туальной реальности компьютерного экрана разница часто сводится к изменению положения десятичной запятой.

Первый шаг к уменьшению сложности заключается в анализе информации о процессе, которую должен получать и интерпретировать оператор. Количество датчиков и исполнительных механизмов для управления процессом нельзя выбрать произвольно - оно зависит от природы процесса и целей управления (наблюдаемость и управляемость процесса были рассмотрены в главе 3). Работа в режиме реального времени также не является абсолютным понятием, а имеет смысл только по отношению к эволюции во времени управляемого процесса.

Рассмотрим химический реактор. Обычно процесс характеризуется несколькими десятками переменных - температура, расход реагентов, концентрация и т. д. Если каждая из них выводится на панель управления, регистрируется вручную и является частью каких-либо вычислений, то на оператора ложится значительная нагрузка. В чем оператор действительно заинтересован, т. е. его главная цель, насколько текущие значения соответствуют опорным. Сравнение текущих значений сотен контролируемых величин с опорными ЭВМ легко выполнит несколько раз в секунду. Одной логической операции достаточно для общей индикации, работает ли реактор в целом правильно или нет. Оператор освобождается от ручной работы, и в то же время он в состоянии проверить текущие данные, если это необходимо, с любой степенью подробности. В результате один оператор может одновременно управлять несколькими реакторами. Компьютер может также учитывать специальные режимы. Например, во время переходного процесса различия между текущими и опорными значениями переменных не должны расцениваться как нештатная ситуация. Аналогично, границы аварийных ситуаций могут рассматриваться не просто как фиксированные величины, но в контексте текущего процесса и его состояния. Автоматизация таких задач способствуют уменьшению сложности.

Адекватность

Второй важной характеристикой наряду с уровнем сложности интерфейса является его адекватность {complexity matching). Уже на аппаратном уровне интерфейс должен соответствовать количеству и точности передаваемых данных. Именно количество и тип данных диктуют вид интерфейса, а не наоборот.

Если процесс характеризуется всего лишь несколькими событиями на протяжении часа, а число входных и выходных переменных - мачо, то для управления вполне подойдет небольшое печатающее устройство или панель управления. Применение для управления таким процессом не уменьшит сложности, скорее наоборот, посколь ку к сложности самого процесса будет добавлена сложность системы управления Если технический процесс не порождает достаточного количества данных, диспле утомляет и вызывает скуку.

Важным параметром при разработке интерфейса являются границы ответств ности. Необходимо оценить, в какой мере оператор должен следовать предписания и в какой - принимать собственные решения, и где проходит граница между одним другим. Интерфейс должен быть ориентирован на необходимую степень компетен ности пользователя (уровень правил или уровень знаний) и на тип действий при вь полнении работы. Сложный интерфейс должен рассматриваться и с позиций необходимости обучения. Только когда все звенья цепи "цель-инструмент-оператор

соответствуют друг другу, результат достигается при оптимальном вкладе и человека, и системы управления.

В заключение следует отметить, что сложность не есть вещь в себе, а существует только в контексте, включающем пользователей системы. Сложность и удобство являются противоречивыми требованиями, которые должны быть сопоставлены друг с другом. Трудности при более сложной организации экрана и аббревиатуре команд можно преодолеть, если есть возможность интенсивного обучения. Дополнительное усложнение структуры экрана за счет большего объема выводимой информации или за счет более мощного (а значит, и изощренного) командного языка может дать выигрыш в скорости работы. В качестве примера можно привести операционную систему UNIX и текстовый редактор "vi". Оба эти продукта часто критикуются за то, что они "недружественны" по отношению к пользователю, однако, когда пользователи приобретают определенный уровень знаний и навыков, они отказываются переходить на другие программные продукты.

11.3.4. Интерфейс пользователя как средство работы со сложными системами

Как показано в предыдущем разделе, не существует общего объективного и количественного описания понятия "сложность". Сложность - это частично объективное свойство системы и частично субъективный опыт пользователя. Снижения присущего системе уровня сложности можно добиться только в результате целенаправленных инте.плектуальных усилий. Это должны быть усилия и проектировщика установки, и оператора, и программиста. Проектировщик должен учесть свойства процесса и создать логичную и ясную систему. Оператор, столкнувшись с определенным уровнем сложности, должен формировать собственные понятия и мысленные модели. Программист отвечает за разработку интерфейса пользователя.

Общее количество и тип информации, поступающей от процесса, нужно уменьшить до такой степени, чтобы не превысить порог восприятия оператора. Эта задача должна быть решена либо разработчиками собственно технического процесса, ибо разработчиками интерфейса пользователя. Если проектировщики и программисты не учитывают этого, то они перекладывают ответственность на оператора. Поэтому рекомендуется проводить структуризацию данных уже на стадии проектирования.

Наиболее естественной структурой является иерархия. В большинстве прикладных задач можно определить иерархию так, что некоторые элементы объединены в Структуры, описываемые общими параметрами. Уровни иерархии более или менее соответствуют классам решений, принимаемых при управлении процессом. Обычно се объекты, расположенные на одном уровне иерархии, характеризуются интенсивам взаимным обменом данными; обмен данными между уровнями, как правило, Меньше и не является критичным по времени (раздел 9.6 2)

Например, в химическом производстве состояние реактора характеризуется десятками отслеживаемых параметров. Если внимание сконцентрировано собственно «а реакторе, тогда интерес представляют величины опорных и текущих значений Температуры, расхода, концентрации и т. д. Если тот же реактор рассматривается как Элемент производственной цепи, то существенны только входные и выходные пото-

ки и индикация их татного или нештатного режима. Только когда система подаст сигнал о сбое, имеет смысл просмотреть более детальную информацию о реакторе, чтобы найти его причину.

Иерархическая структура упрошает наблзодение за сложным процессом, но скрывает часть данных. Например, превышение выходного сигнала регулятора по сравнению с обычным рабочим значением может схлужить показателем неправильного поведения какой-то части системы, но это никак не отражается на общей панели состояния системы - все лампочки горят зеженым - до тех пор, пока опорные и текущие значения параметров одинаковы.

Иерархическая модель по необходимостн является обобщенной, но она обеспечивает полезный подход к анализу и структурированию системы управления. Применение такой модели не ограничивается рамками сборочных или обрабатывающих предприятий - соответствующие уровни мо жно выделить в любой сложной системе управления.

Структурный подход применим не тольк:о к выводу на экран, но и к командному языку. Команды могут быть как очень низкого уровня - для непосредственного управления каждым исполнительным механизмом, так и высокого - для выполнения целых задач. Команды низкого уровня редко представляют интерес, особенно в сложных установках, где элементы тесно связаны и взаимодействуют сложным образом. Наряду с командами низкого уровня хорош им решением для выполнения крупных функций является подготовка развитых командных файлов, состоящих из набора простых "элементарных" команд. Такие файлы можно подготовить для всех основных операций.

Основу для проектирования интерфейса дает анализ целей (task analysis). Это анализ технических процессов и операций, которые необходимы для управления. Анализ целей - это поиск ответов на следующие вопросы:

- каковы стандартные задачи;

- как эти задачи выполняются;

- какая информация требуется для выполнения этих задач;

какова степень свободы, предоставляемая оператору в случае аварийных непредвиденных ситуаций (это не то лее самое, что действия в нештатныхусло ВИЯХ, - если поведение в таких случаях регламентировано, то это просто од«н из возможных режимов работы). Анализ физических процессов, с одной стороны, и познавательных способносте* операторов - с другой, обеспечивает подход, на основе которого интерфейс польз вателя определяется не только с аппаратной и программной точек зрения, но и с У том роли, которую играют операторы.

114 Оборудование для интерфейса пользователя

Для построения интерфейса пользователя применяется не очень много ти" <;;;f™ звучит старомодно, недорогим и практичным устройством нвода/вы-Для п°Р™ 7 обычно применяются полноэкранные , Для наблюдения и управления медленным процессом является печатающее устройств. В управлении процессами Р...... „„ключате.пЯ Иство или телетайп. Оно используется в тех случаях, когда обмен информацией

едленно (1-2 события в минуту) и каждое сообщение является законченным.

Для построения интерфейса иильоа.... ..р,.............. „„„„сыпанные

устройств. В управлении процессами обычно применяются п«"Р:,,елЯ-миналы, включающие монитор и клавиатуру, а также панели „Гсло ,,„у/ контрольными лампами и приборами. Сообщество пользователей Фт зоб сделало выбор в пользу простых и практич ных устройств, а не экзотике ретений.

Устройства, обычно используемые для обмена информацией между пользовате-rjeM и ЭВМ, - это монитор и клавиатура. Распространение персональных компьютеров и постоянно растущие требования привели к заметному улучшению качества ониторов. Размер экрана характеризуется длиной его диагонали, выраженной в дюймах, поскольку отношение ширины к высоте всегда одинаково (4 : 3), Разрешавшая способность монитора, измеряемая количеством точек изображения, пикселей (pixel), связана с размером экрана. Разрешающая способность должна обеспечивать хорошее качество представления текста и графики. Монитор не обязательно должен быть цветным. По техническим причинам качество и резкость изображения у монохромных мониторов лучше, чем у цветных, поэтому первые могут в ряде случаев оказаться дешевле и лучше.

Важным эргономическим показателем монитора является скорость регенерации экрана, т. е. частота, с которой электронный луч полностью обходит экран. Эта частота должна быть не менее 75 Гц, чтобы даже при наличии неблагоприятных факторов, связанных с размером экрана и освещением рабочего места, пользователь видел свободную от мерцания картинку.

Показатель, активно обсуждавшийся в последние годы, - это уровень излучения монитора. Определение не вполне корретстно, поскольку монитор в действительности порождает электростатическое поле, электромагнитные волны и рентгеновские лучи. Современные мониторы имеют очень низкий уровень излучения.

Средства массовой информации периодически сообщают об исследованиях, касающихся заболеваний, вызываемых излучениями компьютерного монитора. Не вдаваясь в подробности, можно напомнить, что, хотя излучение от экрана телевизора намного сильнее, его опасность не обсуждается. Расстояние от наблюдателя до экрана определенно играет роль, однако никто пока не жаловался на излучение персональных компьютеров, используемых для блуждания по Интернету или для игр. Достаточно странно, но только могптторы на рабочем месте излучают слишком сильно.

Клавиатура (keyboard) - это самое распространенное устройство ввода. Буквенные и цифровые клавиши имеют везде одинаковое значение, исключая некото-Pbie национальные особенности. В то же время определение управляющих клавиш "е Стандартизировано, а их положение меняется в зависимости от конструкции •клавиатуры. При переходе на новую модель клавиатуры пользователь должен переучиваться заново, что приводит к трудностям и ошибкам в действиях на сенсомо-орном уровне.

Сл ""ьте мониторы и клавиатуры сконструированы для применения в офисе и, Довательно, не годятся для производственных условий с высокой влажностью, Ь1ленностью и вибрацией. Для работы на клавиатуре необходима определенная д *иость пальцев, которая ограничивается, если оператор работает в перчатках, применения в промышленных условиях мониторы и клавиатуры выпускаются ециальиом прочном (промышленном) исполнении.

отя это и звучит старомодно, недорогим и практичным устройством ввода/вы-

ЛЛаиоЛ„.-------- --.-----•------------------

е J, ----........ , --J-Jщcиllt; является закс

связано с другой информацией, и пользователь не должен ждать

слишком

долго завершения печати, чтобы получить полную картину ситуации. Преимущесхвц печатающего устройства в том, что носитель информации (бумагу) можно хранить в архиве в качестве протокола без какой-либо обработки.

Панели (щиты) управления {control panel) были распространены в основном в 1950-70-е годы, когда устройства интерфейса процесса подключались каждое к своему индикатору и устройству управления, расположенным в едином центре. Панели управления имели индикаторы в виде ламп и стрелочных приборов для вывода информации и выключатели или цифровую клавиатуру в качестве устройств ввода Панели управления можно использовать при весьма ограниченном количестве входных/выходных данных и жестко определенных командах. Если панели управления используются в основном как устройства отображения, их называют мозаичными {mosaic board) или имитаторными панелями {mimic board).

Мозаичные панели применяются в настоящее время для отображения процессов со значительной пространственной протяженностью, например железнодорожных путей или трубопроводов, поскольку во многих случаях рассматривать такую систему по частям на экране монитора неестественно. Мозаичные панели можно использовать для отображения общего состояния технической системы, а на монитор выводить детальную информацию об определенных ее частях. Например, в системе управления железнодорожным движением большой мозаичный щит перед глазами диспетчеров показывает протяженность дорог, положение поездов и состояние наиболее важных сигналов. По запросу на экран можно выводить более подробную информацию об определенных узлах, поездах и другом оборудовании.

Щиты управления оснащаются визуальными и звуковыми индикаторами аварийных состояний, которые обычно управляются ЭВМ. Они используются, чтобы немед ленно привлечь внимание оператора, даже если он занят чем-то другим. Параметры звукового устройства (громкость, частота) должны регулироваться. Такие устройства должны обязательно иметь быструю и доступную команду сброса, чтобы излишне не раздражать оператора после того, как ои принял аварийный сигнал.

Указательные устройства прямого действия - световые перья и сенсорные экраны - особой популярностью пока не пользуются. Перемещение руки от рабочего стола к экрану и обратно весьма утомительно, требует времени, а точность движения ограничена. Выбор определенной точки на экране пальцем или световым пером требует больше времени, чем с помощью непрямого управляющего устройства - мыШИ {mouse) или трэкбола {trackball). К тому же в первом случае имеется эффект "отпе чатка пальца". Световое перо и сенсорный экран тем не менее полезны в случаях, ког да применение полной клавиатуры неоправдано или невозможно, а диалог можно организовать в виде небольшого набора меню с ограниченным числом альтернат Но даже и здесь небольшая клавиатура легко заменяет сенсорный экран. Тем нее сенсорные экраны весьма популярны в системах управления станками и в о доступных информационных системах, например в банкоматах или справочных осках. Для таких приложений характерно, что пользователь стоит, число опера ограничено, а само устройство подвержено риску случайного или преднамеренн-повреждения, поэтому механическая прочность для таких терминалов является новным требованием.

Мыши, трэкболы и джойстики являются указательными устройствами непря го действия для управления положением маркера или курсора на экране терминал Выбранный объект или поле подсвечиваются, и в результате возникает немедлеНй

визуальная обратная связь. Выбранный вариант подтверждается нажатием клавиши, например клавиши мыши. Точность позиционирования намного выше, чем у сенсорного экрана или светового пера. Следует отметить, что джойстик и мышь вначале были предназначены для детей. Позднее их удобство по достоинству оценили и взрослые.

Мышь, трэкбол и джойстик {joystick) - это недорогие и простые устройства ввода, которые можно использовать для быстрого управления процессами с немедленной обратной связью: мышь и трэкбол - для указания объектов на экране, джойстик - для дистанционного управления механическим исполнительным устройством, например роботом-манипулятором. Все эти устройства сами по себе неточны, но допускают быструю коррекцию. Человек выступает в роли "корректирующей обратной связи" - либо на основе зрительной информации с экрана, либо наблюдая за положением исполнительного механизма. Очевидно, что джойстик не годится для управления химическим реактором, поскольку это устройство не обеспечивает должную точность, а медленная динамика химического процесса не требует использования быстродействующего устройства ввода. Для управления процессом этого типа больше подходит потенциометр или устройство цифрового ввода информации.

Производители ВТ вложили значительные средства в развитие систем распознавания речи. В последние десятилетия переодически казалось, что рещение уже найдено, но каждый раз выяснялось, что это еще не совсем то. Доступные сегодня системы могут распознать слова, которые произносятся раздельно и соответствуют предварительно записанным образцам. До тех пор пока ЭВМ не сможет декодировать нормальную речь с различными интонациями и акцентами, особенно в неблагоприятных условиях производства с громкими посторонними шумами, использование интерфейсов с распознаванием речи будет, скорее всего, ограничено.

Синтез речи технически проще, чем распознавание, и на рынке предлагаются соответствующие продукты. Недостатком систем, использующих речевые синтезаторы, является то, что их сообщения произносятся внезапно, когда пользователь их не ожидает и, следовательно, может не обратить на них внимание. Синтезированный компьютером голос удивительно похож на человеческий, но все же в нем отсутствуют интонации, модуляции и ударения, которые являются важными составляющими человеческого голоса и сами по себе передают обширную информацию.

Приведенное в следующем разделе описание предполагает, что интерфейс пользователя построен на основе монитора, который позволяет выделять определенную группу данных, клавиатуры с функциональными клавишами и устройства указания типа мыши или трэкбола. Это оборудование доступно, дешево и широко распространено. Многие из приведенных ниже рассуждений можно использовать и при Проектировании специальных терминалов и панелей управления.

1 -5. Проектирование интерфейса пользователя 1-5.1. Общие принципы

Общие принципы взаимодействия между людьми и машинами, изложенные в Предыдущих разделах, являются фундаментом при проектировании интерфейса Пользователя. Необходимо тщательно проектировать аппаратное и программное Обеспечение и подбирать комплектующие. Сегодня ВТ обладает большими воз-