В общей форме принципы математического моделирования деятельности идентичны принципам математического моделирования в других областях научного исследования. Но вместе с тем в процессе применения к конкретным сферам исследования эти принципы существенно конкретизируются. Эта конкретизация оказывается чрезвычайно важной для понимания роли и места математического моделирования деятельности и путей его приложения.
Излагаемые ниже исходные принципы использования метода моделирования в значительной мере вытекают из того подхода, на котором основывалось понимание проблемы проектирования деятельности в системно-антропоцентрической концепции. Как известно, решающая цель системного подхода вообще состоит в том, чтобы обеспечить органическое единство в исследовательском процессе системного уровня функционирования и индивидуальной характеристики каждого дробного элемента или механизма, принимавшего участие в этом функционировании. Системный подход, таким образом, позволяет рассматривать и проектировать деятельность одновременно и как элемент эргатической системы, и как сложнодинамическую систему. Однако цели моделирования при этом различны. В первом случае цель моделирования заключается в синтезе связей между человеком и техническими элементами ЭС, в установлении позиции человека и системы. Во втором случае цель моделирования — синтез и анализ деятельности как сложной системы, описание существенных свойств и компонентов данной системы.
Итак, с позиции последовательности проектирования все математические модели целесообразно разбить на две большие области, которые, пользуясь известной аналогией с кибернетическими исследованиями, уместно определить соответственно как область макромоделей и область микромоделей.
Надо сказать, что, в отличие от кибернетических исследований, где под микромоделированием понимают создание моделей, описывающих известную внутреннюю структуру объекта, под микромоделированием при проектировании деятельности понимается моделирование внешней, функционально-динамической структуры деятельности, иными словами, разработка моделей, описывающих последовательность выходов человека-оператора (его функций) в зависимости от последовательности входных воздействий. Моделируется не сам человек, а его функции. Поэтому в качестве исходной предпосылки принимается принцип преимущественно функционального характера математических моделей деятельности на любом уровне моделирования, на любой фазе проектирования деятельности.
Схемы построения моделей для выделенных областей вследствие различия в целях должны существенно отличаться. При построении макромоделей нужно учитывать тот фундаментальный факт, что информация стала унифицирующим понятием, т. е. следует исходить из факта признания общности информационных процессов для любых форм управляющей деятельности. Поэтому наиболее предпочтительным математическим аппаратом для макромоделей представляется аппарат теории информации. Именно благодаря информационному аспекту («отвлекающемуся» от специфики конкретных механизмов приема, передачи и преобразования информации) возможен чрезвычайно абстрактный подход на фазе выбора позиции человека в эргатической системе.
Необходимо отметить, что при применении теоретико-информационного подхода встречаются трудности, связанные прежде всего с условиями корректного распространения аппарата современной теории информации в специфическую область взаимоотношений человека и машины. Обсуждение этой проблемы выходит за рамки пособия. Поэтому только укажем, что в плане решения поставленной задачи весьма удобен подход, связанный с введением времени в исходные соотношения для энтропии и информации, определяемые в шенноновском смысле [54], [60].
Специфика математического моделирования определяется как объективными, так и субъективными факторами. К первым относится опосредованность деятельности предметом и орудиями труда (целями ЭС, ее структурой и средствами осуществления деятельности), т. е. факторами, которые определяют деятельность как сложнодинамическую систему. Ко вторым относятся, например, задачи, которые ставятся перед модельным исследованием. Отмеченная специфика обусловливает построение классификации микромоделей в два этапа.
Поскольку пока невозможно охватить сложную систему — деятельность — целиком, во всем многообразии ее связей, то мы вынуждены прибегать при моделировании к расчленению системы, которое может производиться на самых различных основаниях. Членение деятельности (весьма удобно производить, руководствуясь одной из основных концепций психологической теории деятельности, сформулированной А. Н. Леонтьевым.
Понятно, что ни одна целостная деятельность не осуществляется помимо выполнения соответствующих «отдельных деятельностей» и действий, под которыми понимается сложная совокупность процессов, объединенных общей направленностью на достижение определенного результата. Действия обозначим как режимы функционирования. Поэтому при моделировании на первом этапе целостную деятельность, рассматриваемую как сложнодинамическую систему, необходимо расчленить на отдельные составляющие элементы (действия, режимы функционирования) согласно исходным компонентам, свойствам и связям, специфичным для данного типа ЭС, и разработать микромодели по выделенным элементам. Отметим, что все режимы функционирования настолько тесно связаны в целостной деятельности, что их лишь условно можно отделить и обособить друг от друга. В качестве разделяющего признака можно использовать главную задачу (в психологическом смысле), выполняемую оператором при функционировании.
Таким образом, в качестве одной из основных задач инженерно-психологического проектирования выделяется задача 'психологического анализа структуры деятельности оператора, включающей определенный состав действий (которые должен выполнять человек в эргатической системе), и возможных способов их выполнения. При изучении отдельных психологических процессов здесь следует прежде всего учитывать то место, которое они занимают в человеческой деятельности, в ее иерархической структуре. Иными словами, инженерно-психологическое проектирование должно опираться на системный и «поуровневый» анализы деятельности.
При всем количественном и качественном разнообразии можно различать лишь небольшое число режимов функционирования. Одни режимы соответствуют задачам, где выполнение операторских функций связано прежде всего с получением информации и ее первичной оценкой. Основная задача оператора решается в сфере восприятия, а переработка информации с последующим принятием решения и исполнительные действия предельно упрощены. Примерами режимов функционирования такого рода могут служить режим контроля и наблюдения, режим поиска, обнаружения и опознания. Другая группа режимов соответствует задачам, где центр тяжести операторских функций падает на исполнительные действия, в то время как восприятие и переработка информации и принятие решения не представляют особых трудностей и поэтому по существу не являются в психологическом смысле главной задачей. Процесс принятия решения сводится к выбору исполнительных действий по заранее обусловленной схеме. Примерами такого рода режимов функционирования могут служить режимы слежения, режимы ретрансляции информации. К третьей группе относятся режимы функционирования, в которых на первый план выступает задача переработки информации и принятия решения. Деятельность такого типа характеризуется тем, что оператор, как правило, отчетливо представляет себе задачу ЭС и способы ее достижения.
Очень часто функции человека в системе ограничиваются дублированием функций автоматических устройств. Он вмешивается в ход процесса управления только в непредусмотренных аварийных случаях, при отказе автоматики. Такой вид деятельности будем называть режимом резервирования (дублирования).
Все рассмотренные режимы функционирования характерны для деятельности оператора в так называемых оперативных эрг этических системах.
В системах обслуживания деятельность может быть представлена режимами контроля и обнаружения неисправности, технической диагностики и прогноза неисправности, устранения неисправности, материально-технического обеспечения.
В системах подготовки наиболее важны режимы научения и преподавания. Конечно, во всех режимах функционирования, характерных для двух последних типов ЭС, присутствуют элементы принятия решений, слежения и т. д. Но с точки зрения математического моделирования они имеют свою специфику. Так, например, ММ в системах обеспечения часто строятся на аппарате математической логики. Поэтому данные режимы функционирования выделяются нами в отдельные классы.
Рассмотренная выше схема режимов функционирования, как и всякая другая схема, условна. В реальной работе одни режимы сжаты, другие развернуты и все они взаимосвязаны. Схема эта, по всей видимости, не охватила все возможные режимы функционирования. Полная схема, вероятно, может быть создана лишь тогда, когда будет предложена достаточно обоснованная классификация инвариантных составляющих трудовой деятельности человека в ЭС. Но условность схемы не мешает выделить главное в каждом виде деятельности оператора.
Весьма существенно с позиций проектирования систем то обстоятельство, что дифференциация моделей сообразно режимам функционирования совпадает с дифференциацией по способу реализации. С развитием инженерно-психологических исследований постепенно сложились и укрепились традиции применять определенные типы реализации ММ, определенный математический аппарат для их построения. Так, математические модели деятельности в режиме поиска, обнаружения и опознания в основном разрабатываются на базе аппарата статистической теории решений и обнаружения сигналов в шуме. Для категории ММ, описывающих режим контроля и наблюдения, используются теоретико-информационный аппа-рат и теория массового обслуживания. Большинство ММ, описывающих режим слежения, построено на базе аппарата теории управления, а режим принятия решений — на основе статистики Байееса. Аппарат теории надежности оказался очень удобным для построения ММ деятельности человека в качестве аддитивного (дублирующего) элемента и т. д.
Представление деятельности как сложнодинамической системы необходимо приводит к тому, что в процессе проектирования деятельности разработчик системы пользуется совокупностью моделей. Естественно возникает вопрос о необходимом числе моделей, составляющих совокупность. Это число должно определяться как топологической характеристикой деятельности, образуемой последовательностью смены режимов функционирования, так и метрической и ценностной характеристиками. Метрическая характеристика определяет общую продолжительность каждого режима, а ценностная — его весовой вклад в суммарный «полезностный» эффект деятельности.
Таким образом, «принцип узких мест», разработанный И. А. Полетаевым применительно к моделированию биологических явлений, правомерно использовать и при проектировании эргатических систем. Смысл этого принципа в нашем случае заключается в выделении режимов, лимитирующих суммарную эффективность деятельности. Совокупность ММ, по существу, должна состоять из моделей, описывающих «узкие режимы». Поскольку кинетика деятельности определяется в каждый момент проектирования небольшим числом «узких мест», проектировщик имеет дело с небольшим числом моделей в совокупности.
Отметим еще несколько общих положений, касающихся метода моделирования деятельности и существенных для понимания исследуемого материала:
— при моделировании деятельности необходимо идти на целый ряд компромиссов. Выбор и интерпретация величин самой различной природы, сочетающихся в одной модели, требуют определенного опыта. Следовательно, синтез модели в основном связан с конкретными задачами, т. е. с конкретными режимами функционирования. Хотя в разработке различных моделей есть общие отправные точки, особенности каждого режима функционирования, как отмечалось, ведут к различиям в методах его моделирования;
— представление об одном и том же объекте моделирования образуется на основе определенных научных предпосылок и задач. Очевидно, что имеющиеся модельные представления в значительной мере зависят от исходной позиции исследователя, хотя, разумеется, весьма существенные параметры исследования задаются самим режимом функционирования;
— при решении задач моделирования необходимо осуществить редукцию информации. Мы не можем в настоящий момент преодолеть высокий уровень сложности как целостной деятельности, так и отдельных режимов функционирования, и, следовательно, при моделировании мы вынуждены прибегать к упрощениям.
Таким образом, при анализе деятельности операторов в процессе проектирования должны решаться следующие задачи:
1) определение особенностей деятельности операторов, которое заключается в выяснении психологического содержания и структуры операторской деятельности;
2) классификация видов операторской деятельности, выделение типовых режимов функционирования;
3) создание формализованных схем для различных видов
деятельности.
Г л а в а 4
ИНЖЕНЕРНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ«ЧЕЛОВЕК — ЭВМ»