Человеко-машинное взаимодействие

Введение

С увеличением производительности машин возрастала и сложность  управления ими. Повышение скоростей, уменьшение допусков, усложнение динамики, а также взаимосвязь и взаимодействие с группами людей и машин требуют  от оператора умения предвидеть ситуации, устойчивых навыков управления, быстрой  реакции. Разработка машин и систем, полностью использующих, но не превышающих  возможности человека, является технической  задачей, решение которой требует  понимания того, как ведут себя люди в определенных ситуациях, где  применяются системы человек-машина. Проблемой взаимодействия человека и машины занимаются специалисты (инженеры и психологи).

Раньше большая часть задач, связанных с наличием человека в  технических системах, могла быть решена методом проб и ошибок либо на основе здравого смысла (каждый инженер  должен иметь представление о  физиологии и психологии человека). Оператору приходилось приспосабливаться  к неудобствам управления, но это  происходило за счет усталости, плохой работы системы и ошибок управления, что недопустимо в большинстве  современных систем. Таким образом, возникла необходимость учитывать  в процессе разработки системы взаимодействие человека и машины, и делать это  так, чтобы можно было предсказать  результаты разработки в виде критериев  производительности системы. Прогнозирование  поведения человека-оператора необходимо вести методами, совместимыми с описанием  действия машины, т.е. моделировать и  прогнозировать поведение оператора  как компоненты системы человек-машина.

Система "человек-машина"

Система "человек-машина" (Man-machine system) – система, в которой человек-оператор или группа операторов взаимодействует с техническим устройством в процессе производства материальных ценностей, управления, обработки информации.

Эргономика - это наука, изучающая  проблемы, возникающие в систем «человек-техника-среда», с целью оптимизации трудовой деятельности оператора, создания для него комфортных и безопасных условий, повышения за счет этого его производительности, сохранения здоровья и работоспособности.

Для рационального проектирования эргатических (человекомашинных) систем необходимо знать:

-психофизиологические характеристики оператора

-средства и способы, обеспечивающие оптимизацию взаимодействия человека и техники.

В настоящее время все большее  влияние при проектировании приобретает  микроэргономика, занимающаяся исследованием и проектированием систем "человек-машина". Сюда же включаются интерфейсы "человек-компьютер" (компьютер рассматривается как часть машины - например, в кабине истребителя есть дисплеи), - как аппаратные интерфейсы, так и программные (пользовательские интерфейсы).

Под пользовательским интерфейсом (ПИ) программы будем понимать совокупность элементов, позволяющих пользователю программы управлять ее работой  и получать требуемые результаты.

Пользовательский интерфейс часто  понимают только как внешний вид  программы. Однако на деле пользователь воспринимает через ПИ всю систему  в целом, а значит, такое понимание  ПИ является слишком узким. В действительности ПИ включает в себя все аспекты  дизайна, которые оказывают влияние  на взаимодействие пользователя и системы. Это не только экран, который видит пользователь. Пользовательский интерфейс состоит из множества составляющих, таких как:

-набор задач пользователя, которые он решает при помощи системы

-используемая системой метафора (например, рабочий стол в MS Windows и т.п.)

-элементы управления системой

-навигация между блоками системы

-визуальный (и не только) дизайн экранов программы.

Информационное взаимодействие

Слово информация вошло в постоянное употребление не так давно, в середине двадцатого века, с подачи Клода  Шеннона. Он ввел этот термин в узком  техническом смысле, применительно  к теории связи или передачи кодов (которая получила название "Теория информации").

Попробуем теперь сформулировать определение  информации и информационного взаимодействия. Слово информация происходит от латинского informatio - разъяснение, изложение. В широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой неживой природой, людьми и устройствами. Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Данные, это информация, выраженная при помощи материальных носителей, т.е. это форма, в которую заключен смысл, содержание. В общем случае процесс сопоставления информации с материальными носителями называется кодированием (не путать с шифрацией  и криптографией), а сами материальные носители (некоторые формы вещества и энергии) – информационными кодами.

Информация между объектами  переносится с помощью обмена веществом или энергией, являющихся в данном случае информационными кодами. Информация, выраженная в виде информационных кодов – данные. Прием информационных кодов вызывает изменение состояния объекта. Одним из важнейших свойств информационного взаимодействия, отличающих его от симметричных физических взаимодействий, является то, что информация не теряется при передаче. Для примера: пусть у одного человека было яблоко, он передает его другому человеку, при этом его утрачивая. Пусть у одного человека была идея, он поделится ей с другим человеком, в результате у каждого будет по одной идее.

Информационное взаимодействие может  происходить только при определенном взаимном соответствии свойств объектов. От свойств принимающего объекта зависит в конечном итоге то, какую информацию он принимает, получая конкретный набор кодов.

Человеко-машинное информационное взаимодействие  
Теперь рассмотрим один из видов информационного взаимодействия –

взаимодействие человека и машины. Не вдаваясь в детали, схематически его можно представить следующим  образом  

Рис.1Структурная  схема человеко-машинного взаимодействия

Однако, в силу своих специфических  особенностей, человек не может напрямую общаться с машиной, в самом деле, не может же он воспринимать, предположим, электрические сигналы, с помощью  которых передают информацию машины. Иными словами требуется согласовать  их аппараты интерпретации. Необходимо использовать такие устройства, которые  бы представляли машинные сигналы в  виде, удобном для восприятия человеком, устройства индикации. В настоящее  время чаще всего используются визуальные (зрительные – световое отображение  на экране), звуковые и тактильные (осязательные) устройства индикации. На устройствах  индикации формируется так называемая динамическая информационная модель (ИМ) – объективный образ реального  мира, полученный в соответствии с  определенными правилами, множество  сигналов от машины, несущих информацию оператору. Динамическая информационная модель постоянно изменяется в соответствии с изменениями, происходящими в  объекте наблюдения (машине). Оператор принимает информацию, содержащуюся в динамической модели, при помощи рецепторов.

Образно-концептуальная модель –  совокупность представлений оператора  о реальном и прогнозируемом состоянии  объекта деятельности, о целях  и способах реализации своей деятельности. Различают постоянные и переменные (оперативные) компоненты образно-концептуальной модели. Первые включают: общее представление  оператора о времени и пространстве, о стратегических целях деятельности, систему ценностей и оценок, представление  о стандартных способах реагирования на изменения ситуации. Переменные компоненты являются результатом анализа  потока информации о машине, передаваемого  информационной моделью.

В результате анализа концептуальной модели, человек принимает решение, которое реализует с помощью  эффекторов. Для преобразования команд человека в машинные сигналы служат специальные устройства ввода (в  настоящее время в качестве устройств ввода наибольшее распространение получили различные виды клавиатур). Воздействуя на устройства ввода, оператор осуществляет целенаправленную деятельность в соответствии с задачами всей системы.