Інженерна психологія - Трофімов Ю.Л. - 2.3. Показники якості функціонування

Будь-яка СЯМ покликана задовольняти певні потреби людини або суспільства. Для цього вона повинна мати низку властивостей, які закладаються під час її проектування і реалізуються у процесі її експлуатації. Згідно з державним стандартом ДЕСТ 2.116-71, властивість СЛМ - це об'єктивна особливість, яка виявляється в процесі експлуатації. Кількісна характеристика певної властивості системи має назву показника якості СЛМ, тобто кожна СЛМ має нескінченну

множину властивостей, що визначають її якість. Під якістю розуміють сукупність властивостей, які характеризують ступінь придатності системи для використання її за призначенням, тобто її ефективність.

Нині поряд з основними показниками розробки та експлуатації технічних систем (продуктивність, надійність, економічність) різко зросло значення таких показників, як ергономічність, екологічність, естетичність, котрі забезпечують досягнення соціальної ефективності нової техніки. Використання досягнень інженерної психології при проектуванні техніки й умов її функціонування сприяє підвищенню ефективності і якості праці, зручності експлуатації та обслуговування техніки, скороченню термінів її освоєння,, поліпшенню умов праці, економії витрат фізичної і нервово-психічної енергії працюючої людини, підтриманню її високої працездатності.

Участь людини-оператора у функціонуванні СТЛС зумовлює наявність специфічних властивостей, які визначають інтегральні характеристики зв'язку людини і машини в конкретних умовах зовнішнього середовища. Сукупність цих специфічних властивостей, котрі забезпечують можливість динамічної взаємодії людини з технічними засобами з метою виконання системою поставлених завдань у заданих умовах експлуатації, можна назвати ергономічністю системи. Ця інтегральна характеристика забезпечується певними інженерно-психологічними властивостями системи, зокрема швидкодією, точністю, надійністю і напруженістю діяльності оператора.

Швидкодія характеризується часом проходження інформації по замкненому колу "людина - машина", а точніше, часом функціонування СЛМ до досягнення певної мети, тобто тривалістю циклу регулювання:

Цикл регулювання - це проміжок часу, за який виникає відхилення у системі і відбувається його ліквідування, тобто система стає такою, як задано програмою. Розглянемо цю характеристику на прикладі простої одноконтурної схеми регулювання.

Припустимо, що оператор повинен витримувати технічні параметри системи в заданих межах. Один із цих технічних параметрів, незалежно від дій оператора, почав відхилятися від заданого значення n0 до значення nі,, котре розглядається як порушення в роботі системи. Інформація про це порушення з'явиться на приладах за час t,, який зумовлений інерційністю системи вимірювання. Для її знаходження, сприйняття, обробки і прийняття рішення операторові необхідний певний час t2. Крім цього, для виконання певних керуючих дій теж потрібен певний час - t3, а для їхнього тривання в системі, з метою приведення цього параметра в норму, також необхідний певний час -t4. Таким чином, проходження інформації по контуру управління визначається сумарним часом затримки інформації в окремих складових системи "людина - машина". Час проходження інформації в технічних частинах СЛ М (t1, і t4) зумовлений технічними характеристиками системи. Час, необхідний на сприйняття інформації, прийняття рішень і виконання керуючих дій (t2, і t3), залежить від самого оператора, цілей та умов його діяльності:

Таким чином, оператор керує системою і регулює її роботу відповідно до певної програми, яка має часові характеристики. Виконання цієї програми залежить від технічних характеристик системи, які зумовлюють зовнішні, технічні, часові обмеження. Крім цього, людині-оператору притаманні свої, внутрішні, психофізіологічні властивості, які теж зумовлюють певні часові обмеження. При цьому ці внутрішні обмеження можуть змінюватися залежно віл функціонального стану оператора. Ось чому досягнення однієї і тієї ж мети відбувається по-різному не тільки у різних операторів, але і в одного й того ж.

Та в конкретних умовах діяльності певний оператор може, не відчуваючи напруження, витратити мінімальний час на знаходження, сприйняття, переробку інформації і прийняття рішень t2min ), а також на введення цього рішення у систему через керуючі дії (t3min ). За таких умов час циклу регулювання буде мінімальним?

Ця характеристика є показником внутрішніх обмежень оператора, його швидкісних можливостей, які залежать від швидкості перебігу нервових процесів.

Тепер звернемо увагу на зовнішні обмеження, які необхідно враховувати в діяльності оператора. Розглянемо той самий приклад, але припустимо, що оператор, сприйнявши відхилення параметра n за час t, , не реагував на нього, і воно (відхилення параметра n) наростало й надалі. Характер відхилення параметра п наведений на рис. 2.

Гранично допустиме відхилення даного параметра в системі - nmах, збільшення якого призводить до відмови системи, як бачимо з рис. 2. Останній момент, коли ще оператор може втрутитися у функціонування системи, є час tk, за умови, що командні дії оператор введе за час /, , і вони пройдуть у системі за час tА. Виходячи з цього, оператор у наведеному прикладі має певний вільний час понад мінімальний, який був названий резервним:

Слід зауважити, що поняття резервного часу введене умовно, оскільки в реальній діяльності виникають додаткові затримки інформації, які збільшують час її обробки і реагування на неї. До того ж резервний час, так би мовити, вміщує або враховує індивідуальні психофізіологічні розбіжності між операторами. Для оцінки рівня технічних обмежень у часі використовують поняття ліміту і дефіциту часу. Говорячи про "ліміт", мають на увазі певні зовнішні обмеження у часі. Термін "дефіцит" уживається тоді, коли відведений оператору час менший за мінімально необхідний для вирішення задачі. Але за рахунок саморегуляції деякі оператори можуть підвищити свої швидкісні можливості і укластися у відведений час. Правда, тут постає питання: якою "ціною" це їм вдається?

З іншого боку, критерієм швидкодії є час вирішення задачі, тобто час від моменту реагування оператора на надходження інформації до моменту закінчення керуючих дій оператора. Звичайно, цей час прямо пропорційний кількості інформації, що переробляється оператором:

го з етапів переробки інформації, прийняття рішень і здійснення керуючих дій - t2 і t3.

Таким чином, часові характеристики діяльності оператора в інженерній психології можуть застосовуватись як:

o показник часових обмежень;

o показник швидкості перебігу нервових процесів;

o характеристика процесу навчання;

o характеристика узгодженості складових СЛМ.

Точність роботи оператора - це відповідність його дій заданій програмі. Програма роботи може задаватися у вигляді послідовності дій і у вигляді результату, якого потрібно досягти. Але в процесі діяльності операторові доводиться враховувати численні зміни, які доповнюють і уточнюють програму, потребують нових критеріїв оцінок. Завдяки цьому в оператора складається досить конкретна система уявлень про показники діяльності системи, яка формує певний образ-еталон, згідно з яким він організовує свою діяльність і підтримує необхідну точність у процесі реалізації програми.

У реальному процесі управління, хоч би як ідеально він був організований, результати дій оператора, а також показники роботи техніки неодмінно мають деякі відхилення від заданих програмних значень, які називають похибками. Поки похибка перебуває в допустимих межах, визначених правилами, інструкціями, програмами тощо, це нормальне явище, і воно принципово не впливає на функціонування системи в цілому. Коли ж похибка перевищує встановлені значення, то це вже порушує нормальну роботу системи, і її кваліфікують як помилку.

У випадках, коли похибка в роботі оператора досягає значення, за якого неможлива подальша робота оператора або показники його діяльності не можуть забезпечити досягнення поставленої мети, її кваліфікують як відмову людини-оператора. Точність системи прийнято характеризувати величиною, зворотною до її найбільш допустимої похибки.

Коли мова йде про систему "людина - машина", то окрема оцінка точності оператора і техніки без урахування їхнього взаємозв'язку буде неповною. Оператор під час керування системою впливає на весь комплекс її параметрів, які, своєю чергою, теж пов'язані між собою, і тому вплив на один із параметрів системи може відобразитися на точності регулювання інших. До того ж похибка в регулюванні різних систем вимірюється різними одиницями. Ось чому загальна похибка системи має враховувати питому вагу кожної з її складових. Такий підхід дає змогу оцінювати вплив окремих систем на загальну точність її регулювання, прогнозувати процес накопичення в окремих складових системи, що сприяє розробці цілеспрямованих заходів з підвищення точності функціонування СЛМ.

Усі похибки операторів і приладів поділяють на систематичні та випадкові.

Систематичні похибки виникають у разі впливу постійно і однаково діючих факторів, які за значної кількості вимірювань багаторазово повторюються. В оператора вони з'являються через такі причини:

o невиконання правил вимірювання;

o невиконання правил оцінки результатів;

o індивідуальні недоліки, пов'язані з професійними і осо-бистісними якостями.

Систематичні похибки оператора можна зменшити або зовсім ліквідувати шляхом його навчання, створення спеціальних таблиць поправок або внесення певних змін у конструкцію самих приладів.

Випадкові похибки спричинені впливом факторів нестабільної дії, появу яких складно передбачити. Для операторів це, як правило, - довкілля або їх фізичний чи психічний стан. Випадкові похибки людини і техніки ліквідувати неможливо, втім, їх можна зменшити, забезпечивши належну підготовку оператора, сприятливі умови його діяльності, технічне вдосконалення приладів.

Усі похибки вимірювання в оператора або технічних приладів, незалежно від природи їхнього виникнення, поділяють на абсолютні, відносні і приведені.

Абсолютна похибка - це різниця між виміряною і реальною величинами:

Вона виражається у тих самих одиницях, що і вимірювана величина, і не характеризує точність самого вимірювання.

Відносна похибка - це відношення абсолютної похибки до дійсного значення параметра, виражене у відсотках:

Слід зауважити, що в разі зменшення значення вимірюваного параметра відносна похибка буде суттєво збільшуватися. Таким чином, вона характеризує точність вимірювання, але не сам вимірювач. Для оцінки точності вимірювального приладу використовують приведені похибки.

Приведена похибка визначається відношенням абсолютної похибки до максимально можливого значення параметра, що вимірюється, тобто до найбільшого значення шкали або діапазону шкали, якщо всередині є нульова позначка

За максимальним значенням приведеної похибки визначається клас точності приладів.

Проблема точності актуальна і для діяльності людини-олератора, і для роботи техніки, і для забезпечення їхньої взаємодії. Повніше питання застосування різних методів оцінки похибок, класифікації й аналізу помилок оператора, впливу психологічних факторів на точність його роботи, регуляції точності розглянуті в спеціальній літературі |16; 19; 42; 44; 57; 100].

Характеристика точності, як і час реагування (швидкодія), відображає ступінь узгодженості техніки з психофізіологічними можливостями людини.

Точність є одним із показників якості діяльності оператора. Вона свідчить про те, якою мірою вдається йому забезпечувати параметри роботи системи відповідно до заданої програми. Показник точності в інженерній психології застосовується для оцінки перебігу розвитку психічних процесів і їхніх результатів, упливу різних факторів на ефективність діяльності операторів, особливостей психічних і фізичних станів операторів, їхніх індивідуальних розбіжностей.

Надійність системи характеризується її здатністю зберігати необхідну якість функціонування у заданих умовах роботи. Тому надійність людини-оператора - це властивість.

яка характеризує його здатність безвідмовно працювати відповідний інтервал часу в заданих умовах діяльності.

При оцінці надійності оператора необхідно передусім визначити, що розуміється під відмовою оператора. Про це вже йшлося, коли ми розглядали показник точності роботи оператора і, зокрема, різні види похибок.

Відмова людини-оператора розглядається в інженерній психології як невиконання чи несвоєчасне виконання нею необхідних дій або таке зниження якості їх виконання, за якого неможливе досягнення поставленої мети. Відмова лю-дини-оператора кваліфікується за результатом, і це має принципове значення, адже людина має досить великі компенсаторні можливості, завдяки яким вона своєчасно може змінювати програму дій, ліквідовуючи або зменшуючи негативні наслідки своїх помилок.

Самі відмови оператора поділяють на:

o активні і пасивні, які в першому випадку пов'язані з неправильним сприйманням інформації або виконанням дій, а в другому - з помилками пам'яті, уваги тощо;

o раптові і поступові, коли відмова виникає стрибкоподібно або поступово накопичується;

o явні і неявні - перші мають безпосередній прояв, другі

- через деякий час або через інші системи.

Для оцінки і прогнозування діяльності оператора використовують такі показники:

o час роботи оператора між двома відмовами;

o кількість відмов за даний проміжок часу;

o інтенсивність відмов за певний період роботи, яка визначається за формулою

Як бачимо, показники своєчасності й точності роботи характеризують тільки окремий її результат, але не відображають діяльність людини в цілому. Повніше діяльність оператора визначається ступенем стабільності дотримання цих показників у різних видах і умовах діяльності. Це і є характеристика надійності роботи л юдин и-оператора.

Таким чином, надійність характеризується безпомилковою роботою оператора і визначається ймовірністю правильного вирішення задач. Для її підрахунку використовується така формула:

Проблема надійності в психології розглядалася ще відомим російським фізіологом і. М. Сєченовим і вже давно вивчається в експериментальній психології, втім, в інженерній психології вона почала розроблятися з 1960 р., і насамперед завдяки працям В. Д. Нєбиліцина. Він запропонував в оцінці надійності оператора враховувати весь комплекс внутрішніх властивостей, які зумовлюють його здатність підтримувати необхідні робочі якості в умовах суттєвого ускладнення діяльності [93]. Такий комплекс внутрішніх властивостей, який становить потенційну здатність організму до надійної роботи, дістав назву базової надійності на відміну від прагматичної надійності, котра фіксується в реальних умовах діяльності.

За В. Д. Нєбиліциним, надійність людини-оператора зумовлена трьома основними факторами:

o ступенем інженерно-психологічної узгодженості техніки з психофізіологічними можливостями оператора;

o рівнем професіоналізму і підготовленості оператора;

o психофізіологічними даними, зокрема особливостями нервової системи, порогами чутливості, особистісними властивостями, станом його здоров'я.

Між надійністю оператора і технічних систем у СЛМ існує доволі складний взаємовплив. Як машина, так і оператор можуть кожен окремо виводити систему з ладу. Крім цього, машина може провокувати відмови оператора, і людина, своєю чергою, теж може своїми діями "доводити" машину до відмови. Але тільки людина спроможна прогнозувати відмови, а в разі їхнього виникнення - знаходити і ліквідовувати причини, підтримуючи вихідні параметри системи в заданих межах.

Слід зауважити, що нині вже існують технічні системи, здатні контролювати діяльність оператора, автоматично резервувати його дії, запобігаючи відмовам у його діяльності, але вони ще не в силі замінити людину з притаманними тільки їй значними адаптивними можливостями і творчими властивостями.

Рис. з

Надійність систем "людина - машина" (за Чапанісом)

З досвіду роботи операторів у різних системах управління відомо, що переважну кількість відмов технічних систем операторам вдалося своєчасно виявити і своїми діями запобігти їхньому негативному впливові на функціонування СЛМ. Підтвердженням цього можуть бути дані, наведені відомим дослідником А. Чапанісом щодо характеристики надійності роботи навігаційної системи [51; 57]. З представлених на рис. З даних можна зробити висновок, що надійність системи з участю в її керуванні людини вища, ніж за чотириразового технічного резервування.

Пізніше, в дослідженнях Н. Д. Завадової і В. О. Поно-маренка було доведено, що за відмов окремих технічних пристроїв висока надійність системи підтримувалася тільки завдяки можливостям пілота. При цьому було зафіксовано, що можливості пілота залежать від режимів його діяльності. Так, при автоматичному управлінні (автопілот) можливості пілота щодо виявлення й ліквідації відмов значно нижчі, ніж при ручному управлінні [41; 89).

Таким чином, надійність діяльності є не тільки показником її результативності, а й фактором, що впливає на її організацію та режим.

Виходячи з особливостей операторської діяльності, €. О. Мілерян виділяє чотири режими роботи: навчально-тренувальний, мінімальний, оптимальний і екстремальний 1101]. Кожен із режимів висуває свої вимоги до психофізіологічних та психологічних властивостей оператора, які зумовлюють базову надійність певної діяльності.

У процесі реальної діяльності з управління системами оператор не тільки впливає на роботу технічних систем, а й відповідно перебудовує свою внутрішню організацію, змінює поведінку для більш повного використання своїх функціональних резервів. Саморегуляція, основана на оцінці власної надійності при вирішенні подібних завдань у минулому, сприяє розширенню можливостей людини при розв'язанні поточного завдання. Проведені дослідження |42; 57) свідчать, що завдяки саморегуляції відбувається зміщення "демаркаційної лінії" внутрішніх обмежень і - за рахунок цього - повніше використання можливостей оператора. На процес саморегуляції і, відповідно, надійність роботи оператора впливають властивості нервової системи. Як свідчать дослідження В. С. Мерліна, Л. А. Копитової, К. М. Гуревича, В. Ф. Матвєєва та інших, надійність оператора значною мірою залежить від показників сили нервової системи і тривожності.

Останніми роками проблема надійності почала вивчатися з погляду розробки методів її апріорної оцінки. Серед цих досліджень основними є праці А. І. Тувинського, В. Г. Євграфова, Ю. Г. Фокіна, В. І. Ніколаєва, які запропонували конкретні аналітичні методи прогнозування надійності роботи оператора і системи в цілому [ЗІ; 72; 96; 98; 147).

Специфічною рисою оператора, яка не має свого аналога в технічних системах, є напруженість його діяльності. Напруженість характерна для всіх видів трудової діяльності людини. Для фізичної праці вона має назву "важкість праці", а для розумової - "напруженість праці". Відповідно застосовують і такі поняття, як фізична важкість та нервове напруження. Щодо операторської діяльності, як правило, використовують поняття "напруженість праці". Основні проблеми діагностики й управління психічними станами оператора розглядаються у підрозділі 4.4.

В ергономіці застосовують більш інтегровані показники функціонування СЛМ, котрі забезпечують таку її властивість, як ергономічність.

Ергономічність системи оцінюється за такими показниками, як керованість, обслуговуваність, освоюваність та заселеність (44; 1201.

Під керованістю розуміється такий розподіл функцій між людиною і машиною, який забезпечує в їхній взаємодії провідну роль людини з огляду на здатність останньої до випереджувальних дій і вилучення з обміну сигналів і команд, які дезорганізують функціонування техніки або людини. З одного боку, швидкість перебігу процесів у технічних системах, точність дотримування їх параметрів, енергонасиченість машин вимагають точності, своєчасності інформації - як отриманої від машини, так і введеної в машину; а з іншого - останнє слово залишається за людиною. Випередження машиною дій людини неодмінно призводить до втрати контролю над СЛТС, до її некерованості. Така ситуація може спричинити аварію або емоційний стрес персоналу з усіма небажаними наслідками.

Обслуговуваність - це просторова доступність регульованих та змінюваних елементів, таке їх розміщення, яке забезпечує раціональні дії персоналу в процесі монтування, транспортування і ремонту СЛТС. Конструктори традиційно опікуються надійністю, тривалістю, швидкодією, масою машин та ін., але через брак ергономічних рекомендацій мало цікавляться її монтуванням, транспортабельністю, ремонтопридатністю. Нерідко обладнання, що має дуже високі функціональні характеристики, вимагає від персоналу значних затрат робочої сили через невдале розміщення вузлів машини (низько, затулені іншими деталями, тісно, неможливо застосувати інструмент і т. д.). Подібні прорахунки можуть призвести до псування техніки, відмови персоналу від роботи з нею, не кажучи вже про помилки в регулюванні.

Освоюваність - це можливість швидкого оволодіння оператором знаннями, вміннями і навичками управління та обслуговування СЛТС, яка забезпечується об'єктивністю і оптимальною організацією надходження інструктивної інформації та адаптацією СЛТС до мінімально допустимої фізичної, психологічної, освітньої підготовки персоналу. Останніми роками нагромаджено чимало відомостей про параметри антропометричних та інших групових показників, необхідних для організації навчання операторів. Водночас перехід працівників, наприклад, від універсальних металообробних верстатів до гнучких виробничих систем натрапляє на труднощі через недостатнє освоєння нового устаткування. Програмування, електроніка, інструкції з експлуатації ускладнені, не орієнтовані на реальний рівень знань персоналу, не враховано психологічні труднощі, пов'язані з новизною технологічного процесу.

Під заселеністю розуміється ступінь відповідності умов праці людини біологічно оптимальним параметрам робочого середовища, які виключають надлишкову витрату робочої сили й небезпечні для ЇЇ психологічного стану, соматичного здоров'я, нормального розвитку фактори. Заселеність визначають не тільки фізичні фактори зовнішнього середовища (температура, шум, загазованість та ін.), а й психофізіологічні (пропорційність інтенсивності інформації щодо можливостей аналізаторів людини), психологічні (міжособистісні стосунки, згуртованість колективу), антропометричні (робота в обмеженому, замкненому просторі, у незручній позі).

За допомогою цих показників порівнюють різні варіанти майбутніх СЛМ на стадіях проектування або оцінюють діючі СЛМ на стадіях експертизи.