Особенности классификации системы «человек – машина»

1. Особенности классификации системы «человек – машина».

Под системой в общей теории систем понимается комплекс взаимосвязанных и взаимодействую­щих между собой элементов, предназначенный для реше­ния единой задачи. Системы могут быть классифицированы по различным признакам. Одним из них яв­ляется степень участия человека в работе системы. С этой точки зрения различают автоматические, автоматизиро­ванные и неавтоматические системы. Работа автоматиче­ской системы осуществляется без участия человека. В не­автоматической системе работа выполняется человеком без применения технических устройств. В работе автомати­зированной системы принимает участие как человек, так и технические устройства. Следовательно, такая система представляет собой систему «человек — ма­шина» .

На практике применяются самые разнообразные виды систем «человек — машина». Основой их классификации могут явиться следующие четыре группы признаков: целе­вое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура машинного звена, тип взаимодей­ствия компонентов системы.

Целевое назначение системы оказывает определяющее влияние на многие ее характеристики и поэтому является исходным признаком. По целевому назначению можно вы­делить следующие классы систем:

а) управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной (или комплексом);

б) обслуживающие, в которых человек контролирует состояние машинной системы, ищет неисправности, произ­водит наладку, настройку, ремонт и т.п.;

в) обучающие, т. е. вырабатывающие у человека опре­деленные навыки (технические средства обучения, трена­жеры и т. п.);

г) информационные, обеспечивающие поиск, накопле­ние или получение необходимой для человека информации (радиолокационные, телевизионные, документальные си­стемы, системы радио и проводной связи и др.);

д) исследовательские, используемые при анализе тех или иных явлений, поиске новой информации, новых зада­ний (моделирующие установки, макеты, научно-исследо­вательские приборы и установки).

Особенность управляющих и обслуживающих систем заключается в том, что объектом целенаправленных воз­действий в них является машинный компонент системы. В обучающих и информационных СЧМ направление воз­действий противоположное — на человека. В исследова­тельских системах воздействие имеет и ту, и другую на­правленность.

По признаку характеристики «человеческого звена» можно выделить два класса СЧМ: а) моносистемы, в состав которых входит один человек и одно или несколько технических устройств; б) полисистемы, в состав которых входит некоторый коллектив людей и взаимодействующие с ним одно или комплекс технических устройств.

Полисистемы в свою очередь можно подразделить на «паритетные» и иерархические (многоуровневые). В пер­вом случае в процессе взаимодействия людей с машин­ными компонентами не устанавливается какая-либо под­чиненность и приоритетность отдельных членов коллек­тива. Примерами таких полисистем может служить си­стема «коллектив людей — устройства жизнеобеспечения» (например, система жизнеобеспечения на космическом корабле или подводной лодке). Другим примером может быть система отображения информации с большим экра­ном, предназначенная для использования коллективом операторов.

В отличие от этого в иерархических СЧМ устанавли­вается или организационная, или приоритетная иерархия взаимодействия людей с техническими устройствами. Так, в системе управления воздушным движением диспетчер аэропорта образует верхний уровень управления. Следую­щий уровень — это командиры воздушных судов, действи­ями которых руководит диспетчер. Третий уровень — остальные члены экипажа, работающие под руководством командира корабля.

По типу и структуре машинного компонента можно вы­делить инструментальные СЧМ, в состав которых в каче­стве технических устройств входят инструменты и при­боры. Отличительной особенностью этих систем, как пра­вило, является требование высокой точности выполняемых человеком операций.

Другим типом СЧМ являются простейшие человеко-машинные системы, которые включают стационарное и не­стационарное техническое устройство (различного рода преобразователи энергии) и человека, использующего это устройство. Здесь требования к человеку существенно раз­личаются в зависимости от типа устройства, его целевого назначения и условий применения. Однако их основной особенностью является сравнительная простота функций человека.

Следующим важным типом СЧМ являются сложные человеко-машинные системы, включающие помимо использу­ющего их человека некоторую совокупность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению аппаратов, устройств и машин, предназна­ченных для производства определенного продукта (энергетическая установка, прокатный стан, автоматическая поточная линия, вычислительный комплекс и т. п.). В этих системах, как правило, связанность технологического про­цесса обеспечивается локальными системами автоматиче­ского управления. В задачу человека входит общий кон­троль за ходом технологического процесса, изменение режимов работы, оптимизация отдельных процессов, на­стройка, пуск и остановка.

Еще более сложным типом СЧМ являются системотех­нические комплексы. Они представляют собой сложную техническую систему с не полностью детерминированными связями и коллектив людей, участвующих в ее использо­вании. Для систем такого типа характерным является вза­имодействие не только по цепи «человек — машина», но и по цепи «человек — человек — машина». Другими сло­вами, в процессе своей деятельности человек взаимодей­ствует не только с техническими устройствами, но и с дру­гими людьми. При всей сложности системотехнических комплексов их в большинстве случаев можно представить в виде иерархии более простых человеко-машинных си­стем. Типичными примерами системотехнических комплек­сов различного уровня и назначения могут служить судно, воздушный лайнер, промышленное предприятие, вычисли­тельный центр, транспортная система и т. п.

В основу классификации СЧМ по типу взаимодействия человека и машины может быть положена степень непре­рывности этого взаимодействия. По этому признаку раз­личают системы непрерывного (например, система «води­тель— автомобиль») и эпизодического взаимодействия. Последние, в свою очередь, делятся на системы регуляр­ного взаимодействия. Примером си­стемы регулярного взаимодействия может служить система «оператор — ЭВМ». В ней ввод информации и получение результатов определяются характером решаемых задач, т. е. режимы взаимодействия во времени регламентиру­ются характером и объемом вычислений. Стохастическое эпизодическое взаимодействие имеет место в таких систе­мах, как «оператор — система централизованного кон­троля», «наладчик — станок» и т. п.

Рассмотренная классификация СЧМ не является един­ственно возможной. Примеры иных подходов к решению этой задачи приводятся в специальной литературе.

Однако несмотря на большое разнообразие систем «че­ловек — машина», они имеют целый ряд общих черт и особенностей. Эти системы являются, как правило, динамиче­скими, целеустремленными, самоорганизующимися, адап­тивными.

Системы «человек — машина» относятся к классу слож­ных динамических систем, т. е. систем, состоящих из взаи­мосвязанных и взаимодействующих элементов различной природы и характеризующихся изменением во времени состава структуры и взаимосвязей. Из этого следуют характерные особенности, присущие СЧМ как сложной ди­намической системе:

разветвленность структуры (или связей) между эле­ментами (человеком и машиной); разнообразие природы элементов (в состав СЧМ могут входить человек, коллектив людей, автоматы, машины, комплексы машин и т.д.);

перестраиваемость структуры и связей между элемен­тами (например, при нормальном ходе технологического процесса оператор лишь следит за ходом его протекания, т. е. включен в контур управления как бы параллельно; при отклонении от нормы оператор берет управление на себя, т. е. включается в контур управления последова­тельно);

автономность элементов, т. е. способность их автономно выполнять часть своих задач.

Системы «человек — машина» относятся также к клас­су целеустремленных систем. В общем случае считается, что система действует целеустремленно, если она продол­жает преследовать одну и ту же цель, изменяя свое поведе­ние при изменении внешних условий. Существен­ной особенностью целеустремленных систем является их способность получать одинаковые результаты различными способами. Системы этого класса могут изменять свои за­дачи; они выбирают как сами задачи, так и средства их реализации. Целеустремленность СЧМ обусловлена тем, что в нее включен человек. Именно он ставит цели, опреде­ляет задачи и выбирает средства достижения цели.

Системы «человек — машина» можно рассматривать и как адаптивные системы. Свойство адаптации заключа­ется в приспособлении СЧМ к изменяющимся условиям работы, в изменении режима функционирования в соответ­ствии с новыми условиями. Для повышения эффективно­сти СЧМ необходимо предусмотреть возможность адапта­ции как внутри самой системы, так и по отношению к внеш­ней среде. До недавнего времени свойство адаптации СЧМ реализовалось благодаря приспособительным' возможностям человека, гибкости и пластичности его поведения, возможности его изменения в зависимости от конкретной обстановки. В настоящее время, как отмечалось в гл. 1, на повестку дня ставится вопрос о создании СЧМ, в кото­рых свойство адаптации реализуется путем соответствую­щего технического обеспечения. Речь идет о создании та­ких технических средств, которые могут изменять свои параметры и условия деятельности в зависимости от теку­щего конкретного психофизиологического состояния чело­века и показателей эффективности его деятельности.

И наконец, системы «человек — машина» можно отне­сти к классу самоорганизующихся систем, т. е. систем, спо­собных к уменьшению энтропии (неопределенности) после вывода их из устойчивого, равновесного состояния под действием различного рода возмущений. Это свойство ста­новится возможным благодаря целенаправленной деятель­ности человека, способности его планировать свои дей­ствия, принимать правильные решения и реализовывать их в соответствии с возникшими обстоятельствами. Спо­собность к адаптации и самоорганизации обусловливает такое важное свойство систем «человек — машина», каким является их живучесть.

Из всего сказанного видно, что рассмотренные особен­ности СЧМ определяются наличием в их составе человека, его возможностью правильно решать возникающие задачи в зависимости от конкретных условий и обстановки. Это лишний раз показывает, что исходным пунктом анализа и описания СЧМ должна быть целесообразная деятельность человека.

На основании вышеизложенного можно в общих чертах охарактеризо­вать некоторые важнейшие принципы системного подхода к изучению СЧМ. Суть их сводится к следующему.

1. Возможно более полное и точное определение назна­чения системы, ее целей и задач. Это требует, в свою оче­редь, анализа состава и значимости отдельных целей, под­целей и задач; определения возможности их осуществи­мости и требуемых для этого средств и ресурсов; опре­деления показателей эффективности и целевой функ­ции СЧМ.

2. Исследование структуры системы, и прежде всего состава входящих в нее компонентов, характера межкомпонентных связей и связей системы с внешней средой, про­странственно-временной организации компонентов системы и их связей, границ системы, ее изменчивости и осо­бенностей на различных стадиях существования (жизнен­ного цикла).

3. Последовательное изучение характера функциони­рования системы, в том числе: всей системы в целом, от­дельных подсистем в пределах целого, изменчивости функ­ций и их особенностей на разных стадиях существования системы.

4. Рассмотрение системы в динамике, в развитии, т. е. на различных этапах ее жизненного цикла: при проектиро­вании, производстве и эксплуатации.

На последнем из этих принципов следует остановиться особо. В ряде случаев рамки инженерной психологии не­правомерно суживают, отводя ей лишь роль проектировоч­ной дисциплины. Проекти­ровочная сущность инженерной психологии приобретает в настоящее время решающее значение. Однако только ею не ограничивается проблематика инженерной психологии. Для того чтобы были реализованы все потенциальные воз­можности систем «человек — машина», необходим также правильный учет инженерно-психологических требований в процессе их производства и эксплуатации. Это приводит к необходимости создания единой системы инженерно-психологического обеспечения систем «человек — ма­шина» на всех этапах их жизненного цикла.

Под инженерно-психологическим обеспечением пони­мается весь комплекс мероприятий, связанных с организа­цией учета человеческого фактора в процессе проектиро­вания, производства и эксплуатации СЧМ. Проблема инже­нерно-психологического обеспечения имеет два основных аспекта: целевой и организационно-методический (табл. 3.1). Первый из них связан с непосредственным выполнением работ по учету человеческого фактора на каждом из этапов жизненного цикла СЧМ; его содержание целиком и пол­ностью определяется проблематикой инженерной психо­логии. Второй аспект связан с орга­низационно-методическим обеспечением работ по учету человеческого фактора.

Содержание инженерно-психологического обеспечения СЧМ

Этап жизненного цикла	Аспект инженерно-психологического обеспечения
	целевой	организационно-методический
Проекти­рование	Определение функций че­ловека в проектируемой СЧМ и оценка его психофи­зиологических возможностей по их выполнению (инже­нерно-психологическое про­ектирование)	Разработка нормативных и справочно-методических материалов по инженерно-психологическому проекти­рованию деятельности опе­ратора. Организация труда коллек­тива проектировщиков
Производ­ство	Учет психофизиологиче­ских свойств человека в про­цессе производства (усло­вия труда, режимы труда и отдыха, взаимосвязи опера­торов в групповой деятель­ности и т. п.)	Разработка нормативных и справочно-методических материалов по учету челове­ческого фактора в процессе производства
Эксплуа­тация	Учет психофизиологиче­ских возможностей челове­ка при эксплуатации тех­ники (профессиональный отбор, обучение, трениров-•гки, формирование оператор­ских коллективов, организа­ция их труда)	Разработка методик по профессиональному отбору (если это необходимо) и под­готовке операторов, подбору коллективов, организации труда. Разработка норма­тивных документов, регла­ментирующих применение этих методик

Он включает в себя разработку необходимых справочно-методических материалов, с по­мощью которых можно выполнять эти работы, а также разработку нормативных документов, регламентирующих (в частности, утверждающих) степень и полноту учета че­ловеческого фактора при проектировании, производстве и эксплуатации СЧМ.

При отсутствии таких документов проведение работ по учету человеческого фактора не будет являться обязательным мероприятием, и поэтому задача инженерно-психологического обеспечения не может счи­таться полностью решенной.