Понятие системы «человек – машина» используется как в эргономике, так и в психологии труда. Эта система почти всегда является основой анализа всякой системы, в которой помимо человека выступает какое-либо орудие труда, машина или механическое устройство.
В системе «человек – машина» можно выделить три основные функции:
1) функцию входа, обеспечивающую ввод информации в органы чувств человека;
2) функцию управления, осуществляемую центральной нервной систе-
мой человека;
3) функцию выхода, которая обычно, хотя и не всегда, реализуется по-
средством сенсомоторных органов и мышечной системы человека.
Если между входом и выходом отсутствует непосредственная связь, такая система действует как незамкнутый контур. В том случае, если выход может оказывать какое-то воздействие на вход, система действует как замкнутый контур, в котором человек играет роль управляющего элемента»).
Типичным примером замкнутой системы (или цепи), т. е. системы с об- ратной связью, является командир ВС, который, например, должен поддер- живать заданную скорость (или курс ВС). «Выходом» командира ВС будет его рука, находящаяся на секторе газа, который является «входом» двигателя; в свою очередь «выходом» ВС является указатель скорости, а «входом» ко- мандира ВС – его зрение. В этой замкнутой цепи исполнительный механизм (двигатель ВС) связан с предыдущим элементом (действиями командира ВС). Примером разомкнутой системы, связывающей человека и машину, является включение двигателя.
В понятие системы «человек – машина» во многих работах по эргономике включаются взаимные связи работающего человека с окружающей его матери- альной средой – орудиями труда, машинами, различного рода устройствами,
рабочим местом, а также с такими характеристиками окружающей среды, как освещение, шум, условия микроклимата и др. Многие законы, относящиеся к системе «человек – машина» в строгом значении этого термина, можно пере- нести также и на взаимосвязи человека с инструментами, несмотря на то, что в отличие от машин инструменты (или «орудия») сами по себе не исполняют никаких действий, а приводятся в действие человеком.
Понятие «человек» в равной степени охватывает как специалиста, выпол- няющего работу с помощью «орудий», так и авиадиспетчера или пилота, а также оператора, наблюдающего за протеканием автоматизированного про- цесса по показаниям контрольно-измерительных приборов и индикаторов без какого-либо непрерывного воздействия на протекание процесса, предусмот- ренного программой.
Во всех процессах, протекающих в системе «Человек – машина» можно выделить три этапа:
1.. Восприятие информации (перцепция) либо путем непосредственного процесса, либо по наблюдению за показаниями контрольно-измерительных приборов, отражающих параметры протекания процесса. Перцепция осу- ществляется с помощью органов чувств: зрения, слуха или осязания. Полу- ченная от органов чувств информация передается в центральную нервную систему человека.
Эта фаза процесса (восприятие и передача в центральную нервную систе- му) относится к сфере действия законов физиологии и психологии. С точки зрения кибернетики информация проходит путь от выхода (машины) до вхо- да (перцептора). Успех кибернетического и эргономического анализа процес- са перцепции и передачи сигналов во многом определяется достижениями в области теории информации.
2. Переработка (трансформация) полученной информации осуществляет- ся в центральной нервной системе и приводит к принятию определенного решения (решение может состоять и в том, чтобы в данной ситуации ничего не предпринимать). Механизм выработки решения до сих пор еще мало изу- чен. На характер решения, его правильность и быстроту принятия влияют не только информация, поступающая извне (от машины и из внешнего окруже- ния), но и внутренняя информация. Внутренняя информация поступает из
памяти, в которой содержатся полученные ранее информация и инструкции. Помимо заложенной в памяти человека информации большую роль играет также опыт и интуиция, которая весьма существенно влияет на принятие решения.
Учету подлежат также стрессовые ситуации, или состояния нервного напряжения, которые выражают реакции организма на травмы, шоки, инфек- ции, а также психологические затруднения, такие, как страх, состояние силь- ного возбуждения и т. п. Стрессы являются одним из факторов, существенно влияющих на принятие решения.
Центральная нервная система является системой со многими внешними
«входами» по восприятию информационных потоков и многими внутренни-
ми «входами» – информация, содержащаяся в памяти.
3. Последним этапом процесса является выдача принятого решения ис- полнительным органам и выполнение этого решения. Этот последний этап называется управлением и в системе «человек – машина» осуществляется пу- тем воздействия на органы управления машины с целью внесения требуемых изменений в протекающий в системе процесс. «Выходом» в этом случае яв- ляются исполнительные органы, «входом» – органы управления машиной.
Итак, перцепция, принятие решения и его выполнение образуют замкну- тую систему трудового процесса. Сутью взаимосвязей двух основных эле- ментов этой системы – человека и машины – являются процессы передачи информации и управления. Существуют также обратные связи между маши- ной и человеком, причем эти обратные связи могут быть двоякого рода: либо по схеме: устройство сигнализации – рецептор – центральная нервная систе- ма – исполнительные органы – органы управления, либо в «укороченном» виде: рецептор – органы управления.
Обратная связь в системе «человек – машина» всегда существует там, где человек является обязательным элементом системы управления, т. е. где ко- личественные или качественные изменения системы выполняются в резуль- тате принимаемого человеком решения. Примером служит полиэргатическая система ОВД.
При УВД с высокой интенсивностью ВС необходимо, чтобы диспетчер ни на секунду не отрывал взгляда от индикатора радиолокатора и в связи
с загруженностью органов зрения необходимо, чтобы возможно большее ко-
личество информации поступало к нему другими путями.
В тех случаях, когда обратная связь осуществляется без посредничества человека (встроена в саму машину), такая машина представляет собой авто- мат. Отличительной особенностью автомата является наличие в его кон- струкции системы обратных связей, на которые оператору не требуется воз- действовать, примером может служить АС УВД.
Из всего сказанного можно сделать следующий вывод: анализируя какой- либо технологический процесс (как в стадии разработки конструкции, так и в стадии производства или при внесении изменений в существующую кон- струкцию), нельзя рассматривать его только с технической стороны, с точки зрения чисто конструктивных решений. Правильное решение проблемы со- стоит в оптимальном сочетании человека и машины, т. е. в решении системы
«человек – машина» как единого, интегрального целого. Организм человека, его мозг, его нервная и мышечная системы представляют собой чудесный по слаженности «механизм». Но этот механизм имеет ограниченные физиологи- ческие и психические возможности и дело заключается еще и в том, чтобы правильно включить в автоматизированную систему управления человека. А это нельзя сделать, не считаясь со свойственными человеку характеристика- ми, качеством его личности (типом темперамента, локусом контроля, авто- номией, и т.д.) и теми возможными для его деятельности техническими па- раметрами, которые определяются физической и психической природой че- ловека и, следовательно, при введении человека в систему уже не могут быть существенным образом изменены ».
Несоответствие машин и различного рода устройств с одной стороны, и человека с другой является выражением помех в так называемой интеракции, т. е. во взаимодействии этих двух элементов системы. Эти помехи чаще всего возникают на стыке сфер действия человека и машины, т. е. при считывании показаний сигнализирующих устройств или оперировании органами управ- ления могут также возникнуть ошибки при восприятии информации от орга- нов управления с помощью осязания, о чем говорилось выше и что является другой формой помех в интеракции.
До сих пор речь шла о двух составляющих анализируемой системы: чело-
веке и машине. Помехи в их взаимодействии являются источником нарушений
в восприятии информации или осуществлении управления. Однако на прак- тике в этом случае возникает еще одна причина, не менее важная, чем две предыдущие. Речь идет о факторах материальной среды, в которых действует система, а также об организационно-технических условиях на рабочем месте. Эти факторы могут явиться дополнительным источником помех.
Существуют четыре группы решающих факторов:
1) средства отображения информации;
2) органы управления;
3) факторы окружающей среды;
4) условия труда на рабочем месте.
Задача конструктора, проектировщика и технолога (каждого в своей обла- сти) состоит в оптимизации этих условий таким образом, чтобы обеспечить максимальную производительность всей системы при возможно меньшем физическом и психическом напряжении входящих в эту систему специали- стов.
При конструктивной разработке какого-либо узла машины, обслуживае- мого человеком, следует прежде всего выяснить, какая информация ему бу- дет необходима, а затем – в какой форме эту информацию необходимо пред- ставить.
Определение количества информации, необходимой обслуживающему персоналу, зависит от того, какие решения он будет принимать. После уточ- нения количества необходимой информации выбирается форма, в которой эта информация будет представлена (различные способы визуальной или акустической индикации). Выяснение границ возможностей восприятия и передачи информации от рецепторов к центральной нервной системе было темой многолетних исследований в экспериментальной психологии, и в ре- зультате удалось разработать ряд конкретных рекомендаций.
Эти рекомендации определяют главным образом форму и величину инди- каторов, а также их элементов, размещение аппаратуры (расстояние от опе- ратора, высота, угол наклона по отношению к стоящему оператору, взаимное расположение), компоновку конкретных приборов, логическое их объедине- ние в группы в соответствии с расположением соответствующих органов управления, условия освещения и т. п. Удалось также определить допустимое количество и скорость передачи информации. В отношении акустических
сигналов также удалось установить необходимую громкость по отношению к
«маскирующему шуму» (шумовому фону), изучить возможность совмещения звуковых и оптических сигналов, стимулирующее воздействие звуковых сиг- налов, возможное вредное воздействие шума и т. д.).
Особенно важное значение придается восприятию и передаче информа- ции в процессах, связанных с однообразной работой, состоящей только в наблюдении за сигналами. Типичным примером такой работы является наблюдение за экраном индикатора радиолокатора неавтоматизированной системы ОВД, на котором зачастую в течение нескольких часов вообще не появляются сигналы, а если они и появляются, то оказываются чрезвычайно слабыми и часто трудно отличимыми от фона. Такие процессы могут приве- сти к снижению внимания, монотонии, когда сосредоточенность внимания снижается уже после получасового наблюдения.
Во многих процессах большое значение имеют условия, обеспечивающие правильное восприятие информации, поступающей через органы чувств. Это особенно важно там, где информационные каналы оказываются перегружен- ными информационными потоками.
При технологических операциях, требующих большого внимания и ум- ственного напряжения, наиболее узким местом являются не органы зрения или слуха, а центральная нервная система. Клетки головного мозга, получа- ющие информацию извне (через органы зрения, слуха или осязания), не в со- стоянии воспринять и пропустить несколько сообщений одновременно («од- ноканальность» клеток головного мозга). В случае одновременного поступ- ления нескольких сигналов они как бы выстраиваются в очередь в ожидании освобождения нервных путей.
Время передачи одного сообщения по информационному каналу к голов- ному мозгу составляет около 0,5 с, т. е. такой канал может пропустить в те- чение 1 с две единицы информации. Если два различных информационных импульса встречаются у входа в канал почти одновременно, то один из них пройдет, а другой будет передан с задержкой или совсем не будет передан. Учитывая это, конструкторы различных агрегатов должны исходить из обще- го правила, что ни при каких условиях нельзя проектировать машины или ка- кие-либо другие устройства, которые требовали бы от оператора одновре- менного принятия двух решений независимо от того, будет ли информация
подаваться через один или несколько органов чувств. Тот факт, что пианист- профессионал может выполнять пальцами более двух ударов в секунду, объ- ясняется тем, что каждое его решение включает в себя целую группу ударов, а не один изолированный удар, как это бывает у начинающего пианиста.
Описанным явлением запаздывания передачи информации, поступающей одновременно, объясняется то обстоятельство, что водитель автомашины, стараясь объехать собаку, выбежавшую на дорогу, не может одновременно точно распознать даже очень четкого дорожного знака. Даже если этот сиг- нал достиг сетчатки его глаза, он не будет передан к клеткам головного моз- га. Таким образом, человек может видеть что-то, но не будет понимать уви- денного.
Описанный механизм объясняет также, почему включение человека в со- став некоторой системы неизбежно вносит в эту систему элемент запаздыва- ния. Если человек должен получать информацию одновременно из несколь- ких источников, количество перерабатываемой им информации уменьшается пропорционально сложности системы источников информации. Вследствие этого оказывается, что чем больше операций должен выполнить человек, тем меньше данных он будет иметь в своем распоряжении от каждого источника информации, что приведет к неточностям в выполняемой им работе. Поэтому решение о том, использовать ли в данной системе человека или машину, мо- жет в подобных ситуациях зависеть от требуемого уровня точности данных. Кроме того, следует учитывать, что реакция человека оказывается непосто- янной в течение дня и в течение различных дней недели. Это та цена, кото- рой приходится расплачиваться за большую приспосабливаемость человече- ского организма. Непостоянство – одна из основных причин того, что чело- век, входящий в качестве составного элемента в замкнутую систему, вносит в эту систему «шум».
Описываемые факторы становятся решающими, когда основным является вопрос о времени реакции, которое увеличивается в тех случаях, когда чело- веку предстоит сделать выбор между несколькими возможными решениями. Задача упрощается, если возможные решения унифицированы и выбор дела- ется только между уже известными и опробованными решениями.
Полное время реакции складывается из двух составляющих: времени вос-
приятия и времени принятия решения. Кроме того, следует учитывать также
время выполнения принятого решения. Человек реагирует на воспринятые им раздражители не непрерывно, а дискретно. Как уже отмечалось, ответные импульсы от человека следуют со скоростью примерно 2 импульса в секун- ду, причем время от момента подачи возбуждающего импульса до момента исполнения принятого решения делится примерно поровну между временем реакции и временем выполнения принятого решения.
Простая реакция на световой раздражитель длится от 0,15 до 0,30 с (реак- ция на звуковой или осязательный раздражитель несколько быстрее). Если работник должен сделать выбор между сигналами перед тем, как принять решение, время это будет достаточно большим. Кроме того, следует учиты- вать время, необходимое для перенесения руки или перестановки ноги с од- ного органа управления на другой, на что обычно требуется 0,5 с при рассто- янии 25 см; соотношение между расстоянием и временем выполнения дви- жения, как правило, определяется логарифмической зависимостью.