§ 8. Количественные методы

В рамках разработки эрратических систем правомерность тех или иных методов количественного исследования определяется возможностями, которые получает исследователь для описания и анализа процессов в элементах различной физической природы при помощи единой количественной меры. В этом смысле позна­вательные возможности предложенных методов далеко не оди­наковы. Ряд методов позволяет получить приближенные, не претендующие на абсолютную точность, характеристики и допу­скает лишь сравнительные оценки вариантов. Сюда можно отне­сти методы, основанные на подсчете некоторых критериев для отдельных классов функций или на вычислении некоторой номинальной оценки деятельности, учитывающей ее частные оценки по отдельным показателям и их относительную значи­мость.

Известное самостоятельное значение в инженерной психоло­гии IB последнее время приобрел так называемый экспертный метод¹³. Термин «экспертный метод» объединяет большую группу процедур, основанных «а переработке эвристической инфор­мации, полученной от специалистов [5], [29]. Сторонники этого метода опираются на интуицию, опыт и значения человека в той области, в которой этого человека можно считать специалистом. Опыт и знание экспертов не могут быть в полной мере форма­лизованы, но, безусловно, они представляют несомненную цен­ность при решении задач ИПП. К сожалению, при решении сложных задач ИПП, где приходится иметь дело с обширной областью данных, подбор экспертов сам по себе представляет задачу значительной трудности.

При получении экспертных оценок принято рассматривать следующие этапы:

— формулирование цели работы и набора альтернативных вариантов оцениваемых событий;

— формирование экспертной группы в соответствии с целью работы;

— формирование правил работы экспертной группы в соот­ветствии с определенными принципами;

— формирование правил выработки коллективного суждения группы;

— формирование правил оценки компетентности экспертов;

— .проведение экспертного опроса и коррекция коллективно­го суждения групп.

К числу основных принципов построения системы эксперт­ных оценок относят:

— ограничение разнообразия суждений экспертов за счет выравнивания информационной неоднородности, присущей экспертной группе, на этапе формирования каждым экспертом собственной модели причинно-следственных связей анализируе­мого явления;

— ограничение разнообразия суждений экспертов за счет итеративного подхода к формированию коллективного мнения группы, периодически уточняемого на основе поступления новой -информации из внешней среды;

— обеспечение циркуляции информации без искажений вну­три экспертной группы за счет создания благоприятного психо­логического климата;

— количественную измеримость оцениваемых явлений, ха­рактеризуемую устойчивым набором признаков, состояния кото­рых могут быть обозначены некоторыми числами.

Приведенный перечень этапов и принципов экспертного мето­да свидетельствует о необходимости проведения значительной подготовительной работы перед его непосредственным исполь­зованием. Анализ литературы показывает, что основное внимание сейчас обращается на математическую обработку эксперт­ных оценок. Центральный вопрос здесь — формализация степе­ни согласованности мнений экспертов, которая определяется коэффициентом согласованности. Этот коэффициент служит мерой величины существующей неопределенности и степени достоверности получаемых количественных оценок. Для полу­чения коэффициента согласованности используется процедура, включающая ранжирование объектов, вычисление коэффициен­тов ранговой корреляции по Спирмену и Кендаллу для оценки согласованности мнений двух экспертов, оценку значимости коэффициентов ранговой корреляции, вычисление коэффициен­тов согласия, оценивающих согласованность высказываний экспертов о «ранжировании объектов по данному признаку. Используются также процедуры непараметрической статистики.

Важное значение имеет и оценка степени компетентности экспертов в исследуемой -проблеме. Для этой оценки может быть использован коэффициент ранговой корреляции рядов мнений экспертов. Оценка компетентности может быть также уточнена с помощью процедуры типа «экзамен» и тренировочных игр.

Для получения суждений экспертов в максимально система­тизированной форме необходимо ставить им четко определен­ную задачу. Существует несколько методов сбора экспертных заключений.

1. Ранжирование. Каждого эксперта просят проранжировать ряд критериев: присвоить 1-е место критерию, имеющему наибольшую' важность, 2-е — следующему по важности крите­рию и т. д.¹⁴

2. Метод непосредственных оценок. Критерии располагаются по шкале от 0 до 10. Эксперта просят провести линию от каж­дого критерия к соответствующей точке на шкале (кточке веса). Допускается выбор дробных и равных значений.

3. Метод неполного парного сравнения I. Критерии сводятся в специальную матрицу и нумеруются. Эксперт указывает в каждой клетке матрицы, являющейся пересечением строк, в которые вписаны наименования сравниваемой пары критериев, номер более значимого критерия. Например, если в клетке 1—2 стоит число 1, то это значит, что критерий 1 важнее критерия 2.

4. Метод неполного парного сравнения II. Дается перечень всех возможных пар критериев. Каждый критерий сравнивается с каждым из остальных единственным образом. Эксперт обводит кружком тот член пары, который он считает более значимым.

5. Метод полного парного сравнения. Данный метод отлича­ется от рассмотренного выше метода удваиванием перечня пар критериев, т. е. наряду с парой А—Б в перечне имеется и пара Б—А, что исключает появление ошибок.

6. Метод последовательного сравнения (метод Черчмена). Эксперт выполняет следующие преобразования: ранжирует кри­терии по степени их важности; присваивает значение V_i = l,0 наиболее важному критерию, а остальным —значения (V_i) от О до 1 соответственно степени их важности; решает, является ли критерий с оценкой 1,0 более важным, чем все остальные вместе взятые. Если да, то он увеличивает V₁ так, чтобы выпол­нялось следующее неравенство:

если нет, то он преобразует его так, чтобы число рассматривае­мых критериев было

решает, является ли второй по значимости критерий с оценкой V₂ более значимым, чем все оставшиеся вместе взятые (следует повторение предыдущего процесса). Данный этап продолжается до (п— 1) критерия.

Результаты экспериментов показывают, что все эти методы в равной степени пригодны для обора экспертных заключений, но метод ранжирования требует меньших затрат времени. Каж­дый из методов имеет свою процедуру обработки получаемых данных для сведения их к единой шкале.¹⁵

Отметим, что экспертный метод становится сейчас весьма популярным в инженерной психологии. Очевидная его доступ­ность и кажущаяся простота при поверхностном знакомстве создают иллюзию самых широких возможностей для решения с его помощью задач ИПП. Причем, к сожалению, обращают внимание не на принципиальные трудности использования ме­тода в инженерной психологии, а на процедурные трудности. Именно поэтому, как отмечалось в литературе, в том числе отно­сящейся и к инженерно-психологическим приложениям эксперт­ного метода, основное внимание уделяется процедурам получе­ния экспертных оценок и обработке результатов экспертного опроса, а не обоснованию их применимости к конкретной области исследования. По сути дела, в настоящее время намечены лишь некоторые отправные точки для эффективного использо­вания экспертного метода в инженерной психологии. При этом работа ведется в двух направлениях: в направлении создания различных опросников и анкет¹⁶ и разработки нормативных шкал. Так, например, Г. В. Суходольский предложил шкалу экспертной оценки для оценивания средств контроля, управленияи рабочих мест операторов по совокупности «нженерно-психологических рекомендаций и результатов исследований:

Здесь x_ij — конечное множество частных критериев мощности N, разделенное на я непересекающихся подмножеств мощностью k_i; k_i, n и N — натуральные числа; ; х_ij принимает значение 1 или 0. Надо отметить, что аддитивный характер предлагае­мой шкалы ограничивает возможности ее широкого использова­ния для инженерно-психологических целей, ибо «.постулат доста­точности линейного описания», лежащий в основе шкалы, приме­ним для ограниченного числа случаев.

На пути широкого использования экспертного метода в ин­женерной психологии имеется еще одно существенное препят­ствие. Дело в том, что экспертные оценки могут интерпретиро­ваться и интерпретируются в статистическом смысле как веро­ятности выполнения известных инженерно-психологических норм при изготовлении данного изделия. Возможность же раз­работки научно обоснованных инженерно-психологических норм и требований к их стандартизации определяется достигнутым уровнем и масштабами инженерно-психологических исследова­ний, а также накопленным опытом их внедрения в промышлен­ность. К сожалению, приходится констатировать, что достигну­тый уровень пока еще не позволяет составить сколько-нибудь полный перечень таких норм.

В методологическом плане установка на широкое использо­вание экспертного метода несомненно будет способствовать развитию такого направления ИПП, которое связано с разра­боткой всевозможных требований, рекомендаций, нормалей, ан­кет и тому подобных документов. В определенной степени эта тенденция нашла свое отражение в процессуальной концепции. Экспертный метод в инженерной психологии наиболее широко будет использован для оценки уже спроектированной деятель­ности, в то время как возможности его использования для ИПП весьма ограничены.

Принципиально новые возможности для решения проблемы проектирования деятельности возникли в связи с использовани­ем системного и кибернетического подходов. Конкретным выра­жением использования системных и кибернетических концепций является, в частности, применение моделей как средства теоре­тического и экспериментального исследования.

Кибернетика, вскрыв существенные черты сходства в функ­ционировании объектов живой и неживой природы, открыла широкие перспективы для развития кибернетического модели­рования, в частности моделирования деятельности человека. С методологической стороны специфику современного инженерно-психологического исследования как раз и должно составлять моделирование, ибо оно, во-первых, непосредственно связано с усилением интеграционных тенденций в инженерной психо­логии, а во-вторых, выступает в качестве одной из необходимых предпосылок дальнейшего развития этих тенденций, создавая эффективные каналы связи между смежными науками.

Метод моделирования деятельности человека хотя и связан самым непосредственным образом с ранее рассмотренными методами решения проблемы проектирования деятельности, од­нако обладает такими отличительными чертами, которые по­зволяют рассматривать его как особый самостоятельный метод исследования. Роль моделирования в современных научных ис­следованиях настолько велика, что математическое моделиро­вание рассматривается наряду с дедуктивным методом и экспе­риментом в качестве третьего «интеллектуального орудия». Бла­годаря синтетической природе метод моделирования содейству­ет интеграции различных сфер формализованного и содержа­тельного знания, позволяя наиболее оптимально сочетать стро­гие формализованные и нестрогие интуитивно-содержательные приемы познания в исследованиях.

Моделирование целесообразно использовать для:

1) получения основных представлений о характере деятель­ности человека в эргатической системе и создания языка для адекватного описания этой деятельности. Здесь исследуются принципы управления и обработки информации человеком в отдельных подсистемах и ищутся оптимальные частные харак­теристики этих подсистем;

2) подтверждения принципиальной возможности создания эрратической системы по определенной схеме и сопоставления определенных типов схем с целью выбора наиболее перспектив­ных. Здесь определяется структура деятельности человека, от­рабатывается и коррелируется взаимодействие элементов и под­систем эргатической системы и проверяется ее работоспособ­ность в комплексе;

3) имитирования деятельности в условиях, максимально приближенных к реальным.

Таким образом, посредством моделирования можно решать как задачи, связанные с обоснованием требований к элементам системы со стороны оператора, так и задачи получения комп­лексной оценки эффективности тех или других вариантов струк­туры системы. Именно моделирование помогает добиться наибо­лее адекватного решения проблемы проектирования деятель­ности.

При построении моделей деятельности необходимо учиты­вать основные требования к создаваемым моделям; в против­ном случае снижается ценность последних, возникают ошибки и погрешности. Требования эти в основном таковы:

а) модель должна быть непротиворечивой в рамках моделирования процессов, способной вписываться в более общую модель и быть основной для детализации частных моделей;

б) модель должна выполнять определенные информацион­ные функции, нести новые знания о структуре моделируемых процессов, обеспечивать прогноз их функционирования, выявле­ние новых свойств этих процессов;

в) при реализации модели должны быть использованы самые современные технические средства. Важное требование к моделям деятельности заключается в том, что они должны адекватно отображать существенные свойства реальной позна­вательной и исполнительной деятельности. Лишь при этом ус­ловии создаваемые модели окажутся пригодными для прогноза эффективности того или иного вида деятельности и затрат вре­мени на нее.

Однако при реализации метода моделирования приходится сталкиваться с рядом методологических проблем:

1. Расчленение процесса проектирования приводит к рас­членению процесса моделирования. Разделение модели являет­ся методологической проблемой: при наличии сложных взаимо­связей между подсистемами разделение может привести к по­тере информации;

2. Разработчики подсистем и разработчики системы пользу­ются различными моделями;

3. Исследование характеристик системы в целом выполня­ется на основе предварительного анализа характеристик под­систем. Вместе с тем требования к подсистемам также можно сформулировать, лишь исходя из свойств системы в целом. Выход из порочного круга усматривается в организации после­довательных приближений. Процесс проектирования и модели­рования сложной системы оказывается циклическим;

4. Данные, по которым строится модель на начальных цик­лах проектирования, зачастую получают после небольшого числа экспериментов или на основе экспертных оценок, и поэтому они неточны. На последующих этапах неопределенность умень­шается, но не исчезает. Таким образом, моделирование в целях решения ППД реализуется, как правило, в условиях неопре­деленности исходных данных.¹⁷

Метод моделирования может быть реализован тремя спосо­бами: как физическое моделирование, как математическое моделирование или как разумное сочетание того и другого спо­собов.

Физическое моделирование деятельности оператора предпо­лагает в основном создание по определенным правилам экспе­риментальной модели эргатической системы (или ее подсистем мы), свойства которой должны таким образом детерминировать деятельность человека, чтобы основные ее характеристики соот­ветствовали характеристикам деятельности в реальной системе. С точки зрения приложения к решению проблемы проектирова­ния деятельности задача состоит в выборе нескольких альтер­нативных решений проблемы, создании соответствующих экс­периментальных моделей для каждого решения, исследовании деятельности человека с этими экспериментальными моделями, сравнении полученных характеристик деятельности по опреде­ленным критериям. Таким образом, физическое моделирова­ние, как правило, неразрывно связано с поиском методов поста­новки инженерно-психологического эксперимента я путей его совершенствования и автоматизации. Моделирование должно быть осуществлено с учетом динамики процесса и одновремен­ного воздействия на этот процесс различных факторов.

По-видимому, нет необходимости останавливаться на общих вопросах постановки инженерно-психологического эксперимента и связанных с ним методических вопросах, так как они доста­точно подробно изложены в соответствующих работах (см., например, [25], [59]). Обратим внимание лишь на некоторые новые тенденции в построении инженерно-психологического экспери­мента, тесно связанные с широким привлечением ЭВМ и постро­ением так называемых полунатуральных моделей. В ряде ис­следований было показано, что в этом случае можно в значи­тельной мере преодолеть некоторые из трудностей прикладных задач проектирования (например, необходимость анализа и описания объекта управления с широко меняющейся структу­рой и параметрами, фиксации большого числа переменных в те­чение длительного срока, достаточно быстрой статистической обработки полученных данных). Накопленный в инженерно-пси­хологических исследованиях опыт использования комплекса вычислительных устройств для решения определенных классов инженерно-психологических задач дает основание сформулиро­вать требования к такому комплексу.

Определение класса задач при физическом моделировании представляется весьма существенным. Так, например, при об­суждении инженерно-психологического эксперимента, предпри­нятого для. проверки индивидуальных особенностей диспетче­ров, было показано, что имитаторы в этом случае должны от­личаться от имитаторов, предназначенных для других целей, например для определения надежности и т. д. Имитация в ин­женерно-психологических целях может быть определена как целенаправленный эксперимент на моделях рабочих ситуаций. При этом нет необходимости точно отражать реальную струк­туру, следует стремиться достигнуть психологической идентичности с рабочими действиями оператора.

Одним из методов определения целесообразности использо­вания модели и макета того или иного уровня является нахож­дение следующего соотношения:

где L_M —степень широты воспроизведения моделью (макетом) моделируемой (имитируемой) системы; К_М — постоянный коэф­фициент, находимый эмпирически; С—объем ассигнований на проект; Т — срок проектирования; N— численность группы, занятой проектом данной эргатической системы; α₁ — ориенти­ровочная оценка сложности проектируемой системы; α₂ —сте­пень разработанности методов проектирования данной эргати­ческой системы.

Однако нахождение численных значений указанных пара­метров весьма затруднительно и пока возможно только путем экспертных оценок.

Укажем два возможных способа оценки АСУ при полуна­турном моделировании: полномасштабный реальный экспери­мент и методы имитации. Первый способ во многих случаях не­применим по той причине, что при разработке АСУ оценки тре­буются прежде, чем системы будут готовы для эксперимента.

Что касается второго способа, то можно выделить два общих метода имитации: динамический (имитация в реальном време­ни) и цифровой (имитация в ускоренном масштабе времени). При динамической имитации операторы выполняют свои зада­чи и искусственно воспроизводятся только технические элемен­ты АСУ в целях обеспечения динамической информации для действий операторов. Динамическая имитация в общем смысле означает преодоление ограничений пространства, оставляя вре­менные ограничения. Для преодоления последних человеческий фактор в системе необходимо существенно ограничить путем искусственной имитации процессов решений, осуществляемых человеком. Это и составляет основу цифровой имитации. Отли­чие динамической имитации от цифровой заключается в основ­ном в том, что в первом случае человек-оператор непосредствен­но выполняет свои функции, а во втором — основные его функ­ции имитируются с помощью ЭВМ.

К недостаткам динамической имитации обычно относят: вы­сокую стоимость; ограничения, накладываемые имеющимся оборудованием и общим уровнем исследования системы; крат­ковременность исследований и ограниченный выбор проверяе­мых условий; вариативность, свойственную характеристикам человека, что может затруднить сравнение между системами.

К основным преимуществам цифровой имитации относят: способность осуществить оценку АСУ со скоростью, значитель­но превышающей скорость динамической имитации; способность к воспроизведению имитации при тех же самых перемен­ных; получение количественной оценки эффективности системы с точностью, которая не достижима при динамической имита­ции; способность к имитации при большом числе переменных; способность имитировать АСУ как целое; возможность учета при имитации характеристики оборудования, находящегося в стадии проектирования; отсутствие большого числа квали­фицированного персонала.

К основным недостаткам цифровой имитации можно отне­сти следующие: ввиду отсутствия человека-оператора она не может быть использована для исследования конкретных инже­нерно-психологических проблем; при отсутствии математических моделей деятельности осуществление цифровой имитации требу­ет значительной предварительной работы по подготовке машин­ного эксперимента, связанной с получением соответствующих математических моделей деятельности.

Интересный подход к исследованию и оценке сложных эргатических систем, имеющих стохастическую природу, представ­ляет собой имитация на основе метода Монте-Карло, точнее, его модификация для эргатических систем, предложенная Зигелем и Вольфом. Подобная имитация посредством ЭВМ является в настоящее время эффективным средством изучения эргатиче­ских систем при воздействии изменяющихся во времени факторов. Еще раз подчеркнем, что как при реализации имитации по методу Монте-Карло, так и при цифровой имитации постановка эксперимента связана самым тесным образом с решением зада­чи математического моделирования деятельности.

Физическое моделирование получило широкое распростране­ние в практике инженерно-психологических исследований и про­должает развиваться в настоящее время. В эксперимент орга­нически включаются достижения теоретической и практической деятельности. Современное производство позволяет создать для инженерно-психологического эксперимента совершенную техни­ческую базу, что в значительной степени увеличивает его позна­вательную силу и делает его надежным методом исследования. Тем не менее реализация метода физического моделирования связана с определенными трудностями.

Действительно, для каждого конкретного эксперимента ну­жен, как правило, целый комплекс аппаратуры как специаль­ного, так и более общего назначения. Создание этого комплек­са или экспериментальной установки требует нередко длитель­ной напряженной работы, затраты значительных средств и по этим причинам зачастую практически оказывается невозмож­ным. В свою очередь специфика каждой конкретной установки накладывает отпечаток на эксперимент, по крайней мере, в двух направлениях. Во-первых, она определяет, как правило, более или менее односторонний характер получаемой информации. Во-вторых, она нередко приводит к тому, что наиболее интенсивный сбор информации ведется не там, где это требуется харак­тером деятельности, а там, где есть достаточно надежные и эффективные орудия для этого сбора. Еще одна трудность заключается в том, что выбор для исследования посредством физического моделирования нескольких альтернативных схем организации деятельности из практически неограниченного мно­жества возможных сам по себе представляет далеко не простую задачу, требующую для своего решения привлечения каких-либо других методов. Быстрый просмотр значительного числа альтер­натив при физическом моделировании возможен лишь для очень простых случаев, так как переход от схемы к схеме, изменение параметров требуют построения новых экспериментальных уста­новок, что не всегда возможно по приведенным выше сообра­жениям.

Наконец, из-за временных ограничений при разработке сис­темы не всегда может быть поставлен и полный инженерно-пси­хологический эксперимент. Однако, несмотря на указанные ограничения, физическое моделирование остается одним из главных методов инженерно-психологического исследования и оказывает свое влияние на развитие любого другого метода. Именно на основе развития точного эксперимента стал возмо­жен подход к решению проблемы проектирования деятельности с использованием математического моделирования деятельно­сти. В инженерно-психологических исследованиях последних 20—25 лет этот метод занимает видное место. В настоящий мо­мент математические модели «выступают как составная часть самой психологической теории... Математика служит в качест­ве средства связи психологии с другими науками и средства ее связи с практикой. Это последнее особенно очевидно, когда речь идет об инженерной психологии, поскольку, пользуясь ее дан­ными, инженер должен производить те или иные расчеты, каса­ющиеся деятельности человека в системе контроля (и управ­ления). Но такие расчеты могут быть произведены только в том случае, если данные описаны языком, позволяющим сделать это» [44, с. 35].

Под математическим моделированием имеется в виду иссле­дование деятельности человека-оператора путем построения ее математического описания, ее математических моделей и их последующего изучения.

Под математической моделью (ММ) деятельности операто­ра будем понимать совокупность соотношений (например, фор­мул, уравнений, неравенств, логических условий и т. д.), кото­рые связывают характеристики деятельности с параметрами соответствующей подсистемы (или системы в целом), исходной информацией и начальными условиями и способы изоморфно или гомоморфно отразить свойства деятельности человека в данной системе.

Обратим внимание на некоторые стороны метода математического моделирования, существенные в плане решения проб­лемы проектирования деятельности.

1. В процессе разработки сложных систем выявляются и описываются разнородные подсистемы и элементы, в которых протекают разные процессы, функционируют разные механиз­мы. Чтобы оценить и проанализировать всю систему в целом, необходимо установить связь между этими подсистемами и эле­ментами, соединив в едином теоретическом описании различные процессы и механизмы. Это требует описания всех подсистем и элементов на одном языке посредством ММ. «Общим языком для всех специалистов,— указывает Б. Г. Ананьев,— все больше становится язык кибернетики и теории информации, с помощью которого можно в допустимых пределах найти общее в работе человека и автомата как управляющих систем или своеобраз­ных кибернетических машин, определить эффективные условия передачи информации от человека « машине и от машины к человеку, оптимальные характеристики управления и регу­лирования во всей системе» [2, с. 24], т. е., по нашему опре­делению, с достаточной степенью полноты решить проблему

2. Строгость математического подхода заставляет четко формулировать закономерности деятельности человека-опера­тора. Математическое моделирование открывает гораздо более широкие возможности по сравнению с возможностями, которые обеспечивает проведение инженерно-психологического экспе­римента. Оно позволяет в более широких пределах проверять гипотезы, точнее судить о степени полноты и истинности имею­щихся представлений, предсказывать существование новых яв­лений, выявлять необходимость постановки новых эксперимен­тов и т. д.

3. Использование метода математического моделирования позволяет привлечь к инженерно-психологическим исследовани­ям, в том числе и к решению проблемы проектирования дея­тельности, мощный арсенал современных быстродействующих электронных вычислительных машин.

Таким образом, для решения задач ИПП деятельности опе­ратора используется система методов. При этом методы, состав­ляющие систему, не просто механически дополняют друг друга, но и диалектически взаимодействуют. Однако взаимодотюлни-мость и взаимодействие методов не снимают доминирующего влияния одного из них.

Известно, что методы формируются под воздействием кон­цепций, господствующих в той или иной период развития зна­ния. Поэтому в разное время доминирующее значение может приобретать тот или иной метод (группа методов).

Для современного этапа развития инженерно-психологиче­ского исследования характерно использование методов, в осно­ве которых лежит формализованное описание деятельности человека-оператора, особенно метода математического моделиро­вания. Инженерная психология уже вступила на путь матема­тического моделирования деятельности, но испытывает на этом пути много серьезных трудностей, причем зачастую не техни­ческого, а методологического порядка. К этим трудностям от­носятся сложные аспекты и противоречия в понимании природы метода математического моделирования. Поэтому целесообраз­но уточнить те пункты, которые являются отправными при ис­пользовании метода математического моделирования деятель­ности в процессе инженерно-психологического проектирования.