Глава 11. Человеком.мч!,,

3 сложной системе

посылки и предупреждало об этом оператора. Оборудование не должн мать команды с возможными опасными последствиями. °чрини.

Исправление ошибок {error correction) означает, что оператор или си ляет ошибку и пытается ее исправить. Хорошо знакомый пример из области команда "Отменить" ("Undo"), которая используется для того, чтобы отк " уже выполненного действия, т. е. вернуться к предыдущему состоянию Си поминает результат выполнения команды как некое временное, промежуточ стояние, при этом демонстрирует его пользователю как новое. Например фай° уничтожается немедленно после выполнения соответствующей команды - он помечается как удаленный, а его уничтожение происходит позже. Если пользоватГ вдруг захочет отменить удаление файла, он может это сделать в течение некоторого времени после выполнения команды, пока файл физически не стерт.

Очевидно, что команда "Отменить" сработает, если в процессе реально не произошло никаких изменений. Однако в системе управления нельзя буферизовать выполнение команд, как это делается в виртуальной среде ЭВМ. Поэтому в систе.мм мониторинга и управления ошибки должны исключаться - насколько это воз.мож-но - с самого начала, т. е. система управления процессом должна включать информацию о возможных опасных состояниях или даже процедуру, моделирующую такие состояния, для того чтобы заранее предусмотреть последствия и необходимое противодействие.

Парадоксально, но в сложных системах нельзя стремиться полностью избежать всех ошибок - именно ошибки представляют собой прекрасный источник опыта. Не случайно весьма важный метод обучения называется методом "проб и ошибок". Так же как и при развитии ребенка, собственный опыт вырабатывает чутье, позволяющее выполнить большинство действий на сенсомоторном уровне, которое невозможно заменить теоретическими занятиями. поосто

Если эксперименты и "игры" с технической системой нежелательны J невозможны, например при управлении ядерным реактором, ПРР!""дзщцй вания должны помочь набрать необходимый опыт без лишнего риска, на пилот, который несколько раз врезался в землю на тренажере, Р°™щческимн лучше управлять машиной в воздухе, чем тот, кто вообще не знаком с зущхся возможностями и ограничениями своего самолета. Модели постош енения в электроэнергетике для того, чтобы предварительно «Ценить эффе p„eKV потоков мощности и конфигурации, а также других операции, не

реальную систему.

11.3. Человек в сложной системе

11.3.1. Мысленные модели сложных систем .южной"

Мысленные модели оказывают решающее влияние на з"е"нТческ«" стемы и разработку интерфейса пользователя. При Управле ,п, опен цессами, которые в большинстве своем являются сложными „„ую принимает решения на базе некоторой мысленной o™ олений, сфоР,,;, {mental model) можно определить как набор абстрактных пред ,рует на вавшихся у оператора, о том, как техническая система работает j"мЫ- ды. Поведение на уровне знаний (раздел 11.2.2) предполагает

, о природе мысленных моделей известно так же мало, как и о природе мыш-„ вообще-

Я сколько в действительности важна мысленная модель для управления про-,? Интересное рассуждение о роли моделей в задачах управления приведено

моделей

-по.мане У" ------------- -------- г

спешно решил сложную задачу - изменить направление мощной электронной

которая могла разрушить Землю. Кьюти, который в конечном счете спас на-"Сланету, следовал понятийной модели, полностью отличной от той, на которую запрограммирован. Кьюти не верил в существование Земли - "просто точка на радаре" - и все же смог выполнить поставленную задачу, контролируя показания приборов:"Я держал все показания в равновесии". Астронавты, которые на-опюдали, как он это делал, реагировали соответственно: "Какая, в конце концов, разница во что он верит!"

Наиболее простое и совершенно естественное для инженеров-разработчиков допущение заключается в том, что каждый оператор имеет в долговременной памяти модель процесса, которым он управляет. В соответствии с этим допущением инженеры-технологи и операторы выучивают все инструкции и чертежи наизусть и всегда знают, что делать для достижения нужного результата, т. е. человек считается системой упреждающего управления, которая знает, как в аварийной ситуации влиять на работу оборудования. Такой же подход в неявном виде характерен и для многих обу-иющих курсов, поскольку в них основное внимание уделяется множеству технических деталей и конструкции системы, а не поведению процесса.

Предположение о том, что в долговременной памяти оператора существует модель процесса, в значительной мере искусственно и, следовательно, ошибочно - че-ивеческое мышление значительно менее структурировано и детализировано, чем информация в инструкциях. Люди могут перестраивать и адаптировать свои мысли-псГб стереотипы, а информация, содержащаяся в инструкциях, при этом не меня-Ремен"*"™" управляющие сложным процессом, обычно не имеют в долго-

aeofiv!™ памяти его копию, позволяющую мысленно моделировать процесс и при «ходимости вмешиваться.

"«ньш""* психологических опытов и анализа взаимодействия операторов со «Ости: ™ическими системами были получены следующие общие закономер-

РомТаз"™° " первую очередь интересуются не тенденцией и характе-Ровать т"™ процесса, а лишь существующим положением и склонны реаги-Щем; текущие обстоятельства, не планируя свои действия в буду-

Йвдн l"" отрицательно сказывается на управляемости системы; люди ""0 воздейГ"°"° неустойчивость, вызванную запаздыванием управляю-У Л1оде{ о

"°"ецциа возникают трудности, если изменения происходят по экс-

"«Чией; """У закону, они, как правило, пользуются линейной экстрапо-

»лече*т°ого мышления характерны взаимно-однозначные (одно событие другое), а не множественные (сложные сочетания событий влекут дру-

Ьтия) причинио-следственные связи;

- люди стремятся избегать трудностей, т. е. заниматься наименее соответственно, менее важной деятельностью;

глава 11. Человекоц,,

пробле

люди стараются упростить стоящие перед ними проблемы сводя

ловек

в сложной системе

мально возможному числу причин.

МИНи-

Формирование мысленной модели - это продолжительный процесс дающийся постоянными изменениями: добавляется новая и пепепс """Ро*-

старая информация. Мысленная модель процесса, свойственная по веден и нове правил, может иметь формально-теоретический характер, а необхо формация накапливается с помощью упражнений и строится главным об " основных фактах из химии, физики и электротехники. На уровне правил м°" состоит из утверждений вида "если-то" применительно к предсказуемым режимТ процесса. Существует и модель сенсомоторного уровня; эта модель не может появиться после занятий в обучающем центре, а есть результат опыта и практики Это уже так называемое "чутье" - например, если нажать кнопку, то что-нибудь произойдет. Идеальный тренажер должен охватывать все три уровня. Тип мысленной модели, безусловно, зависит от типа управляемой системы - ощущение физического слияния с мащиной, необходимое пилоту, совершенно излишне для диспетчера электростанции.

Не существует общего мнения о важности мысленной модели для управления. Нет и указаний на то, что люди с определенной теоретической подготовкой могут выполнять работу оператора лучше, чем без нее. В общем, действия, выполняемые на сенсомоторном уровне, являются более быстрыми и гораздо эффективнее, чем требующие любого обдумывания. С другой стороны, мышление высокого уровня необходимо при столкновении с новыми ситуациями, например для выяснения причин отказа какого-либо оборудования и принятия решения о том, как выйти из положения. Мысленные модели, относящиеся к одной и той же технической системе, могут быть разными в зависимости от их назначения. Мысленная модель авт мобиля у автомеханика отличается от модели, существующей у автогонщика. щик, скорее всего, не справился бы со своей задачей, если бы Р неприятностях, которые могут произойти с двигателем, если выжимать и максимальную мощность. чемтео-

В промышленности, значительно более интересующейся Рпсвою рией, давно принят подход, основанный на том, что оператор может выпо.! работу при сравнительно коротком обучении и, следовательно, на сис

и неполных мысленных моделей. Обслуживающий персонал многих с. д„ тем получает лишь небольшую предварительную подготовку, щ„хся Д«"

мысленные модели на основе собственных представлений и оры по

ствий. В промышленной практике в основном бытует мнение, что о р затемпер" пенно строят свои модели процессов на основе опыта работы; эти зна

одически объединяются с материалом теоретических курсов. щцнстве спУ

Следует добавить, что управление сложными системами в оо ть - это выполнение заранее разработанных процедур. Штатные тре"-;.

туации описаны в руководствах оператора и в большинстве " jepaTOP„,,n чтобы оператор проявлял собственную инициативу. Руководств р£деле" жают подход на основе правил, поскольку содержат описания пр процедур.

текстон""™"" Р™ зависимости от прикладной программы, Имея , " графический редактор или программа для табличных вычис- ораз " работы с текстовым редактором - синтаксическую информа-"iHo та° научиться пользоваться программой для табличных вычисле-

icoM интерфейсом, чем текстовым редактором с совершенно новым "смотря на одинаковые задачи.

" подход к учету мысленных моделей, причем без явной ссылки на них, - это ДрУфдрации, необходимой для выполнения задачи. Различают синтаксичес-"Формацию (syntactic information), которая есть форма представления, и семан-(,юИЯФ jjjj (semanticknowledge), т. е. содержание. Например, географическая ин-ия включает названия мировых столиц или высоту гор; географические знания ЗР** со способностью ориентироваться на местности и делать выводы о ландшафте **кономике региона по карте. Синтаксическая информация и семантическое зна-"часто путают друг с другом - причина частично кроется в методике и программах Учения которые вместо знаний дают лишь отрывочную информацию. Синтаксическая информация условна, неструктурирована и должна заучиваться. :.1апрнмер, нет правила, которое связывало бы понятие "столица Китая" с названием Пекин". Условность связей становится еще более очевидной, если вспомнить, что тот город также называют "Бейджин". Разные названия, конечно же, ничего не мелют ни в городе, ни в географии. Семантическое знание является проблемно-ориен-лфованным и имеет структуру, из которой можно вывести новые факты. Знание на-шиий половины мировых столиц - синтаксическая информация - не позволяет аелать предположение о неизвестном названии столицы по названию страны. На-:ротив, зависимость растительности от климата - это объективный факт, имеющий .аиверсальное значение, - семантическое знание, из которого можно вывести мно-ждругие факты начиная от экономики региона до образа жизни населения. В моде-аповедения, приведенной на рис. 11.3, синтаксис определен на уровне правил, а се-«антика - на уровне знаний.

При обработке текстов семантические знания относятся к таким понятиям, как <ст, "абзац", "разметка", "форматирование" и т.д. Команда "Копировать текст" "«принимается как общее понятие, независимо от того, ориентировано ли про-мное обеспечение редактора на строчный, полноэкранный или графический ре-апротив, синтаксическая информация связана с принятой формой команд -(VMSEDrf °°) "<CtrlK><CtrlC>" (редактор WordStar), "CUT/PASTE" <т,д Г1 "°пки с пиктограммами ножниц в графических программах Windows асенгп" ""горой практике этот тип знаний об операциях постепенно опускается р"сомоторный уровень.

"кюучи "У""сической информацией и семантическими знаниями необ-""МноГ™ проектировании системы управления, поскольку от этого за-скольк " указания, которые она должна выдавать оператору.

если"" "хологических экспериментов показали, что изучение новой задачи Г-УчаеТ "° набору действий - синтаксически - похожа на другую задачу, „" "алогия отяя является понятийной - семантической. Другими слова-ГУЧелями?"" сенсомоторном уровне важнее, чем аналогия ов лля объясняет успех интерфейса Windows со стандартным набором Ьтг, " аналогичныу ппрпз

Глава п. Человеко-машинный интерфе

Синтаксическая информация базируется на правилах, а значит, легко запоминается, при регулярном применении ее можно использовать немедленно. Отсюда следует важный вывод, касающийся интерфейса пользователя, - существующие способы представления информации и ввода команд не должны изменяться, если только это не является абсолютно необходимым, любые изменения должны быть очевидными и понятными.

Зачастую специалистами считаются люди, знающие некоторые тонкости процесса или свойства оборудования, т. е. обладающие синтаксической информацией, или люди с хорошей сенсомоторной реакцией, а не те, которые умеют творчески разрешить проблему. Этот подход присутствует, к сожалению, и во многих руководствах по вычислительной технике - они декларируют семантические знания, но на самом деле дают в основном синтаксическую информацию. Не объясняя причин, глубинных взаимосвязей или структуры, они просто сообщают, "что делать" с информацией. Синтаксическая информация не лучше и не хуже семантического знания, она просто представляет другой уровень понимания. Важно не путать эти два типа информации, и всегда точно знать, что именно необходимо.

11.3.3. Управление уровнем сложности системы

Системы автоматического управления должны, с одной стороны, облегчать работу операторов, а с другой - предохранять технический процесс от их ошибок. Существует прямая связь между сложностью системы и усилиями, затрачиваемыми на управление, поэтому, чем проще интерфейс, тем легче управлять. Здесь необходимо достичь непростого равновесия. Интерфейс пользователя никогда не должен приближаться или превосходить пределы человеческого восприятия в части памяти и концентрации внимания. Бессмысленно выводить на экран сотни характеристик процесса, возлагая на пользователя ответственность за их анализ и выводы. Сложность должна быть уменьшена до уровня, не превосходящего предел восприятия. С другой стороны, интерфейс, который является "слишком простым", тоже плох. Такой интерфейс не дает оператору возможности набираться опыта и поддерживать навыки, необходимые для работы в непредвиденной ситуации. Дополнительно опе раторы сложных систем должны все время отслеживать правильность функцио рования системы управления. Это существенно усложняет их работу.

Сложность - понятие интуитивное, и найти ее объективное определение и мР, очень трудно. Оценка сложности в одинаковой мере зависит и от субъективного о та, и от объективных факторов. g и

В практических задачах сложность можно рассматривать не как объекти измеряемое свойство физической/технической системы, а скорее как РУ. структуры системы и представлений о ней пользователя. Это представление„ ленная модель - определяется способом взаимодействия пользователя с сис,

Сложность физической системы может быть связана с числом степеней или числом независимых переменных, описывающих систему, и числом У"Р gC щих переменных. Обобщенные параметры могут упростить внешнее предст В физике модель идеального газа имеет разные уровни сложности в записи того, рассматривается ли каждая молекула, описываемая динамическими п у ными, или масса газа в целом, описываемая термодинамическими napaMcrpaN 7на основе физических и статистических свойств.

11.3. Человек в сложной системе

Аналогично, число точек измерения и управления в техническом процессе приблизительно пропорционально сложности системы. Сложность возрастает, если некоторые из параметров системы связаны, но не очевидной зависимостью. Две независимые переменные, например температуру и давление, легче наблюдать, если они изменяются одинаково, т. е. увеличиваются или уменьшаются одновременно, чем если они меняются непредсказуемым образом, как в случае, если рост температуры иногда связан с увеличением давления, а иногда и с его понижением.

Для того чтобы оценить роль ЭВМ в управлении, технический процесс рассматривается здесь как сложная система, а интерфейс системы управления как - инструмент, с помощью которого сложность можно регулировать. При таком подходе нет необходимости явно ссылаться на мысленные модели процесса, существующие у операторов. Интерфейс пользователя в определенном смысле как раз и есть интерфейс между техническим процессом и мысленной моделью оператора. Проблема в том, что все операторы имеют различные мысленные модели, и где гарантии, что их всех можно удовлетворить? Преимущество подхода с позиций сложной системы в том, что оператор может изучить и использовать определенный интерфейс, при этом детали конкретной модели несущественны. Важно только, что оператор может выполнить свою работу должным образом.

Следуя этому подходу, проблема взаимодействия между человеком и машиной рассматривается как проблема восприятия при функционировании неизвестной, часто весьма сложной, системы. Пользователь хочет решить задачу или достичь некоторой цели с помощью технического процесса. Он следует мысленной модели, которая более или менее отражает свойства реального технического процесса, и этого достаточно для управления при соответствующих знаниях и опыте. Конечно, пользователь в состоянии управлять техническим процессом только до тех пор, пока его сложность не превосходит способности восприятия.

Снижение уровня сложности

Первейшей целью системы управления процессом является снижение уровня ожности (complexity reduction) технического процесса. Иными словами, процесс, идимый" через интерфейс автоматизированной системы управления, должен быть то°" процесс, наблюдаемый с помощью обычных измерительных средств. Ав-

«тизация не должна добавлять каких-либо сложностей, а обслуживание соответ-"Рия оборудования - приводить к перегрузке способности операторов к вос-Наоб" -"" система управления ухудшает управляемость процесса, и Ной т°° ""П" здесь кроются большие возможности применения вычислитель-ехники в управлении.

Рольн"" управляющие ЭВМ используются для простой замены конт-

бели °"Рительной аппаратуры по принципу "один датчик - одна наблюдаемая Чии п л"" преимущество при этом заключается в более удобной организа-

рабочего места и автоматической регистрации данных. При этом, по сравнению Чвст°"°" обычных контрольно-измерительных приборов, оператор теряет ани "посредственного контакта с оборудованием - на экране все приборы и ме-Чо "п размер. В реальной жизни разница между граммами и тоннами, ваттами и мегаваттами, миллилитрами и литрами является очевидной, а в вир-