряжения оператора с аппаратурой. Наконец, проблема искусственного интеллекта теснейшим образом связана с проблемой организации взаимодействия человека и ЭВМ, так как, по справедливому замечанию Г. Л. Смоляна, высший уровень машинного интеллекта, по-видимому, может быть достигнут на основе взаимодействия с человеческим интеллектом путем создания человеко-машинных систем.

Насколько можно судить по литературе, решение проблемы искусственного интеллекта шло по следующим 'направлениям: разработка программ для некоторого класса задач, программ для игр, в частности в шашки и шахматы, для доказательства математических теорем, для преобразования символических выражений из одной системы в другую. В ходе разработки этих программ были предприняты попытки создания искусственного интеллекта с той же степенью гибкости, что и у разума человека. Доминирующей темой в проблеме искусственного интеллекта является решение задач посредством эвристически направляемого метода проб и ошибок в пространстве возможных решений, хотя, как замечает Н. Нильсон, в последнее время исследования в области искусственного интеллекта в США в какой- то степени отошли от эвристического поиска. Нильсон объясняет это обстоятельство двумя причинами. Во-первых, методика эвристического поиска уже доведена до такого уровня развития, при котором дальнейшее изучение поиска едва ли может фундаментально повысить его эффективность. Еще более важная причина состоит в том, что обобщенные процессы поиска, взятые сами по себе, как правило, недостаточны для решения по-настоящему сложных задач. В настоящее время исследования начинают концентрироваться на том, как представлять знания об окружающем мире в программах для ЭВМ и как ими пользоваться.

Приведенные в пособии материалы представляют лишь первоначальную оценку инженерно-психологических проблем взаимодействия человека с ЭВМ применительно к АСУ различного назначения. Исследования по этим проблемам еще слишком немногочисленны и разноплановы, чтобы дать научно обоснованное их решение в целом. Мы находимся на этапе поиска путей и подходов к такому решению. В практическом отношении сейчас наиболее проработанными являются вопросы рационализации и проектирования технических средств взаимодействия человека с ЭВМ — средств ввода и вывода информации систем отображения и пультов управления.

§ 12. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА УСТРОЙСТВ ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ ИЗ ЭВМ

Усовершенствование форм взаимодействия между человеком и ЭВМ в настоящее время связывается, в частности, с рационализацией средств ввода и вывода информации, особенно видеотерминалов, или дисплеев. Необходимость самых широких исследований в этом направлении диктуется, во-первых, тем, что электромеханические узлы, применяемые в большинстве внешних устройств, не могут достичь скорости функционирования, совместимой со скоростью электронных схем центрального процессора, и это является одной из причин недостаточно интенсивной загрузки ЭВМ и невысокой эффективности ее эксплуатации. Во-вторых, рост парка ЭВМ, способных работать в режиме разделения времени, и развитие средств коммуникации выдвигают также проблему создания устройства ввода — вывода данных (видеотерминалов), способных легко подключаться к каналам связи для установления контакта с ЭВМ и работы в режиме диалога «человек—ЭВМ». В третьих, создание специализированных ЭВМ, предназначенных для управления конкретным объектом, требует применения специальных видеотерминалов, выступающих, как правило, в качестве основного индикационного средства для оператора.

В связи с указанными обстоятельствами возникает и настоятельная необходимость в инженерно-психологическом проектировании и инженерно-психологической оценке этих средств. Об актуальности таких исследований можно судить по чрезвычайно высоким темпам роста выпуска видеотерминалов.

Известно, что впервые 'видеотерминал был создан в Массачусетском технологическом институте в 1951 г. для работы в комплексе с ЭВМ. По оценкам американских специалистов в 1975 г. только в США количество используемых для гражданских целей видеотерминалов превысило 300 000, а доля их стоимости составила не менее 13% от общей стоимости вычислительного оборудования. К 1980 г. число видеотерминалов достигнет 2,5 млн.

Однако возрастание актуальности инженерно-психологических исследований объясняется не только резким количественным ростом числа терминальных устройств. Как известно, до недавнего времени большинство видеотерминалов являлось модификацией устройств, разработанных для других целей. Определенные результаты, достигнутые к настоящему времени в развитии методов печати, клавиатур и особенно в создании недорогих устройств памяти и логики, обеспечили возможность создания терминалов, ориентированных на непосредственного пользователя. В связи с этим происходит и смещение акцентов в организации взаимодействия. Если ранее перед инженерным психологом вопрос ставился в основном в форме: «Как наилучшим образом организовать взаимодействие при использовании данного оборудования?», то в настоящее время более типичным стал вопрос: «Каковы специфические требования со стороны пользователя, накладываемые на терминал при решении заданного класса задач?». Таким образом, и в области создания видеотерминалов наблюдаются тенденции перехода от этапа инженерно-психологического корректирования к этапу инженерно-психологического проектирования. К сожалению, большинство авторов работ по терминалам ограничиваются рассмотрением и анализом технических возможностей и характеристик видеотерминалов и только самой общей оценкой возможностей и требований пользователя.

В настоящее время самое большое распространение получили экранные пульты на электорнно-лучевых трубках

Чтобы проиллюстрировать возможности инженерно-психологического проектирования СОИ, рассмотрим решение некоторых задач, возникающих при разработке одного из наиболее перспективных средств отображения информации—индикатора с предсказанием, являющегося разновидностью графических СОИ. При использовании такого индикатора осуществляется непосредственное взаимодействие человека с ЭВМ, в силу чего индикатор предсказания может быть отнесен к видеотерминалам. Индикаторы с предсказанием представляют оператору информацию о будущих значениях переменных параметров, находящихся под его управлением. Информация представляется с помощью специальной (обычно аналоговой) ЭВМ, работающей в ускоренном масштабе времени, которая контролирует значения переменных в текущий момент и предсказывает их на некоторый отрезок времени вперед.

Лабораторные исследования показывают, что индикаторы с предсказанием имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению с обычно применяемыми СОИ. В частности, применение индикаторов с предсказанием позволяет:

— резко сократить время обучения оператора. По некоторым данным, время обучения управлению сложными динамическими объектами может быть сведено до минут;

— повысить эффективность выполнения человеком-оператором терминальных задач;

— приблизить управление, осуществляемое человеком-оператором, к оптимальному в смысле некоторого специфического критерия деятельности, обычно понимаемого как взвешенная сумма среднеквадратичных ошибок и управления;

— улучшить управление системами с существенными нелинейностями или системами с большими транспортными задержками;

— уменьшить требования к скорости обработки информации человеком-оператором, особенно для многомерных задач управления.

Весьма наглядно преимущества индикаторов с предсказанием были продемонстрированы в исследованиях, проведенных фирмой Хаджес Эйркрафт. Эти исследования показали, что, решая задачу управления пространственным положением космического летательного аппарата (ЛА), космонавты, использовавшие индикатор с предсказанием, не только значительно точнее компенсировали отклонения ЛА от заданного положения, вызванные различными возмущениями, но и допустили существенно меньший расход топлива. Данные этого исследования приводятся в табл. 2.

Несмотря на вышесказанное, индикаторы с предсказанием почти не используются. В определенной мере это обстоятельство может быть объяснено их большой технической сложностью. Но наиболее вероятным объяснением все же представляется отсутствие основных инженерно-психологических данных о преимуществах и ограничениях индикаторов. Следовательно, задача инженерно-психологического проектирования подобных средств отображения информации весьма актуальна.

Рассмотрим один из частных, но весьма важных вопросов инженерно-психологического проектирования индикаторов с предсказанием: определение оптимального значения времени предвидения, Т_ОПТ. От решения этого вопроса зависят адекватный выбор объема кратковременной и долговременной памяти вычислителя, масштаба индикатора, быстродействия машины и ряда других технических параметров и, конечно, характеристики деятельности оператора.

Для исследования была разработана математическая модель деятельности человека-оператора в режиме слежения с предвидением, которая в общем виде может быть записана таким образом:

где U(t_o + k) —управляющее воздействие оператора в момент t_o + k; А, В, С — матричные коэффициенты, входящие в уравнения системы управления; Q, R — коэффициент «веса», т. е. оценки важности ошибки и управления, назначаемые оператором; е — ошибка сложения; е^{А[ ]} — матричный экспотенциал; «'» — знак транспонирования.

Использование этой математической модели деятельности позволило рассчитать (вполне объективно) значение времени предвидения, которое необходимо реализовать в индикаторе с предсказанием для различных по сложности объектов управления. (Подробнее об этом см. [1], с. 425—433).

§ 13. ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА УСТРОЙСТВ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ

Проблема быстрого ввода данных в ЭВМ считается одной из наиболее сложных не только в производстве ЭВМ, но и с инженерно-психологической точки зрения. По некоторым оценкам, в настоящее время свыше 85% всей информации вводится в ЭВМ с помощью перфокарт и перфоленты. К 1980 г. на долю последних придется лишь 10% вводимой информации; примерно 40% ее будет вводиться через системы непосредственного сбора данных на магнитную ленту, 30%—через консольные клавишные устройства с визуальным отображением информации и 20%—через аппаратуру оптического считывания^²⁰. В связи с этим широкое внедрение ЭВМ необходимо связывается с инженерно-психологическими исследованиями по организации устройств ввода информации, особенно клавишных устройств.

Вопрос этот стоит чрезвычайно остро. Можно согласиться с американским исследователем Г. Сакманом в том, что при организации устройств ввода сталкиваешься с вакуумом в экспериментальной сфере. Здесь, как ни в какой другой области взаимодействия человека с ЭВМ, технические нововведения и непроверенные реализации «забивают» экспериментальную оценку во всех отношениях.

Несмотря на то, что число работ, посвященных устройствам ввода информации в ЭВМ, значимо возросло, большинство их носит слишком общий, а иногда и противоречивый характер. Рассмотрим некоторые из последних исследований клавиатурных вводов. Э. Клеммер сравнивал конструктивные решения клавиатур со звуковой й визуальной обратной связью. По его данным, нетренированные операторы работают в 3 раза медленнее и делают в 10 раз больше ошибок, чем тренированные. В короткие периоды опытные операторы могут достичь скорости порядка 5 и более ударов в секунду. (Здесь необходимо отметить, что, по более ранним данным, в тех случаях, когда оператор не слишком часто обращается к клавиатуре, скорость обычно составляет 1—1,5 уд./с). На основе анализа исследований по клавиатурам Д. Элден и Р. Даниелс установили основные переменные, которые влияют иа действия оператора с клавиатурами: это характеристики оператора, выполняемые им задачи, конструктивные характеристики клавиатур и факторы окружающей среды. Важное значение имеет констатация того факта, что включение дополнительных переменных, таких как вид ввода (буквенный по сравнению с буквенно-цифровым или цифровым), измеряемые показатели эффективности деятельности (скорость или точность, скорость+точность), увеличивает число еще далеко «е изученных вопросов.

Значительное число исследований касается влияния формы представления входного сигнала. Здесь можно выделить такие переменные, как число альтернативных входных сигналов, число сигналов одной модальности, число модальностей, вероятностная и временная структуры входного сигнала, используемая категория кода. Так, рассмотрение различных группировок цифр для ввода их с помощью клавиатур показало, что группирование не влияет на точность, но скорость при использовании групп из 3 или 4 цифр оказывается выше.

Интересны результаты исследований по изучению факторов кодирования текста. В одном из них изучалось влияние длины и типа слов (реальные слова, бессмысленные слова) на точность и вероятность опознания ошибок тренированными и начинающими операторами. Как и ожидалось, обучающиеся операторы сделали значительно больше ошибок при вводе всех типов слов любой длины. Более того, при всех условиях квалифицированные операторы опознали большее число ошибок. В обеих группах число ошибок увеличивалось и вероятность опознания ошибки уменьшалась с увеличением длины слова. Бессмысленная (для оператора) информация на входе увеличивает время ответа.

В другом исследовании рассматривались вопросы группировки сигналов и ответов квалифицированными операторами. Было показано, что скорость ввода снижается, если следующее сообщение не отображено полностью на индикаторе. Напротив, скорость повышается, если сообщение отображается полностью до момента его входа. Были также получены данные о влиянии на деятельность оператора наряду с другими факторами и совместимости ответных комбинаций между собой.

В третьем исследовании изучался вопрос о влиянии временного группирования произносимых цифр на ввод информации посредством клавиатуры. Каждый испытуемый должен был набрать последовательность из 12 цифровых сообщений. Набор начинался одновременно с началом произношения последовательности. Цифры в соотношении либо проговаривались по отдельности, либо составлялись в три группы по 4 цифры в каждой, с паузами для обоих случаев. Эффективность деятельности оказывалась выше для случая группировки цифр. Это можно объяснить тем, что емкость памяти в таком случае значительнее.

Проблема выбора критерия (показателя) оценки различных клавишных устройств стоит не менее остро, чем проблема выбора критериев оценки средств отображения. В публикациях приводятся данные о том, что в одних случаях наиболее представительной оценкой является скорость, в других — точность. Следует отметить, что испытуемые с низкой скоростью имеют тенденцию делать большее число ошибок. Есть основания полагать, что при отсутствии непосредственной установки на скорость или точность операторы устанавливают более высокие

требования к точности, а не к скорости. Эти результаты особенно важны для выбора критериев сложности решения оперативных задач с опорой на разные варианты СОИ.

Многие исследователи значительное внимание уделяют вопросу о влиянии обратной связи на процесс работы с клавиатурами ввода информации в ЭВМ. Можно считать установленным, что зрительная и кинестетическая обратные связи играют значительную роль в процессе обучения, а слуховая обратная связь мало сказывается на скорости и точности работы. Самостоятельное выявление человеком своих ошибок преимущественно основывается на кинестезии, причем имеются данные, что обычно 70% ошибок человек выявляет сам.

Обобщение ряда литературных данных позволяет сделать заключение о незначительном влиянии всех видов обратной связи, кроме кинестетической, в процессе профессиональной деятельности. Эти результаты ставят под сомнение довольно распространенное утверждение о том, что надежность ввода информации может быть увеличена введением дополнительного контроля вводимой информации по зрительному или слуховому каналу.

Заметное влияние на характеристики деятельности оказывает расположение клавиш в клавиатурах. Для ввода цифровой информации, по некоторым данным, считается наилучшим размещение клавиш (кнопок) ЗХЗ+1 с началом цифрового ряда сверху, однако имеются и другие рекомендации. Так, при анализе ошибок оператора, работающего на широко распространенной в АСУ ТП клавиатуре УРИ-2М, на которой цифровой ряд начинается снизу, и оператора, работающего на устройстве ВА-345П, в котором клавиши для ввода цифровой информации располагаются по схеме 1X10, т. е. в одном горизонтальном ряду (с возрастанием слева направо), лучшей оказалась клавиатура УРИ-2М. Считается, что для общего усвоения принципов работы на устройствах регистрации, используемых в АСУ ТП, достаточно 4—5 занятий по 2—3 часа. Для приобретения навыков, обеспечивающих скорость регистрации, равную 1,5 зн./с, необходимо отпечатать в процессе обучения 200— 300 тыс. знаков.

В исследовании, проведенном Федеральным авиационным агентством США, сравнивались две экспериментальные 16-клавишные клавиатуры, предназначенные для ввода одной рукой. Одна из клавиатур имела расположение цифровых клавиш ЗХЗ+1 с цифровым рядом, начинающимся снизу, а другая — с цифровым рядом, начинающимся сверху. Испытуемыми были диспетчеры УВД. Стимульный материал представлял формуляр, составленный из случайных цифр, букв, символических и условных идентификаторов самолета (две случайные буквы и три случайных числа). Деятельность на клавиатурах с началом цифровых и буквенных рядов сверху оказалась эффективнее как при буквенно-цифровых, так и при чисто буквенных вводах. Однако не было установлено статистически значимых различий при вводе только цифровой информации.

Устройства ввода (клавиатуры) в настоящее время остаются одним из самых консервативных модулей ЭВМ, если оценивать их в параметрах скорости, цены и размера. В то время как для других модулей резко возрастает скорость наряду с не менее резким уменьшением в цене и размере, для клавиатур эти параметры осталась почти неизменными с 1955 по 1974 г.

Основную часть стоимости систем обработки данных составляет стоимость труда по вводу данных. Надо сказать, что этот факт не остался без внимания исследователей. Был предложен ряд технических усовершенствований, в частности, использовалась автоматизация отдельных операций ввода, благодаря которой при воздействии на одну клавишу автоматически вводятся определенные форманты. Несколько исследований в этом плане было проведено и инженерными психологами. В частности, было предложено использовать в качестве устройств ввода буквенно-цифровой информации известные клавишные устройства, внося определенные конструктивные изменения. В ряде работ рассматривается возможность использования для такого рода устройств клавиатуры телефонного типа (ЗХЗ+1 —с цифровым рядом сверху). Например, Л. С. Крамер в лабораторном и полевом экспериментах проверял возможность использования телефонных клавиатур как устройств ввода в ЭВМ при двух расположениях клавиш. В одном варианте вводились две дополнительные клавиши, играющие роль регистров, посредством которых осуществлялся выбор соответствующей буквы. Например, воздействие на правую клавишу соответствовало выбору правой буквы на клавише ввода. В другом варианте число нажимов на клавишу соответствовало выбираемой букве. Первое расположение оказалось эффективнее.

В качестве устройства ввода информации в ЭВМ часто используют клавиатуру пишущих машинок. В настоящее время в США рекомендована к применению стандартная клавиатура пишущих машинок — так называемая клавиатура QWERTY. Кроме того, было разработано несколько альтернативных аранжировок и конструкций. Еще в 1936 г. Дворок предложил так называемую «упрощенную» клавиатуру (УК). Клавиши на этой клавиатуре размещаются в соответствии с частотой появления букв в английском языке. Сравнительные исследования QWERTY и УК показали определенные преимущества клавиатуры QWERTY, в связи с чем УК не .получили широкого распространения. Однако в последнее время вновь возник интерес к УК. Предполагалось, что эта клавиатура имеет преимущества в легкости обучения, точности, большей скорости ввода. Поэтому в последнее время начаты серьезные исследования упрощенных клавиатур. Получены положительные результаты при использовании УК в нескольких типовых программах обучения подростков и программистов ЭВМ.

Известен и другой подход к организации клавиатур, при котором за основу берутся биомеханические аспекты. Экспериментальные результаты позволили западногерманскому ученому К. Кромеру вывести следующие конструктивные принципы: 1) клавиши следует располагать по форме расположения пальцев на руке, чтобы упростить движение пальцев; 2) секции клавиатуры, предназначенные для каждой руки, необходимо пространственно разнести, что будет способствовать привязке пальцев к определенной позиции; 3) клавиатурные секции для каждой руки должны быть расположены со значительным боковым наклоном, что уменьшит мышечное напряжение. На основе этих принципов разработана так называемая К-клавиатура, эффективность которой, по данным автора, выше, чем у общепринятых клавиатур.

Другой возможной альтернативой может явиться организация клавиатур, в которой клавиши размещаются в алфавитной последовательности. По аналогии с QWERTy обозначим эту клавиатуру ABCDE. Э. Клеммер в своем обзоре отметил, что этот тип клавиатур хуже обычных QWERTY. Однако другие исследователи пришли к иному выводу. Так, Р. Хирш сравнивал характеристики деятельности операторов (непрофессиональных машинисток) при работе на QWERTY и на ABCDE. Испытуемые печатали знакомый материал (свои имена, адреса и т. д.) при акценте в инструкциях на точность. Результаты свидетельствовали об определенном преимуществе клавиатуры ABCDE. К сходным выводам пришел и С. Е. Майке. Он проанализировал работу 30 испытуемых разной квалификации. Половина группы работала на одном из типов клавиатуры, затем переходила на другой тип. Безотносительно к начальному уровню обучен

В рассмотренных исследованиях технические усовершенствования касались в основном принципов расположения клавиш и не затрагивали собственно структуру клавиатур. Однако, по словам П. Холдена, как раз структура клавиатуры может оказать наибольшее влияние на работу АСУ.

Основываясь на ряде экспериментальных исследований, в которых были выявлены конкретные причины инженерно-психологического несоответствия устройств ввода информации требованиям пользователя, П. Холден предлагает следующие принципы их конструирования: минимум новых навыков; небольшой размер и эргономическая приемлемость; отсутствие сложных входных последовательностей; автоматизация навыка и максимальная концентрация внимания на средствах отображения данных; минимальное число операций и естественность их выполнения. Большинству этих требований удовлетворяют так называемые полуфункциональные, или аккордные, клавиатуры. Не случайно, по-видимому, большинство исследователей проблемы ввода информации в ЭВМ (Т. Элден, Р. Даниэле, А. Ча-панис, К. Грине ,и др.) обращают внимание на необходимость самого широкого использования полуфункциональных клавиатур; это заключение вытекает из анализа многочисленных теоретических и экспериментальных данных, подтверждающих гипотезу о том, что клавиатуры, в которых минимизирована амплитуда достигающих движений, позволяют осуществлять самый 'быстрый ввод информации.

На инженерно-психологических вопросах организации полифункциональных клавиатур следует остановиться специально, поскольку они имеют немалое практическое значение.

Рассмотрим такой вид практической деятельности пользователя, когда его основная задача состоит в том, чтобы принять информацию, перекодировать ее с помощью специальных средств, например клавишных панелей, ввести в ЭВМ. В этом случае основные усилия при разработке клавиатур должны быть направлены, в частности, на достижение максимальной пропускной способности пользователя при минимальном уровне его ошибок.

Нетрудно заметить определенную идейную общность указанной задачи с основными проблемами теории оптимального кодирования, рассматриваемой в классической теории информации. Действительно, в терминах теории информации данная деятельность оператора сводится к вводу в управляемый объект той или иной последовательности информационных сообщений из совокупности, предусмотренной конструкцией пульта. При этом количество информации, вводимое оператором, пропорционально средней информативности символов и общей длине сообщения, которое он способен реализовать за рассмотренный отрезок времени:

где т — число символов сообщения; х_j — алфавит сообщений; Р(х_j) — вероятность появления символа в сообщениях. Эти параметры и должны быть приняты за основу при изыскании путей оптимизации клавишных панелей.

Очевидно, что на заданном фиксированном отрезке времени Т при известных средних затратах времени на любой символ вводимого сообщения ∆t_cp можно реализовать сообщение со средним числом символов

Расчетное значение m_cp получается из (2) округлением до ближайшего меньшего целого числа.

Таким образом, задача разбивается на две части: первая часть связана с обоснованием алфавита, который в каждом конкретном случае достаточен и действительно необходим; вторая часть сводится к получению величин средних затрат времени оператора на один символ вводимого сообщения в зависимости от структуры и конструктивного оформления клавишной панели при сохранении заданного объема алфавита сообщений.

При анализе первого вопроса воспользуемся результатами известной в теории информации основной теории кодирования, утверждающей, что при заданном ансамбле U (Uu U₂.-., U_m) из М сообщений с энтропией Н (U) и алфавитом, состоящим из D символов, можно так закодировать сообщения ансамбля посредством последовательностей символов из заданного алфавита, чтобы среднее число символов на сообщение т_ср удовлетворяло неравенству

причем m_ср не может быть меньше, чем нижняя граница в выражении (3). Из формул (3) и (2) находим

Неравенство (4) определяет необходимый и достаточный объем алфавита, который должен быть заложен в клавишную память с тем, чтобы оператор при средних временных затратах на один символ был способен за время Т реализовать любое сообщение из ансамбля U с энтропией H(U).

Перейдем теперь ко второму вопросу. Если рассчитываемый по выражению (4) объем алфавита оказывается большим, то возникают значительные трудности при практической реализации клавишных панелей.

В настоящее время одним из основных принципов организации клавишных панелей является так называемый «раздельный» принцип, когда каждый символ возможного сообщения (реже два или три символа) вводится посредством специально предусмотренной клавиши. Типичными представителями такого рода организации панелей являются клавиатуры пишущих машинок, некоторые вводные устройства в электронных вычислительных машинах и т. д. Клавиатуры с подобной организацией определим как монофункциональные. Ясно, что возникает вопрос о габаритах панелей для монофункциональных клавиатур сложных эргатических систем, алфавит которых содержит десятки и сотни символов^²¹. При этом проблема отнюдь не исчерпывается трудностями размещения многоклавишных панелей и получением приемлемых весовых характеристик пультов, хотя и эти соображения могут оказаться решающими, например, для летательных аппаратов, подводных лодок и подобных объектов.

От выбора габаритов клавишных панелей при определенных условиях начинает непосредственно зависеть пропускная способность операторов. Действительно, пусть п — число клавиш. Если п достаточно велико, то ясно, что невозможно все клавиши разместить в оптимальной (по отношению ко времени двигательной реакции оператора) зоне пульта. В этих условиях, как показано в ряде работ, время, затрачиваемое оператором на ввод некоторого символа, оказывается зависящим и от размеров, и от размещения соответствующей ему клавиши относительно оптимальной зоны, а следовательно, и от амплитуды достигающих движений оператора. Количественная оценка рассматриваемой зависимости может быть получена на основе известной теоремы выборки Котельникова:

Здесь а и а₁ — некоторые постоянные, а I_а — индекс трудности движения, определенный по формуле

где A_j — требуемая амплитуда движения для воздействия на j-ю клавишу; W/2 — допустимый разброс движения с амплитудой А. Нетрудно видеть, что W/2 в нашем случае обозначает половину ширины клавиши. Отсюда ясно, что простейшей оценкой для Аt_cp, входящего в (2), может служить, например,

Более точные оценки можно получить с учетом статистических характеристик сообщений, предназначенных к реализации. При известной вероятности j-го символа в сообщениях P_j очевидно, что более достоверным приближением к временным затратам будет ∆t_ср, подсчитанное как математическое ожидание ∆t_j по соотношению

Из приведенных рассуждений следует, что стремление к увеличению длины сообщения, реализуемого оператором на данном отрезке времени, приводит к необходимости наиболее комлактного размещения клавиш в моторном поле. Это основное инженерно-психологическое требование к организации клавишных панелей.

В качестве возможного подхода, удовлетворяющего указанному требованию, было предложено использовать полифункциональные клавишные панели. Предполагается, что с помощью небольшого числа клавиш путем их возможного комбинирования можно ввести значительное число сообщений. Так, с помощью клавиатуры, составленной из п клавиш, применяя, например, двоичную систему исчисления, можно ввести от п до 2^п — 1 символов. Естественно, что каждая клавиша в таком случае участвует во вводе 'нескольких символов.

В табл. 3 приведены результаты экспериментального исследования характеристик скорости и точности ввода информации оператором при использовании 24-клавишной и 10-клавишной функциональных панелей, предназначенных для ввода алфавита из 144 символов, и 64-клавишной монофункциональной панели для ввода алфавита из 64 символов.

При работе на 24-клавишной панели, состоящей из двух полупанелей по 12 клавиш, для ввода любого символа производили одновременный нажим двух клавиш — по одной из каждой полупанели. Количество информации, приходящейся на стимул, рассчитывали по формуле

где С —число символов (144 или 64); Р — вероятность правильного ответа. Для 24-клавишной и 64-клавишной панелей вероятность правильного ответа принималась всегда постоянной и равной Р = 0,98. Из приведенных в табл. 3 данных видно, что характеристики деятельности оператора оказались значительно лучше при использовании клавишных панелей, структурная организация которых была предложена в ходе инженерно-психологического проектирования.

следующая страница >>