Часть 4. Системы человек-машина 10 страница

В системах со знаковой индикацией информация о каждом из объектов очень часто передается с помощью набора знаков (формуляров). Формуляром называется компактная таблица различных знаков, каждый из которых несет информацию о том или ином параметре управляемого объекта (рис. 9.10).

Инженерно-психологические требования к акустическим индикаторам

Большая часть информации (около 90%) поступает к оператору в виде зрительно воспринимаемых сигналов. Однако в некоторых случаях более целесообразным является применение для передачи информации оператору акустических сигналов. Звуковые индикаторы целесообразно применять в следующих случаях:

если информация, подлежащая обработке, простая, краткая и требует немедленной реакции;

если применение визуальной индикации ограничивается информационной перегрузкой оператора или условиями его работы (низкая или очень большая освещенность, необходимость постоянного перемещения оператора, вуализирующее действие примесей, находящихся в воздухе: дым, туман, водяные пары и т. п.);

если нужно предупредить оператора о поступлении последующего сигнала;

если необходима иди желательна голосовая связь.

Более подробные рекомендаций по использованию зрительной и слуховой формы предъявления информации приведены в табл. 9.4.

Акустические сигналы могут передаваться или в форме определенных звуков, являющихся кодом, или в речевой форме. Звуковые сигналы имеют предпочтение перед речевыми в тех случаях, когда: сообщение крайне простое; оператор специально натренирован понимать смысл закодированных сигналов; сигнал обозначает момент времени, который не имеет абсолютного значения; сообщение требует немедленного действия; условия работы (шум) неблагоприятны для получения речевых сообщений; речевое сообщение будет маскировать другую речь или мешать другим операторам, для которых данное сообщение не предназначено.

Звуковые сигналы служат для предупреждения оператора о грозящей опасности, для настораживания его и настраивания на возможность перехода системы или оборудования в критическое состояние, для напоминания о необходимости предпринять какие-либо действия, для привлечения внимания оператора. Некоторые рекомендации по проектированию звуковых устройств для сигналов тревоги и предупреждения приведены в табл. 9.5.

Источниками звуковых сигналов могут быть: гудки, сирены, свистки, колокола, зуммеры, генераторы звуковых колебаний.

Речевые сигналы имеют предпочтение перед звуковыми в случаях, когда: сообщение сложное; необходимо иметь возможность опознать источник сообщения; слушатель (оператор) специально не натренирован понимать значение закодированных сигналов; необходим быстрый двусторонний обмен информацией; сообщение относится к будущему времени и требует подготовительных операций; возможны ситуации большой психической напряженности, в которых нельзя поручиться за точность и своевременность декодирования сигналов оператором.

Речевые сигналы часто используются в качестве сигналов предупреждения. Такой способ, наиболее эффективен в условиях большой загрузки зрительного анализатора.

Так, например, в системе управления энергоблоком с целью разгрузки зрительного анализатора оператора часть информации предъявляется ему в виде речевых сигналов (табл. 9.6). Это позволило снять со зрительного и перенести на слуховой канал около 30% всей представляемой информации.

Принятая при управлении энергоблоком структура речевых сообщений позволяла не изменять существительные по падежам и соответственно синтезировать необходимые сообщения из слов, а не из отдельных фонем. Выделены слова и устойчивые словосочетания, необходимые для формирования сообщений (около 180), определена частота появления различных слов в сообщении и средняя длина сообщения (3–4 слова), а также число одновременно появляющихся сообщений (не более 10). Для синтеза таких сообщений может быть использован магнитный барабан с аналоговой записью на 40–50 дорожках.

Основные требования к сигналам, формируемым синтезаторами речи, заключаются в следующем. Уровень речевых сигналов должен быть на 10–20 дБ выше уровня помех в месте расположения оператора, принимающего этот сигнал. Голос, используемый для записи речевых сигналов, должен быть хорошо различимым. Сообщения целесообразно произносить беспристрастным и спокойным голосом. Слова в сообщении должны быть, разборчивыми, соответствующими смыслу ситуации и краткими.

Построение систем отображения информации

В современных СЧМ возникает, как правило, необходимость отображения довольно больших объемов информации. Поэтому возникает задача на основе общих инженерно-психологических требований к отображению информации и частных требований к отдельным видам зрительной и акустической индикации, рационально разработать системы отображения информации. В качестве отдельных их составляющих, используются обычно рассмотренные выше элементы зрительной и акустической индикации.

Разработка системы отображения информации (синтез информационной модели объекта управления) включает определение: какую информацию (или информацию о чем) выдавать человеку и в какой форме (или в каком виде) это лучше всего делать.

В более развернутом плане решение этих задач заключается в следующем:

Психологический анализ деятельности оператора в СЧМ и определение информации, необходимой ему для выполнения заданных функций.

Согласование интенсивности потока сигналов с реальной производительностью оператора с целью достижения наивысшей эффективности системы путем подбора специального алгоритма работы информационной системы.

Выбор конкретных типов отдельных средств отображения информации по существующей классификации.

Составление инженерно-психологических требований к системе отображения информации в целом и ее отдельным элементам.

Композиционное и цветовое решение системы отображения информации.

Оценка и сравнение полученных вариантов на основе объективных критериев.

Работа по решению всех перечисленных задач создания систем отображения включает в себя несколько фаз, последовательно протекающих во времени.

На первой, начальной фазе, выполняется следующая работа:

анализ процессов управления, определение целей, назначения и условий работы системы «человек – машина»;

построение оптимальной иерархической структуры оперативного и диспетчерского управления;

анализ функций, границ и связей той ступени иерархической системы управления, для которой разрабатывается данная система отображения информации.

Следующаяфаза разработки системы отображения информации носит организационный характер. Основной задачей этой фазы является планирование всей последующей работы. Поэтому здесь прорабатываются такие вопросы, как распределение функций между человеком и автоматическими устройствами, составление перечня функций информационной системы, выбор показателей и критериев оценки эффективности СЧМ. Выбранные показатели должны быть двух видов: общие показатели эффективности СЧМ с учетом всей совокупности выявленных факторов и частные показатели оценки оптимальности вариантов СОИ как одного из важнейших факторов.

Целью третьейфазы является разработка технического задания на конструирование системы отображения информации. Здесь производится:

подробное описание функций оператора, способов и последовательности решения им задач, определение требований к скорости и точности действия оператора;

выбор наиболее представительной информации, необходимой оператору для эффективного выполнения своих функций;

составление алгоритмов переработки информации оператором;

анализ потока сигналов при различных режимах работы СЧМ и согласование его интенсивности с реальной пропускной способностью человека-оператора;

распределение сигналов по их важности, частоте появления, принадлежности к различным элементам СЧМ;

выбор принципа действия информационной системы и порядка подачи сигналов на СОИ;

выбор конкретных средств отображения информации.

Одним из основных методов расчета характеристик на этой фазе является построение моделей деятельности оператора с использованием аппарата теории массового обслуживания (ТМ-модели) и теории информации (ТИ-модели).

Применение. ТИ-моделей определяется условием адекватного описания потоков информации, принимаемых оператором. Это возможно прежде всего в том случае, если удается ввести категорию ценности информации. Один из возможных путей заключается в разделении оперативных задач на классы по трудности их решения. Для каждого класса определенным образом задаются вероятности поступления отдельных сигналов. Это делается с таким расчетом, чтобы для каждого более высокого класса распределение вероятностей больше отличалось от равновероятного. Например, нарастающая сложность задач может характеризоваться ростом показателя степени аргумента на единицу при переходе из класса в класс.

Необходимым условием применения ТМ-моделей является возможность описания поступающей к оператору информации в терминах входящего потока заявок. Категория ценности выражается в этом случае посредством введения приоритетов. Оба класса моделей находят широкое применение в практике инженерно-психологического проектирования СОИ; в настоящее время трудно отдать какое-либо предпочтение тому или иному виду моделей.

Четвертой фазой работ по созданию СОИ является разработка технического проекта. Здесь решается целый ряд новых задач, таких, как разработка общей структуры СОИ и ее функциональных компонентов, составление алгоритма работы информационной системы, выбор способа кодирования информации и составление алфавита знаков, выбор отдельных характеристик индикационных элементов, составление спецификации комплектующих элементов, художественно-композиционное и цветовое решение СОИ.

Последней, пятойфазой создания СОИ является разработка и испытание опытных образцов различных вариантов СОИ. Опытные образцы бывают различных типов, однако все их можно разделить на две группы: лабораторные и промышленные.

Данная фаза включает в себя последовательное решение следующих задач:

создание макетов СОИ, в том числе действующих;

уточнение внешних условий работы оператора (освещение, микроклимат, шумовой фон);

проведение экспериментальных исследований с целью сравнительной оценки эффективности действий оператора с различными вариантами СОИ, при этом особенно важно точно смоделировать в лаборатории реальную деятельность оператора;

составление перечня требований к профессиональным и личностным качествам операторов, создание инструкций по отбору, обучению и работе операторов;

уточнение проектных решений (при необходимости некоторые из ранее рассмотренных пунктов повторяются).

Если рассмотреть весь процесс создания СОИ, то нетрудно заметить, что он может быть разделен как бы на два уровня в соответствии с масштабом вопросов, решаемых на том или ином этапе. Верхний уровень включает более крупные, общие вопросы, такие, как определение общих требований к системе «человек – машина», разделение функций между оператором и техническими устройствами, согласование потока сигналов с реальной производительностью оператора, поиск возможных вариантов СОИ, удовлетворяющих требованиям системы, выбор экспериментальных методик и аналитического аппарата.

На нижнем уровне решаются более частные вопросы, связанные с конкретизацией выбранных ранее принципиальных положений, осуществляется разработка конструкции СОИ, макетирование, изготовление образцов.

Проектирование органов управления

Классификация и общие инженерно-психологические требования к органам управления

С помощью органов управления оператор в системе «человек – машина» осуществляет исполнительные (управляющие) воздействия. Типы органов управления, их количество и способы взаимного размещения следует выбирать с учетом особенностей движений человека, характера его функций в системе «человек – машина», последовательности и степени важности операций, требуемой точности и скорости работы.

Проектирование органов управления имеет своей конечной целью обеспечение человеку возможности быстрого нахождения необходимого органа управления и выполнения требуемого действия с заданной точностью и в пределах допустимого времени. При решении этой задачи должны быть учтены также возможные конструктивные и технические ограничения. К их числу относятся размеры рабочей зоны (в некоторых случаях она может быть ограниченной, например в шахте, космическом корабле, самолете), возможные схемные решения аппаратуры, факторы внешней среды (например, во взрывоопасных помещениях недопустимо использование тех органов управления, при срабатывании которых образуется искрение, даже если они и являются предпочтительными по инженерно-психологическим или экономическим соображениям). Иными словами, при проектировании органов управления в системе «человек – машина» необходимо обеспечить единое выполнение технических и инженерно-психологических требований.

Органы управления в системе «человек – машина» используются для решения следующих задач: ввода командной (цифровой и логической) информации, установки требуемых режимов работы аппаратуры, регулировки различных параметров, вызова информации для контроля и т. п. Для решения этих задач используются различные типы органов управления, которые могут быть классифицированы по ряду признаков (рис. 10.1).

По характеру выполняемых человеком движений различают:

Органы управления, требующие движений включения, выключения или переключения (нажатие кнопки, перемещение рычага, поворот ручки). Движения в этом случае простые, хотя двигательный акт складывается из довольно значительного количества микродвижений пальцев.

Органы управления, требующие повторяющихся движений: вращательных, нажимных, ударных (печатание перфокарт, работа на пишущей машинке или телеграфном аппарате, передача и кодирование информации). Значительную роль здесь играет темп движений; например, установлено, что максимальный темп вращения для ведущей руки составляет 4,83 оборота в секунду, для неведущей – 4,0 оборота в секунду. У опытных машинисток и телеграфистов можно заметить увеличенный темп работы за счет того, что они частично предугадывают сигналы.

Органы управления, требующие точных дозированных движений, например, для настройки и нацеленной установки параметров. Движения при этом дозируются по силовым, пространственным и временным параметрам.

По характеру перемещения органы управления могут быть линейными, вращающимися или смешанными. В зависимости от характерных движений рук органы управления разделяются на: требующие только движения пальцев; пальцев и кисти; пальцев, кисти и предплечья; пальцев, кисти, предплечья и плеча; пальцев, кисти, предплечья, плеча и плечевого сустава.

По назначению и характеру использования оператором органы управления разделяются на следующие группы:

оперативные (основные), используемые постоянно, для программного управления, установки режимов работы, длительного регулирования параметров системы, ввода управляющей и командной информации; используемые периодически (обычно это вспомогательные органы управления для включения и выключения аппаратуры, периодического контроля ее работоспособности и выполнения других операций, не требующих высокой скорости управляющих воздействий);

используемые эпизодически, связанные с настройкой, калибровкой основной аппаратуры и регулировкой работы вспомогательного оборудования, регламентными работами, подключением к индикаторам датчиков измеряемых параметров и выполнением других эпизодических операций.

И, наконец, по конструктивному исполнению органы управления распределяются на целый ряд подгрупп: кнопки, тумблеры, рукоятки, селекторные переключатели, педали и т. п.

Приведенная классификация необходима для проведения сравнительной оценки различных видов органов управления, выбора из них наиболее предпочтительных для того или иного вида деятельности, выработки общих требований к данному типу органов управления.

Независимо от типа и характера применяемых органов управления при их выборе и проектировании необходимо учитывать целый ряд общих инженерно-психологических требований. Основными из них являются следующие.

Расположение органов управления должно осуществляться с учетом принципа экономии движений. Это означает, что их количество и траектории должны быть сведены до минимума; сами движения должны быть простыми и ритмичными; каждое движение должно заканчиваться в положении, удобном для начала следующего движения; предыдущие и последующие движения должны быть плавно связаны; работу, выполняемую оператором, по возможности следует распределить между обеими руками.

Последовательные регулировки органов управления должны быть взаимосвязаны так, чтобы одно движение легко переходило в другое, причем последовательные регулировки, выполняемые быстро, одна за другой, должны иметь одинаковые направления движения. Характер движений при регулировке и управлении техникой должен быть однотипен в пределах аппаратуры, обслуживаемой одним оператором, а сами регулировки и управляющие действия должны выполняться минимальным количеством движений.

При размещении органов управления следует учитывать зоны досягаемости рук человека. Оперативные, т. е. наиболее важные и часто используемые, органы управления необходимо размещать в пределах оптимальной зоны, которая обеспечивает быстрые, точные и наименее утомительные движения. При большом количестве органов управления и невозможности размещения их в пределах оптимальной зоны допускается расположение оперативных органов управления в пределах допустимой зоны досягаемости.

Вспомогательные органы управления могут размещаться в пределах допустимой или даже максимальной зоны досягаемости. Эпизодически используемые органы управления могут размещаться и за пределами зон досягаемости или быть скрыты под лицевой или боковой панелью пульта управления, но при условии обеспечения в случае необходимости легкого доступа к ним. Исключение составляют те случаи, когда вспомогательные органы управления связаны с индикатором, расположенным в рабочей зоне оператора. В этом случае они должны быть перенесены в зону допустимой досягаемости.

Например, некоторые органы управления телевизионными приемниками (размер кадра, частота кадров и строк) расположены на задней стенке телевизора. По своему назначению эти органы управления являются регулировочными, поэтому при работе с ними необходимо видеть результат регулировки на экране телевизора. Однако сделать это затруднительно, поскольку экран и органы управления расположены на противоположных сторонах телевизора. В данном случае размещение регулировочных органов управления за пределами зоны досягаемости, хотя включение в работу их осуществляется лишь эпизодически, является нецелесообразным.

При установке органов управления необходимо учитывать привычные для человека стереотипы движений. Положениям «Пуск», «Включено», «Увеличение», «Подъем», «Открытие» или движениям «Вперед», «Вправо», «Вверх» должны соответствовать перемещения рычагов вверх, от себя; вправо, повороты маховичков или ручек по часовой стрелке, а для кнопок – нажатие верхних, передних или правых кнопок. Для органов ножного управления установлены следующие соответствия: при нажатии педали – «Включено», «Увеличение»; при отпускании педали – «Выключено», «Уменьшение».

В целом же перемещения органов управления, которые отвечают «естественным» движениям оператора, более эффективны и менее утомительны, чем перемещения, которые кажутся ему неудобными или трудными. Перемещения органов управления должны быть по возможности короткими, согласованными с требованиями точности и ощущением положения органа.

Органы управления должны обладать достаточным сопротивлением, чтобы уменьшать возможность случайного включения их под тяжестью руки или ноги. Кроме того, важно иметь в виду, что ощущение усилия человеком важно для регулирования его движений. Для органов управления, требующих единичного приложения усилия или непрерывного приложения усилия в течение коротких периодов, рациональным максимальным сопротивлением является половина наибольшего усилия, развиваемого оператором. При этом необходимо иметь в виду следующее. Когда сидящий оператор должен прикладывать к органу управления силу, большую 2,3 кГ, необходимо обеспечивать для него соответствующую опору, например спинку при движении органа управления «от себя» и подножку для движения «на себя».

При необходимости установки органа управления в строго заданное положение (точная регулировка) необходимо обеспечить поддержку для работающей руки, например, при работе с органами управления, приводимыми в действие рукой, обеспечить опору для руки или на кресле либо, если это возможно, на самой приборной доске.

При проектировании органов управления следует предусмотреть меры по исключению случайного или несвоевременного срабатывания тех органов, которые связаны с возможностью возникновения аварийной ситуации. Такие органы управления должны обеспечиваться блокировкой или сигнализацией (световой или звуковой), включаемой при запрещении работы с ними.

Возможность случайного или несвоевременного включения можно также устранить:

применением дополнительных органов управления, используемых до, одновременно или после манипулирования с органом управления, подлежащим блокировке;

расположением органов управления на одном уровне с панелью или ниже ее уровня;

установкой защитных крышек, планок, скобок и т. п., закрывающих органы управления или фиксирующих их в одном положении.

Для облегчения управления, уменьшения ошибок и времени поиска органа управления можно использовать различные методы их кодирования. Одним из наиболее употребительных способов является кодирование с помощью пояснительных надписей.

Надпись указывает назначение органа управления и дает информацию о регулируемом параметре. Надпись может выполняться или на самом органе управления, или непосредственно примыкать к нему. Надпись должна быть короткой и содержать только общепринятые сокращения. Специальные термины могут применяться только в том случае, когда они известны всем операторам. Абстрактные символы, требующие специальной тренировки, использовать не рекомендуется. Допустимы общепринятые символы типа +, – и т. п.,

В качестве дополнительных способов может использоваться кодирование органов управления формой и цветом. Кодирование формой наиболее целесообразно применять в том случае, когда оператор не имеет возможности визуально различать различные органы управления, а должен действовать, опираясь только на осязательный контроль. В качестве примера на рис. 10.3

Цвет как метод кодирования органов управления наиболее эффективен в сочетании с другими методами. С помощью цвета удобно производить группирование однотипных органов управления в случае их большого количества на пульте оператора. Кроме того, с помощью цвета выделяются органы управления, выполняющие разнотипные функции. Так, например, зеленый цвет используется для включающих органов управления, красный – для отключающих.

Органы управления могут приводиться в движение с помощью рук или ног оператора. Ручное управление предпочтительнее перед ножным, когда требуется высокая точность и скорость установки органа управления в определенное положение и нет необходимости в непрерывном или продолжительном приложении большого усилия (9 кГ и более). Ножное управление применяется обычно для разгрузки рук и экономии времени при большом количестве органов управления, небольшой точности регулировки и необходимости больших мышечных усилий.

Инженерно-психологические требования к отдельным типам органов управления

Для ввода информации оператором используются различные типы органов управления, каждый из которых предназначен для выполнения определенных функций. Некоторые рекомендации по выбору органов управления приводятся в табл. 10.1

К каждому типу органов управления предъявляются специфические инженерно-психологические требования. Рассмотрим их более подробно.

Кнопки и клавиши используются для ввода логической и цифровой информации и быстрого включения или отключения аппаратуры.

Оптимальное расположение кнопок должно быть на уровне локтя сидящего оператора так, чтобы рука была согнута в локтевом суставе на 90°, а предплечье лежало горизонтально. При коротких и одиночных нажимах на кнопку для повышения быстроты реагирования на сигнал следует размещать кнопку несколько приподнято над столом, чтобы угол между кистью и плоскостью стола составлял 30–45°.

При проектировании кнопочных пультов следует учитывать данные, приведенные в табл. 10.2.

Форма кнопок должна учитывать анатомическое строение пальцев руки человека. С этой точки зрения наиболее удобны, особенно при частом применении, кнопки четырехугольной формы с закругленными углами или закругленной верхней кромкой. Редко используемые кнопки могут быть круглыми. Для улучшения фиксации пальца на кнопке должна быть выполнена неглубокая насечка или выемка.

Конструктивное оформление кнопок должно предусматривать также экономию места на панели управления. Разрабатывая конструкцию кнопочного переключателя, желательно предусмотреть возможность замены кнопок, их различные варианты набора при установке на панели управления (вертикально или горизонтально) в зависимости от логики решения задачи и удобства работы оператора. Возможность случайного включения нескольких кнопок при нажатии одной должна быть сведена к минимуму. Вертикальное размещение ряда кнопок предпочтительнее горизонтального.

С целью облегчения работы оператора и повышения ее эффективности кнопки, клавиши и другие органы управления следует группировать по функциональным признакам. При этом целесообразно цветовое кодирование для выделения в группы кнопок, имеющих какие-либо функциональные особенности. Кнопки и клавиши по группам располагают обычно в виде горизонтальных и вертикальных рядов.

Оптимальный угол наклона клавиатуры кнопочного пульта равен 15°. Кнопки обычно располагаются правильными рядами, в каждом не более двадцати кнопок. Необходимо также логическое группирование кнопок на пульте управления.

В случае если действия оператора, связанные с работой на кнопочном пульте, можно разбить на операции и подоперации, применяется логическое группирование, когда операции осуществляются с помощью клавиш, а подоперации – с помощью кнопок. Если клавиша располагается горизонтально, то логически связанные с ней кнопки размещаются под ней; если клавиша располагается вертикально, то справа от нее.

В порядке последовательности операций клавиши или кнопки должны располагаться слева направо или сверху вниз.

При ярко выраженном хроматическом освещении (одним цветом) количество цветов кнопок должно быть максимально сокращено, и в этом случае кодирование цветом целесообразнее заменять кодированием формой. Кнопка «Пуск» должна быть белой, зеленой, а «Стоп» – красной, причем яркость красного цвета должна быть максимальной в данных условиях. Окрашивать кнопки не рекомендуется, лучше делать цветными наполнители (если кнопка из пластмасс).

Тумблеры применяются для реализации функций, требующих двух дискретных положений, а также в случае крайне ограниченного места. При групповой установке тумблеров их рекомендуется располагать горизонтальными, а не вертикальными (как кнопка) рядами. Это обеспечивает меньшее количество ошибок при выборе нужного тумблера. Плоскость движения тумблера должна совпадать с плоскостью направления взора. Расстояние между соседними тумблерами должно быть не менее 20мм, при одновременном действии несколькими пальцами – не менее 36мм.

При проектировании тумблеров следует учитывать данные, приведенные в табл. 10.3.

Величина сопротивления усилию зависит от длины плеча тумблера. Так, например, при длине до 30мм сопротивление составляет 0,3 – 0,5кГ. В этом случае тумблер управляется пальцами кисти, При длине 50мм сопротивление достигает 1,0кГ, управление осуществляется всей рукой.

Тумблеры, предназначенные для выполнения важных функций, снабжаются стопором или крышкой с таким расчетом, чтобы для их включения оператор должен был сделать по крайней мере два движения, Желательно, чтобы переключение сопровождалось щелчком.

Поворотные ручки применяются для плавной или ступенчатой регулировки и некоторых операций переключения при незначительных усилиях (до 5кГ). При необходимости различать положение немного оборотной ручки на ней предусматривают указатель или метку. При проектировании поворотных ручек необходимо учитывать данные, приведенные в табл. 10.4.

Дата добавления: 2014-12-29