ПРОБЛЕМА «ЧЕЛОВЕК-МАШИНА»

- комплекс вопросов, рассматривающих взаимодействие человека с машиной или автоматом в единой системе. Основные из них: исследование возможностей человека-оператора как звена системы «человек—машинам (СЧМ), оптим. распределение ф-ций между человеком и машиной, синтез глобального критерия оценки качества СЧМ, инженерно-психологические исследования СЧМ и др.

Первый вопрос включает определение рабочих характеристик человека-оператора, представляющих собой матем. описание (матем. модель) его поведения, границы применимости полученной модели и т. д. При этом исследованию подвергаются все возможные каналы приема и передачи информации человеком — зрение, слух, речь, осязание и т. д. На основе рабочих характеристик определяются требования к информационной модели машины со стороны человека и исследуются потоки информации от СЧМ. «Машина» в данном случае означает совокупность технических устройств, сложность которых определяется конкретной задачей, «человек» — одного человека-оператора, либо группу операторов, взаимодействующих в едином комплексе с тех. устройством. Функции человека-оператора в СЧМ заключаются в приеме и обработке получаемой от машины информации и передаче (в виде управления) командной информации машине. Рабочие характеристики СЧМ обычно получают экспериментально при участии большого количества обученных операторов с последующим усреднением полученных результатов. Они зависят от многих факторов. Возможность обучения человека-оператора, сами процессы обучения и тренировки, адаптация к изменению условий работы представляют самостоятельные направления исследований.

СЧМ можно классифицировать: по форме участия человека-оператора в производственном процессе — на системы без его непосредственного участия в выполнении машиной? своей задачи (лишь с ф-циями контроля, поиска неисправностей и т. д.) и с его непосредственным участием в управлении машиной (напр., для слежения, управления автомобилем, самолетом и т. д.); по виду связи человек» с машиной — на СЧМ с непосредственной и с дистанционной связью; по времени участия

человека-оператора в процессе управления — на СЧМ с непрерывным функционированием оператора и с дискретным (когда, не нарушая работы системы в целом, он может отвлекаться на некоторое время от управления машиной); по числу операторов, участвующих в работе системы (если их больше одного, возникают дополнительные качественные свойства, получившие наименование эффект группы, и может потребоваться учет психологической совместимости операторов) и т. д.

Получение характеристик и матем. модели человека, описывающих его поведение, — решение только части П. «ч.-м.», другая часть проблемы состоит в поиске критериев для организации оптим. производственной деятельности человека и машины, как единого целого.

СЧМ по своему существу является сложной системой управления, характеризуемой различными показателями качества, которые, вступая между собой в определенные функциональные соотношения, образуют составной, комбинированный критерий качества. Часто можно без большой погрешности воспользоваться аддитивной формой представления составного критерия, напр., в виде Т

где Т — отрезок времени, на котором определяется интегр. показатель качества при отработке возмущения заданного вида, а; — вес интегр. показателя качества, координата системы, по которой определяется интегр. показатель качества, вес неинтегрального показателя качества, неинтегральный показатель качества. В интегр. показатели качества обычно включают координаты, характеризующие свойства системы, — ошибку системы, ее производные, управляющие воздействия и т. н., в неинтегральные — стоимость, надежность, вероятность выполнения задания, напряженность работы человека-оператора в системе управления, необходимую квалификацию человека-оператора, а также терминальные критерии и минимаксные показатели качества.

Оценку качества системы управления производит человек или группа людей, следовательно, формирование оптимизирующего функционала есть проблема, принципиально связанная с человеком, и подходить к ее решению необходимо с учетом специфики человеческих факторов. Определение весовых коэфф. критерия может осуществляться экспертных оценок методом в его различных модификациях.

Наличие критерия качества СЧМ позволяет на науч. основе сравнивать между собой различные системы этого класса, а также осуществлять различные задачи синтеза — оптим. распределение ф-ций между человеком и устр-вами сопряжения (элементами управляющих устройств), сопряжение человека и машины в единое функциональное целое, параметрическую оптимизацию СЧМ.

При распределении ф-ций между человеком и автомат, устройствами необходимо иметь различного уровня сведения о рабочих характеристиках человека применительно к данной конкретной задаче (без таких сведений задача синтеза СЧМ должна рассматриваться как некорректная). Предпочтительно использовать достаточно полное описание динамических свойств человека, его ограничений, статистиковероятностных показателей и т. д. Однако в ряде случаев можно воспользоваться и миним. сведениями о возможностях человека-оператора (напр., модальными характеристиками, дающими ответ на вопрос о том, может ли вообще человек выполнить данную операцию или нет).

В зависимости от доступного исследователю уровня информации о рабочих характеристиках человека-оператора производится распределение ф-ций между человеком и автомат, устройствами с целью реализации закона управления, полученного на основе имеющегося критерия качества. В результате определяется либо единственная структура (при достаточно полном описании), либо ограниченное число структур СЧМ (при наличии только модальных характеристик). После этого на основании критерия качества осуществляется этап параметрического синтеза, на котором оптимизация системы производится в рамках единственной структуры. Т. к. СЧМ — сложная система, отличающаяся разнообразием динамических свойств, а также учитывая трудность расчета систем с комбинированным оптимизирующим функционалом, рекомендуется исследовать СЧМ теоретико-экспериментальным методом — с макс. использованием реальной аппаратуры и оборудования, с возможно более полным сохранением особенностей динамики. Путем моделирования имитируются наиболее характерные для данной системы возмущения, включая начальные условия, и в течение определенного времени Т человек-оператор экспериментально осуществляет требуемый процесс. Варьируя оптимизируемые переменные, добиваются минимизации критерия качества. В теор. смысле задача сводится к поиску экстремума глобального ф-ции многих переменных в статистическо-вероятвостном аспекте.

Таким образом, П. «ч.-м.» является комплексной, объединяющей исследования в различных областях знаний (систем общей теории, автоматического управления теории, психологии инженерной, медицине, технике и др.). См. также Взаимодействие человека с вычислительной машиной, Моделирование системы «человек—машинам, Эргатическая система. А. Н. Воронин, А. М. Мелешев, В. И. Павлов.