§ 12. Инженерно-психологическое проектирование и оценка устройств вывода информации из эвм

Усовершенствование форм взаимодействия между человеком и ЭВМ в настоящее время связывается, в частности, с рациона­лизацией средств ввода и вывода информации, особенно видео­терминалов, или дисплеев. Необходимость самых широких иссле­дований в этом направлении диктуется, во-первых, тем, что электромеханические узлы, применяемые в большинстве внеш­них устройств, не могут достичь скорости функционирования, совместимой со скоростью электронных схем центрального про­цессора, и это является одной из причин недостаточно интен­сивной загрузки ЭВМ и невысокой эффективности ее эксплуа­тации. Во-вторых, рост парка ЭВМ, способных работать в ре­жиме разделения времени, и развитие средств коммуникации выдвигают также проблему создания устройства ввода — выво­да данных (видеотерминалов), способных легко подключаться к каналам связи для установления контакта с ЭВМ и работы в режиме диалога «человек—ЭВМ». В третьих, создание спе­циализированных ЭВМ, предназначенных для управления конкретным объектом, требует применения специальных видеотер­миналов, выступающих, как правило, в качестве основного индикационного средства для оператора.

В связи с указанными обстоятельствами возникает и настоя­тельная необходимость в инженерно-психологическом проекти­ровании и инженерно-психологической оценке этих средств. Об актуальности таких исследований можно судить по чрезвычайно высоким темпам роста выпуска видеотерминалов.

Известно, что впервые 'видеотерминал был создан в Массачусетском технологическом институте в 1951 г. для работы в комплексе с ЭВМ. По оценкам американских специалистов в 1975 г. только в США количество используемых для граж­данских целей видеотерминалов превысило 300 000, а доля их стоимости составила не менее 13% от общей стоимости вычисли­тельного оборудования. К 1980 г. число видеотерминалов достигнет 2,5 млн.

Однако возрастание актуальности инженерно-психологиче­ских исследований объясняется не только резким количествен­ным ростом числа терминальных устройств. Как известно, до недавнего времени большинство видеотерминалов являлось модификацией устройств, разработанных для других целей. Определенные результаты, достигнутые к настоящему времени в развитии методов печати, клавиатур и особенно в создании недорогих устройств памяти и логики, обеспечили возможность создания терминалов, ориентированных на непосредственного пользователя. В связи с этим происходит и смещение акцентов в организации взаимодействия. Если ранее перед инженерным психологом вопрос ставился в основном в форме: «Как наилуч­шим образом организовать взаимодействие при использовании данного оборудования?», то в настоящее время более типичным стал вопрос: «Каковы специфические требования со стороны пользователя, накладываемые на терминал при решении задан­ного класса задач?». Таким образом, и в области создания видео­терминалов наблюдаются тенденции перехода от этапа инженерно-психологического корректирования к этапу инженерно-психологического проектирования. К сожалению, большинство авторов работ по терминалам ограничиваются рассмотрением и анализом технических возможностей и характеристик видео­терминалов и только самой общей оценкой возможностей и тре­бований пользователя.

В настоящее время самое большое распространение полу­чили экранные пульты на электорнно-лучевых трубках <в каче­стве средств отображения информации с клавиатурой в качест­ве средства ввода информации. Известно, что по характеру информации существующие СОИ видеотерминалов- делятся на две группы: алфавитно-цифровые, служащие для ввода и ото­бражения текстовой информации, и графические, с помощью которых наряду с текстовой информацией можно отображать на экране графические данные — чертежи, схемы, карты и т. д.

Чтобы проиллюстрировать возможности инженерно-психо­логического проектирования СОИ, рассмотрим решение некото­рых задач, возникающих при разработке одного из наиболее перспективных средств отображения информации—индикато­ра с предсказанием, являющегося разновидностью графических СОИ. При использовании такого индикатора осуществляется не­посредственное взаимодействие человека с ЭВМ, в силу чего индикатор предсказания может быть отнесен к видеотермина­лам. Индикаторы с предсказанием представляют оператору информацию о будущих значениях переменных параметров, находящихся под его управлением. Информация представляет­ся с помощью специальной (обычно аналоговой) ЭВМ, рабо­тающей в ускоренном масштабе времени, которая контролирует значения переменных в текущий момент и предсказывает их на некоторый отрезок времени вперед.

Лабораторные исследования показывают, что индикаторы с предсказанием имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению с обычно применяемыми СОИ. В частности, приме­нение индикаторов с предсказанием позволяет:

— резко сократить время обучения оператора. По некото­рым данным, время обучения управлению сложными динами­ческими объектами может быть сведено до минут;

— повысить эффективность выполнения человеком-операто­ром терминальных задач;

— приблизить управление, осуществляемое человеком-опе­ратором, к оптимальному в смысле некоторого специфического критерия деятельности, обычно понимаемого как взвешенная сумма среднеквадратичных ошибок и управления;

— улучшить управление системами с существенными нели­нейностями или системами с большими транспортными задерж­ками;

— уменьшить требования к скорости обработки информации человеком-оператором, особенно для многомерных задач управ­ления.

Весьма наглядно преимущества индикаторов с предсказани­ем были продемонстрированы в исследованиях, проведенных фирмой Хаджес Эйркрафт. Эти исследования показали, что, решая задачу управления пространственным положением кос­мического летательного аппарата (ЛА), космонавты, использо­вавшие индикатор с предсказанием, не только значительно точ­нее компенсировали отклонения ЛА от заданного положения, вызванные различными возмущениями, но и допустили сущест­венно меньший расход топлива. Данные этого исследования приводятся в табл. 2.

Несмотря на вышесказанное, индикаторы с предсказанием почти не используются. В определенной мере это обстоятельство может быть объяснено их большой технической сложностью. Но наиболее вероятным объяснением все же представляется отсут­ствие основных инженерно-психологических данных о преиму­ществах и ограничениях индикаторов. Следовательно, задача инженерно-психологического проектирования подобных средств отображения информации весьма актуальна.

Рассмотрим один из частных, но весьма важных вопросов инженерно-психологического проектирования индикаторов с предсказанием: определение оптимального значения време­ни предвидения, Т_ОПТ. От решения этого вопроса зависят аде­кватный выбор объема кратковременной и долговременной памяти вычислителя, масштаба индикатора, быстродействия машины и ряда других технических параметров и, конечно, характеристики деятельности оператора.

Для исследования была разработана математическая модель деятельности человека-оператора в режиме слежения с пред­видением, которая в общем виде может быть записана таким образом:

где U(t_o + k) —управляющее воздействие оператора в момент t_o + k; А, В, С — матричные коэффициенты, входящие в уравне­ния системы управления; Q, R — коэффициент «веса», т. е. оцен­ки важности ошибки и управления, назначаемые оператором; е — ошибка сложения; е^{А[ ]} — матричный экспотенциал; «'» — знак транспонирования.

Использование этой математической модели деятельности позволило рассчитать (вполне объективно) значение времени предвидения, которое необходимо реализовать в индикаторе с предсказанием для различных по сложности объектов управ­ления. (Подробнее об этом см. [1], с. 425—433).