Читать книгу "Эргономика"
7. Организация деятельности человека-оператора
7.1. Содержание деятельности
Деятельность представляет собой органическую систему, которая имеет сложное строение, меняющееся в процессе развития и функционирования.
Исходное расчленение деятельности с выделением ее цели, средств выполнения и результата необходимо для того, чтобы определить, имеется ли у работающего свобода в полагании цели, в выборе средств достижения труда и насколько жесткими являются требования к конечному виду продукта, т. е. насколько регламентированы требования ко всем компонентам.
Для строго регламентируемых (алгоритмизируемых), повторяющихся и хорошо освоенных видов деятельности необходимо выделять номенклатуру включенных в нее компонентов, уровень активации каждого и последовательность их включения.
При анализе продуктивных творческих (неалгоритмизируемых) видов деятельности следует учитывать, что в процессе выполнения работы возможны поиск и опробование новых способов и средств достижения цели деятельности, трансформация одних компонентов в другие, изменение последовательности включения и уровня активации каждого компонента структуры вплоть до попеременного доминирования того или иного компонента на различных этапах выполнения задания.
Содержание деятельности является определяющим фактором развития личности, что связано с расширением ее целей и возрастанием творческих элементов в ней. Результаты труда и отношение человека к профессиональным задачам зависят от того, как протекает деятельность человека, в какой мере она связана с его личными и профессиональными интересами и функциональными возможностями. Основными результатами трудовой деятельности, которые могут служить критериями оценки оптимальности ее организации, является сохранение здоровья людей в любых производственных условиях, повышение производительности труда и наличие условий для всестороннего развития личности.
Деятельность человека-оператора в системе «человек-машина-среда» есть процесс достижения поставленных целей, состоящий из упорядоченной совокупности выполняемых действий. Под действием человека понимается функциональный элемент его деятельности, имеющий осознаваемую цель.
Деятельность оператора может носить самый разнообразный характер и иметь различный удельный вес образного, понятийного и сенсомоторного компонентов. В общем виде она может быть представлена в виде четырех основных этапов: приема информации; оценки и обработки информации; принятия решения; реализации принятого решения.
Прием информации – это формирование перцептивного (чувственного) образа. Заключается в обнаружении сигналов (выделение из общей совокупности необходимых); различении (раздельное восприятие двух объектов, расположенных рядом, либо выделение деталей); опознании объектов (выделение и классификация существенных признаков). На прием информации влияют сложность воспринимаемого сигнала, вид и число индикаторов, организация информационного поля, размеры изображений, их технические и физические характеристики.
Оценка и обработка информации – формирование оперативного образа. Подразумевает сопоставление заданных и реальных результатов деятельности системы «человек-машина-среда», анализ и обобщение информации. Зависит от способов кодирования информации, степени сложности информационной модели, объема отображения, динамики смены информации.
Принятие решения – волевой акт, формирование последовательности целесообразных действий, ведущих к достижению цели на основе преобразования исходной информации. Включает в себя поиск, выделение, классификацию и обобщение информации о проблемной ситуации; построение текущих образов с рядом концептуальных моделей; сопоставление текущих образов с рядом эталонов и оценку сходства между ними; коррекцию моделей; выбор эталонов гипотезы или ее построение; принятие принципа и программы действий. Факторы, влияющие на принятие решения – тип решаемой задачи, число и сложность проверяемых логических условий, сложность алгоритмов и число возможных вариантов решения.
Реализация принятого решения – это выполнение определенных действий (самостоятельно) или отдача соответствующих распоряжений (в коллективе операторов). Реализация принятого решения включает:
– преобразование принятого решения в необходимые действия;
– поиск нужных органов управления;
– совершение управляющего действия.
Первые два этапа деятельности человека-оператора в системе «человек-машина-среда» в совокупности называют информационным поиском – они включают восприятие информации и ее оценку. Вторые два этапа определяют как обслуживание (реализацию). На этих этапах происходят осмысливание принятой информации, поиск решения и его выполнение.
При организации операторской деятельности особого внимания заслуживает выявление факторов, влияющих на эффективность труда. Все факторы операторской деятельности делятся на две большие группы: факторы, зависящие от человека-оператора (его функциональное состояние, индивидуальные особенности, уровень подготовленности и др.), и факторы, не зависящие от него (факторы рабочей среды, организация деятельности, внешний информационный поток и др.). Правильный учет этих факторов позволяет предусмотреть систему мероприятий по оптимизации деятельности человека.
Основным элементом организации деятельности оператора в СЧМ является оптимальное построение алгоритма деятельности оператора и информационной модели деятельности оператора. Уже упоминавшийся немецкий психолог Г. Мюнстерберг с целью воспроизведения реальных жизненных ситуаций строил в лабораторных условиях модели этих ситуаций, записывал их специальными знаками. На этой основе в дальнейшем стали изучать структуру и алгоритмы деятельности человека.
7.2. Алгоритм деятельности
Алгоритм деятельности оператора (АДО) – предписание, определяющее содержание и последовательность действий оператора в системе «человек-машина-среда».
Разработка алгоритма деятельности оператора производится в следующем порядке:
• составляется перечень решаемых оператором задач, условий их решения, временных и точностных ограничений, источников информации, методов решения задач, средств воздействия и других параметров, которые необходимо учитывать при достижении общей цели системы «человек-машина-среда»;
• определяются логические схемы решения отдельных задач;
• выявляется состав отдельных элементов структуры деятельности – элементарных операций и логических условий (критерием элементарной операции является наличие одной осознаваемой задачи, решаемой оператором; логическое условие определяет, какое из возможных действий будет иметь место при выполнении или невыполнении соответствующей операции);
• определяется состав технических и других средств, необходимых для реализации алгоритма деятельности;
• составляются схемы пространственно-временно́й реализации отдельных элементов алгоритма с целью оптимизации маршрутов движения.
Алгоритмическое описание деятельности или построение алгоритмов деятельности представляет собой операционно-структурный метод описания деятельности человека-оператора. С помощью алгоритма деятельности оператора описываются не только внешние физические действия человека, но и его психическая деятельность – в частности, мыслительная.
Действия человека-оператора принято подразделять на познавательные и исполнительные.
К познавательным действиям относятся:
• перцептивные – восприятие, информационный поиск, состоящие из переноса взгляда до момента выделения и идентификации сигнала, т. е. сличения его с актуализированным в памяти эталоном;
• мнемические – запоминание, припоминание, актуализация (воспроизведение в памяти);
• преобразовательные – принятие решения, под которым понимают мысленный поиск наилучшего варианта действия и волевой акт санкционирования сделанного выбора;
• превентивные – переключение внимания, паузы, микропаузы.
К исполнительным действиям относятся:
• двигательные или моторные действия – взятие (предмета), вращение (рукоятки), захват (ручки), нажатие (кнопки), опускание (предмета), поворот (рычага), соединение (деталей), перенос руки, фиксация взгляда, перемещение и т. д.;
• речевые действия – односложный ответ, чтение текста, развернутая речь, счет.
Проектирование алгоритма деятельности оператора при решении тех или иных пользовательских задач должно учитывать параметры его стереотипности, а именно нормированный коэффициент стереотипности алгоритма деятельности человека-оператора (Z), который определяется по формуле:
где N – общее количество членов алгоритма (элементарных операций и логических условий); n0 – количество комплексных групп членов алгоритма, начинающихся элементарной операцией и заканчивающихся логическим условием; m0i – количество элементарных операций в i-й комплексной группе; mi – количество членов алгоритма в i-й комплексной группе.
Нормированный коэффициент стереотипности алгоритма деятельности должен находиться в пределах 0,25–0,85. При значениях нормированного коэффициента стереотипности более 0,85 часть функций оператора необходимо передать техническим средствам.
Еще одним показателем, характеризующим алгоритм деятельности оператора, является нормированный коэффициент логической сложности, который характеризует степень инвариантности разнообразия действий человека-оператора.
Нормированный коэффициент логической сложности алгоритма деятельности человека-оператора (L) определяется по формуле:
где mo1 – количество элементарных операций, предшествующих первому логическому условию; nл – количество комплексных групп членов алгоритма, начинающихся логическим условием и заканчивающихся элементарной операцией; mлj – количество логических условий в j-й комплексной группе; mj – количество членов алгоритма в j-й комплексной группе.
Для малоквалифицированной работы, когда достигается необходимость простоты деятельности, L должен быть не более 0,2.
Нормированный коэффициент стереотипности действий и нормированный коэффициент логической сложности являются критериями оптимальности алгоритма.
В качестве примера рассмотрим алгоритм деятельности оператора при приготовлении салата «Шопский» (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Алгоритм деятельности оператора при приготовлении салата «Шопский»
Рис. 7.1. Продолжение
Рис. 7.1. Окончание
Для расчета коэффициента стереотипности алгоритма деятельности оператора выделяются следующие комплексные группы:
1. 1-2-3
2. 2-3
3. 4-5-6
4. 5-6
5. 7-8-9-10
6. 9-10
7. 11-12-13
8. 12-13
9. 14-15-16-17-18
10. 17-18
11. 19-20-21-22-23-24-25
12. 24-25
13. 26-27
14. 28-29-30-31
15. 30-31
16. 32-33-34
17. 33-34
18. 35-36-37-38
19. 37-38
20. 39-40-41-42-43
21. 42-43
Подставляя в формулу нормированного коэффициента стереотипности алгоритма деятельности человека-оператора необходимые значения, получаем Z=0,67. Для расчета коэффициента логической сложности алгоритма деятельности оператора выделяются следующие комплексные группы:
1. 3-2
2. 3-4
3. 6-5
4. 6-7
5. 10-9
6. 10-11
7. 13-12
8. 13-14
9. 18-17
10. 18-19
11. 25-24
12. 25-26
13. 27-26
14. 27-28
15. 31-30
16. 31-32
17. 34-33
18. 34-35
19. 38-37
20. 38-39
21. 43-42
22. 43-44
Подставляя в формулу нормированного коэффициента логической сложности алгоритма деятельности человека-оператора необходимые значения, получаем L=0,26.
Состав предметов мебели, технических и других средств, необходимых для реализации алгоритма деятельности оператора, устанавливается по мере рассмотрения реализации элементарных операций и логических условий указаны справа на схеме алгоритма деятельности – рис. 7.1. Схемы пространственно-временной реализации отдельных элементов алгоритма строятся на основе рассмотрения маршрутов движения между предметами мебели, техническими и другими средствами, необходимыми при реализации алгоритма деятельности оператора. Как видно из алгоритма деятельности оператора, человек-оператор передвигается по следующему маршруту: холодильник – раковина – урна – стол – холодильник – раковина – урна – стол– холодильник – урна – раковина – стол – шкафчик – раковина – стол– холодильник – раковина – стол – холодильник – раковина – стол – холодильник – стол – холодильник – стол.
В процессе проектирования алгоритмов трудовой деятельности, в выполнении которой преобладают моторные компоненты и требуется длительное поддержание определенного положения тела, особое внимание следует уделять проектированию оптимальной рабочей позы и созданию условий для ее поддержания. При этом следует исходить из положения, что наиболее вредным является не столько сама поза, сколько время, в течение которого человек в ней находится. Оптимальная рабочая поза должна служить исходным моментом при расчетах размеров досягаемости для рук и ног в пределах моторного поля.
При разработке оптимального алгоритма деятельности необходимо учитывать временные затраты человека-оператора на информационный поиск сигнальной информации, время скрытой реакции, временные затраты при анализе и переработке информации.
Временные затраты на информационный поиск соответствуют значениям, указанным в табл. 7.1.
Таблица 7.1. Примеры временных затрат на информационный поиск.
Продолжение табл. 7.1
Окончание табл. 7.1
Время скрытой реакции, т. е. промежуток времени от момента возникновения раздражителя до начала реакции, следует учитывать в оговоренных случаях. Учет скрытого времени имеет большое значение при необходимости выполнения оператором экстренных действий.
Значения скрытого времени в зависимости от вида реакции приведены в табл. 7.2.
Таблица 7.2. Примеры значений скрытого времени в зависимости от вида реакции.
Окончание табл. 7.2
Временные затраты оператора при анализе и переработке информации соответствуют значениям, указанным в табл. 7.3.
Таблица 7.3. Временные затраты оператора при анализе и переработке информации.
Продолжение табл. 7.3
Окончание табл. 7.3
Деятельность человека должна состоять из разнообразных элементов, выполнение которых должно обеспечивать участие различных групп мышц и чередование нагрузок на различные части тела и органы чувств человека.
Во избежание возникновения состояния монотонии должны быть соблюдены следующие требования:
• число простых движений в операции должно быть не более 10;
• длительность повторяющихся операций должна быть не менее 30 секунд;
• время пассивного наблюдения за автоматизированным процессом должно быть не более 75 % от общего времени работы с ИМ.
Во избежание возникновения состояния гипокинезии должны быть соблюдены следующие требования:
• динамическая нагрузка в среднем за смену не должна быть менее 25,1·104 Дж/ч;
• работа, совершаемая только предплечьями и кистями рук при фиксированной позе сидя, не должна занимать более 75 % всего рабочего времени.
Количество альтернативных ветвей алгоритма деятельности оператора в точке ветвления должно быть не более двух.
Число органов управления на приборных панелях и пультах должно быть минимально необходимым.
Групповое рабочее место с заданным темпом передачи предмета труда с одного рабочего места на другое (типа конвейерных линий) должно обеспечивать возможность изменения темпа выполнения трудовых действий в соответствии с динамикой работоспособности оператора в течение смены и особенностями трудовых действий в пределах ± 20 % от заданного темпа, если, исходя из технологических требований, темп не должен быть постоянным. При заданном темпе работы движения должны быть ритмичными.
В деятельности оператора, осуществляющего управляющие функции, должны отсутствовать следующие операции и действия:
• проведение в уме математических расчетов;
• перевод одних единиц измерения в другие;
• перевод информации из одних кодов в другие;
• сопоставление в уме более трех логических условий.
В производственной среде человек-оператор всегда должен иметь инструкцию для решения типовых задач на рабочем месте.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой деятельность человека в системе «человек-машина-среда»?
2. На какие основные этапы можно разделить деятельность человека?
3. Что является основным элементом организации деятельности человека-оператора в системе «человек-машина-среда»?
4. В каком порядке производится разработка алгоритма деятельности?
5. Какие действия человека являются познавательными, а какие исполнительными?
6. Какие показатели являются критериями оптимальности алгоритма деятельности?
7. Какие скрытые затраты времени необходимо учитывать при разработке оптимального алгоритма?
8. Каким образом можно исключить возникновение состояния монотонии при выполнении конкретных задач?
9. Выполнения каких требований позволяет избежать возникновения состояния гипокинезии?
10. Какие операции должны отсутствовать в деятельности человека-оператора, осуществляющего управленческие функции?
8. Информационные модели деятельности
8.1. Общие требования к построению информационных моделей
В системе «человек-машина-среда» оптимальным случаем познания существующей действительности является полная тождественность концептуальной и информационной моделей.
Воспринимая информационную модель, оператор производит анализ и оценку сложившейся ситуации, планирует управляющие воздействия, наблюдает и оценивает результаты их реализации.
Структура информационной модели должна соответствовать алгоритму деятельности. Для возможности прогнозирования общей ситуации необходимо обеспечить сопоставимость текущей и целевой информации.
По степени подобия отражаемой информации к реальной, информационные модели подразделяются на естественные, аналоговые и абстрактные.
Естественные информационные модели – информационные модели, в которых человек-оператор получает основную информацию в виде натурного изображения или портретно-информационного аналога внешнего вида объекта управления и объектов внешней обстановки.
Аналоговые информационные модели – информационные модели, в которых человек-оператор получает основную информацию в виде модели пространственного и временного расположения объектов управления и объектов внешней обстановки, отличающейся от изображения большей схематичностью.
Абстрактные информационные модели – информационные модели, в которых человек-оператор получает основную информацию в виде упорядоченной системы алфавитно-цифровых и символьных знаков.
Оптимальное сочетание абстрактности и наглядности информационной модели должно обеспечить минимизацию нагрузки на долговременную память, оптимизацию дифференцированного восприятия сигналов, оптимизацию зрительно-моторного маршрута, предвидение развития ситуации и действий оператора.
С другой стороны, концептуальная модель человека-оператора – это динамический синтез воспринимаемой информации и информации, извлекаемой из памяти, мысленная картина управляемого процесса и условий, в которых этот процесс протекает, представление не отдельного объекта, а целой ситуации.
Образы и представления, включенные в содержание концептуальной модели, не являются только отображением обстановки в системе «человек-машина-среда» – они позволяют сформировать и сопоставить альтернативы действий, составить схематичное представление выполняемых действий и выбрать необходимое решение и последовательность действий для его исполнения.
Общие эргономические требования к информационной модели подразделяются на группы требований к составу информационной модели, объему отображаемой информации, средствам отображения информации, организации информационной модели.
Состав информационной модели – совокупность данных о наблюдаемых объектах (процессах, явлениях), при помощи которых характеризуются их свойства, состояние, положение в окружающей среде, а также сведения о принятых или планируемых управляющих воздействиях и результатах воздействий.
Требования к составу информационной модели:
1. Информационная модель должна быть лаконичной, содержать сведения, необходимые и достаточные для оценки ситуации (процесса), принятия обоснованного решения и выполнения требуемых действий, обеспечивать заданную скорость и точность приема и переработки информации оператором (группой операторов).
Информацию, отображающую ситуацию с малой долей вероятности возникновения, следует предъявлять оператору в том случае, если развитие ситуации (процесса) приводит к срыву задачи, стоящей перед СЧМ, а оператор из-за отсутствия необходимой информации не может ликвидировать нарушение режима функционирования СЧМ или принять эффективное решение.
2. В состав информационной модели должны входить сведения, информирующие оператора о результатах его управляющих воздействий, т е. должна осуществляться обратная связь.
3. Информационная модель должна позволять оператору прогнозировать характер развития отображаемой ситуации. Для этого в ее составе следует предусмотреть предупреждающие сигналы, отобразить предысторию ситуации, подготовить выдачу результатов прогноза на средства отображения информации.
4. Состав отображаемой информации не должен навязывать оператору запоминание предельно допустимых значений параметров. Выход значений параметров за предельно допустимые значения следует отображать специальным признаком (изменение цвета, яркости или размеров, мерцание).
5 Аварийная или командная информация, поступающая в виде визуальных сигналов, должна дублироваться звуковым сигналом в том случае, когда пропуск или несвоевременное восприятие информации приводят к развитию аварийной ситуации или срыву задачи, стоящей перед СЧМ;
Объем отображаемой информации – это все множество отображаемых информационных признаков, характеризующее свойства наблюдаемых объектов (процессов, явлений). Информационный признак – элемент информационной модели, посредством которого отображается информация об одной или группе взаимосвязанных характеристик.
Объем отображаемой информации должен отвечать следующим требованиям:
1. Определяется типом средств отображения информации, информационной модели, на которой он реализуется, и характеристиками наблюдаемых объектов.
2. Исключать перегрузку или недогрузку оператора, обеспечивать надежное выполнение предписанных задач управления с заданными показателями качества деятельности оператора в течение требуемого времени работы.
3. Если в процессе информационной подготовки решения среднее время поиска и оценки значения одного фактора (параметра, информационного признака) более десяти секунд, то общее количество факторов, которые должен учитывать оператор при принятии этого решения, не должно превышать трех.
4. Количество предъявляемых оператору информационных признаков по одному сообщению (команде) должно соответствовать объему оперативной памяти человека-оператора и не превышать семи единиц при отсутствии дефицита времени и трех при его наличии, а интервал между сообщениями должен превышать время, необходимое для оценки информации и принятия решения.
Средства отображаемой информации являются технической основой для формирования информационной модели. Требования, предъявляемые к конкретным видам СОИ, приведены в главе 9.
Организация информационной модели – пространственно-временное распределение информации на информационной модели в целом, а также по средствам отображения информации.
Требования к организации информационной модели:
1. Информационное поле должно быть разделено на функциональные группы элементов в соответствии с решаемыми операторами задачами. Эти группы должны располагаться по горизонтальной линии, если число элементов меньше 4,5, или образовывать выпуклую геометрическую фигуру с двумя или более осями симметрии (как правило, прямоугольник), если число элементов больше 5.
2. Функциональные группы элементов информационной модели должны отличаться друг от друга не менее чем по двум признакам – пространственно (обязательно) и другими (формой, цветом, разделительными линиями и т. д.).
3. При наличии элементов информационной модели, которые в зависимости от режимов работы (или решаемой задачи) входят в разные функциональные группы, из них следует составлять верхние горизонтали (при горизонтальной ориентации элементов) или левые вертикали (при вертикальной ориентации). При этом отдают предпочтение горизонтальной группировке таких элементов.
4. Средства, отображающие информацию, показывающие качественные изменения и требующие быстрого реагирования, следует размещать в левом верхнем квадранте информационного поля.
5. При наличии в информационной модели взаимодействующих индикаторов и органов управления необходимо соответствие между характером и направлением движений органов управления и показателей индикаторов.
6. Элементы информационной модели, используемые для анализа причин и последствий аварийных ситуаций, должны сосредотачиваться на выделенных для них участках информационного поля.
7. Средства, отображающие информацию и используемые только для технического обслуживания и ремонта, должны быть пространственно отделены от средств, отображающих информацию и используемых при выполнении алгоритма деятельности (или закрыты), но легкодоступны в случае необходимости.
8. Необходима равномерность поступления информации. Между моментом предъявления информации оператору и моментом ввода оператором команд выполнения операций должно предусматриваться наличие интервала времени, достаточного для поиска, восприятия, переработки информации, принятия решения.
Адекватное осмысление информации происходит при темпе ее поступления в диапазоне 0,7÷6 двигательных единиц в секунду; наилучшие результаты безошибочной работы оператор показывает при темпе поступления информации около 400 простейших сигналов в час.
Порядок реализации требований к информационной модели следующий:
• определение источников информации, необходимых оператору для выполнения задач системы «человек-машина-среда» на основании рассмотрения объектов управления и алгоритма деятельности;
• составление перечня признаков объектов управления;
• согласование интенсивности потока сигналов с реальными возможностями человека по их восприятию;
• распределение объектов и признаков по степени важности;
• выбор конкретных типов средств отображения информации для формирования информационной модели;
• выбор видов алфавитов кодирования информации для отдельных средств отображения информации.
После выполнения всех требований информационная модель должна по содержанию адекватно отражать объект управления, окружающую среду и состояние самой системы «человек-машина-среда»; по количеству информации обеспечивать оптимальный информационный баланс и не приводить к дефициту или избытку информации; соответствовать возможностям человека принимать и перерабатывать поступающую информацию и осуществлять управляющие действия.
Допустимые информационные нагрузки на оператора:
– максимальное число сигналов, одновременно требующих внимания человека – 3;
– максимальное количество одновременно запоминаемых сигналов (информационных признаков) – 7;
– максимальный коэффициент загруженности оператора КJ = 0,8; рассчитывается по формуле
КJ = Тр/Тсм,
где Тр – продолжительность (время) работы; Тсм – продолжительность смены.
