Вопрос 2. Общая характеристика методов

Для инженерной психологии характерным является системный подход к рассмотрению изучаемых процессов и явлений. Многоуровневый и многомерный характер психических процессов требует применения различных методов для возможно более полного изучения деятельности человека-оператора в СЧМ, и прежде всего - информационной стороны этой деятельности. Поэтому инженерная психология пользуется широким ассортиментом методов и конкретных методик, сложившихся в психологической науке, а также в других, смежных с нею областях (в кибернетике, физиологии и гигиене труда, математике, технических науках и др.).

Эти методы используются как в фундаментальных исследованиях, направленных на выявление закономерностей информационных процессов в СЧМ и деятельности оператора, так и при инженерно-психологических испытаниях новых образцов техники, проводимых с целью проверки их соответствия свойствам и возможностям человека. Данные методы могут быть направлены на изучение каждого из компонентов СЧМ: человека, техники, среды.

Применение рассматриваемых методов к изучению и оптимизации деятельности оператора имеет свою специфику [55]. Во-первых, проектировочная направленность инженерной психологии требует применения не только эмпирических, но и априорных проектировочных методов (в частности, методов моделирования). Во-вторых, применение в инженерной психологии обобщенных показателей эффективности, напряженности и комфортности деятельности предполагает применение процедур получения интегральных показателей на основе системы частных показателей. Один из возможных (но далеко не единственных) подходов решения этой задачи связан с применением формулы типа (3.12). В-третьих, инженерно-психологическое исследование или оценка деятельности оператора должны быть всегда системными, что существенно лишь при одновременном использовании различных методов, отражающих взаимосвязь между компонентами и основными свойствами СЧМ [55].

Для определения общей стратегии выбора методов решения инженерно-психологических задач следует воспользоваться положением о трех типах психологического знания: созерцательно-описательный, эмпирический и действенно-преобразующий [92]. Они соответственно отражаются в теоретических, эмпирических и практических представлениях о деятельности оператора. Причем каждый последующий тип знания формируется в недрах предыдущего, трансформируется, включая в себя его содержание. Первый же из названных типов - созерцательно-описательное знание непосредственно формируется в житейском опыте (в данном случае в практике эксплуатации СЧМ). Другими словами, инженерно-психологическая теория развивается на базе тех данных, которые накапливаются в экспериментальных и прикладных исследованиях. Являясь для теории неиссякаемым источником информации, они служат и средством проверки ее истинности. Поэтому диалектическое единство теории, эксперимента и практики эксплуатации СЧМ является основным принципом разработки и применения методов исследования СЧМ, в том числе и методов исследования деятельности оператора [92].

В соответствии с этим положением методы исследования в инженерной психологии условно могут быть разделены на две большие группы: аналитические (описательные) и эмпирические (экспериментальные и эксплуатационные, или практические). В большинстве исследований они тесно переплетены между собой и взаимно дополняют и обогащают друг друга.

Для правильного понимания применяемых в инженерной психологии методов нужна прежде всего их классификация. К сожалению, четкая классификация методов исследования в инженерной психологии отсутствует. Сложность разработки такой классификации связана с тем, что она должна охватывать все сферы исследований инженерной психологии, которая окончательно не оформилась и продолжает только формироваться. Тем не менее определенные предпосылки для разработки такой классификации уже имеются.

По способу получения данных о характеристиках деятельности оператора методы делятся на объективные (инструментальные) и субъективные. Объективные методы предполагают использование различных приборов и аппаратуры. К таким методам относятся: измерение характеристик производственной среды (освещенность, шум, вибрация и т.п.), метрические измерения, хронометраж, измерение физиологических показателей (пульс, дыхание, электрокардиограмма и др.), измерение психологических характеристик (памяти, внимания, скорости реакций и т.д.). Более подробно эти методы рассматриваются в главе X.

В основе субъективных методов лежат оценки деятельности оператора, даваемые либо экспериментатором, либо самим испытуемым (самонаблюдение и самоотчет, трудовой метод). В случае, если исследование проводится под руководством экспериментатора, весьма важно исключить нежелательные эффекты, связанные с присутствием экспериментатора. Разновидностью субъективных методов являются экспертные и социометрические методы.

В зависимости от условий, в которых получаются оценки деятельности оператора, различают исследования - на основе реальной (наблюдение, естественный эксперимент, трудовой метод, большинство опросных методов и др.), либо на основе моделированной деятельности.

К последней группе относятся практически все виды моделирования, подробная характеристика которых дается в конце данной главы.

И, наконец, по характеру получения данных о деятельности оператора выделяются психологические, физиологические, математические методы. Отдельно можно выделить также качественные методы.

С помощью психологических методов осуществляются анализ деятельности оператора (или ее отдельных сторон) в реальных или лабораторных условиях, проводится оценка влияния разного рода факторов на деятельность оператора и ее результаты. Применение их в инженерной психологии осуществляется по двум основным направлениям: в целях исследования или в целях испытаний. В результате исследований (наблюдение, эксперимент, опрос) устанавливаются определенные факторы и закономерности, раскрываются механизмы деятельности оператора, проводится психологический анализ деятельности. В результате испытаний, проводимых обычно с помощью тестов, у человека определяется наличный уровень тех или иных психологических качеств и характеристик.

Физиологические методы применяются в инженерной психологии для изучения функционального состояния оператора в процессе трудовой деятельности, для определения реакции различных систем организма на выполнение данной деятельности. Анализ физиологических характеристик оператора позволяет оценить, какими средствами, какой " ценой" достигается выполнение задачи оператором.

Использование математических методов в инженерной психологии осуществляется при статистической обработке результатов наблюдений; при отыскании зависимостей, описывающих соотношения между изучаемыми переменными; при построении моделей деятельности оператора. Первые две из перечисленных задач являются традиционными для многих отраслей психологии, последняя же относится к числу специфических задач инженерной психологии. Поэтому ей в дальнейшем будет уделено основное внимание. Разновидностью математических методов являются имитационные методы. Суть их сводится к моделированию с помощью ЭВМ изучаемых процессов.

В инженерной психологии эти методы используются для моделирования деятельности оператора с помощью ЭВМ.

Качественные методы являются традиционными для инженерной психологии. В целом их можно отнести к неформальным (интуитивным, творческим, эвристическим) процедурам. С помощью данных методов решаются вопросы концептуального проектирования, построенного на основе анализа, логических концепций, гипотез и т.д. [22]. Применение качественных методов происходит по двум основным направлениям. Во-первых, это методы, направленные на активизацию творческой активности. Примером является метод мозгового штурма (брейнсторминга). Во-вторых, это методы, связанные с решением задачи распределения функций между человеком и машиной [40]. Основными, из них являются метод традиций и методы, основанные на принципах ответственности, формализации и преимущественных возможностей.

Эффективное изучение деятельности оператора может быть проведено только при разумном сочетании различных методов. Это вытекает из требований системного подхода.

Так, например, при проектировании деятельности оператора на ранних этапах проектирования целесообразно применение математических методов. С их помощью можно оценить в общем виде место оператора в СЧМ, рассчитать основные показатели его деятельности, предъявить требования к техническим устройствам СЧМ. В дальнейшем по мере детализации проекта и получения необходимых исходных данных появляется возможность более полного исследования деятельности оператора с помощью имитационной модели. Однако при этом может возникнуть необходимость получения некоторых исходных данных. Тогда проводится лабораторный эксперимент частного характера. На более поздних этапах проектирования становится возможным проведение комплексного экспериментального лабораторного исследования, дополненного замерами физиологических показателей оператора, их опросом о характере выполняемой деятельности, некоторыми математическими расчетами. В ходе испытаний и эксплуатации СЧМ эти исследования могут проводиться в еще более полном объеме.

Методы описания и анализа деятельности оператора

Как уже отмечалось, любое инженерно-психологическое исследование должно начинаться с описания и анализа деятельности оператора в системе " человек-машина". Их целью является определение места человека при решении задач, для которых предназначена изучаемая система, общая психофизиологическая характеристика деятельности в ней человека, выявление структуры человеческих факторов, влияющих на эффективность работы системы в целом и ее отдельных частей.

В зависимости от конкретной задачи цель такого анализа может быть различной. Если предстоит проводить экспериментальные исследования, то описание и анализ нужны главным образом для выбора адекватной модели деятельности или отдельных типовых действий, а также для определения конкретных задач эксперимента. Если требуется провести инженерно-психологическую оценку СЧМ, то целью анализа будет выявление тех компонентов системы, по которым должна проводиться эта оценка. При разработке критериев и методов профессионального отбора описание и анализ должны быть направлены на выявление свойств личности, существенно влияющих на качество деятельности [55]. Помимо описания и анализа психологической стороны деятельности необходимо проанализировать и ее основные производственные характеристики (производительность труда, используемые трудовые приемы, условия труда, характерные ошибки операторов, травматизм и др.).

Под описанием деятельности понимается ее отображение с помощью некоторой системы знаковых средств. Описание деятельности является важнейшей задачей профессиографии - научного метода описания профессии. Выделяют два основных подхода к описанию деятельности оператора: на уровне системы " человек-машина" и на уровне отдельных операций. Первый подход служит для раскрытия и отображения только общих психологических особенностей, присущих всей рассматриваемой деятельности (ее организации, композиции, структуре, составу и т.п.). Описание деятельности при этом включает:

перечень функций, выполняемых человеком в процессе деятельности;

связь человека с отдельными техническими средствами;

совместное отображение перечня функций и связей.

Указанные задачи решаются путем пространственно-организационного или многомерно-весового описания деятельности [15, 22].

Пространственно-организационное описание является одним из простых способов установления взаимосвязи между человеком и техническими средствами. Описание осуществляется с помощью схемы, на которой изображены технические средства, с одной стороны, и человек или группа людей - с другой. Связи между этими компонентами системы изображаются с помощью стрелок, указывающих направление передачи информации или направление воздействия. Форма стрелок может означать характер связи, иногда ее значимость, цифрами обозначается частота использования данной связи. Такой вид описания используется главным образом при анализе деятельности оператора со средствами индикации, отображения информации и органами управления на пультах. Сходный способ может быть применен и для описания информационных потоков в системе.

Многомерно-весовое описание заключается в объединении наиболее существенных факторов показателей деятельности и в представлении их в единой стандартизированной форме. Для такого описания требуется прежде всего выделить те показатели и факторы, влияние которых на деятельность признается наиболее существенным. Затем необходимо определить показатели этих разнородных и качественно различных факторов в единых величинах, например, в весовых коэффициентах или баллах. При этом представляется возможным все переменные объединить в единой схеме и рассматривать их с учетом удельного веса в деятельности. Весовые коэффициенты могут определяться путем как непосредственных или косвенных измерений, так и экспертных оценок.

При многомерно-весовом описании деятельности предусматривается также и учет качественного своеобразия каждого вида деятельности, определяющих как составляющие деятельности, так и ее условия. Выделяются критерии, обусловливающие мотивацию деятельности человека, значимость для него отдельных действий, а также критерии, определяющие для него уровень работоспособности и утомления, операционную или эмоциональную напряженность и т.п

Второй подход предназначен для характеристики компонентов исследуемой деятельности, представления ее операциональной структуры и раскрытия психологического содержания отдельных действий и операций. Описание деятельности в этом случае предполагает составление перечня элементарных преобразований ситуации или объекта, предписываемых целью трудового процесса. Последний расчленяется на конечное число элементов, поддающихся измерению и регистрации, затем выявляются их функциональные связи. В такие описания включаются не только элементы деятельности человека, но и процессы, реализуемые техническими средствами. Одним из наиболее сложных вопросов при таком подходе к описанию деятельности является установление меры дискретности, т.е. уровня детализации рассматриваемых элементов трудового процесса. Для их определения приходится анализировать и оценивать совокупность вопросов, начиная от специфики задачи и кончая реализацией моторных действий и контролем за ними. Трудности определения элементарных составляющих деятельности заставляют осуществлять ее описание на уровне единиц, которые непосредственно могут фиксироваться в процессе работы (например, отсчет показаний прибора, поворот рукоятки, перемещение руки или взгляда и т.д.), или явно выраженных логических условий, которые, очевидно, присутствуют при выборе способа действия.

Такой подход наиболее полно реализуется с помощью алгоритмического описания деятельности (его словесная форма, логическая, структурная и граф-схема алгоритма), путем составления диаграмм и органинграмм деятельности, ее описания с помощью специальных символьных языков.

Названные методы операционально-структурного описания позволяют во многих случаях достаточно детально охарактеризовать трудовой процесс и могут быть положены в основу его последующего анализа. Они позволяют оценить, например, такие показатели трудового процесса, как степень разнообразия работы, интенсивность процесса в целом или его какого-либо этапа, степень стереотипности, логической сложности алгоритма решения задач и т.п. Кроме того, описание деятельности на уровне элементарных действий может быть использовано для составления инструкций по работе оператора при решении тех или иных задач.

Описание и анализ деятельности на уровне операций может проводится следующими методами: диаграмм оперативных планов, граф-схем, органинграмм, символьных языков, алгоритмического описания. Метод диаграмм оперативных планов позволяет получить графическое описание последовательности преобразования информации и действий оператора при решении отдельных задач управления. При данном методе способы преобразования информации и действия оператора представляются на специальной диаграмме в форме соответствующих геометрических фигур, а соединяющие эти фигуры линии символизируют последовательность выполнения таких действий и преобразований [114].

Метод граф-схем служит для краткого, схематичного отображения отдельных характеристик деятельности оператора: ее операционно-логической структуры, вероятностно-статистических или временных связей, причинно-следственных факторов возникновения ошибок и т.п. Если события, фиксируемые оператором, и отдельные его действия представить как вершины графа (А, В, С и т.д.), а возможные связи между ними - как дуги этого графа, то полученная таким образом граф-схема может служить кратким описанием рассматриваемого этапа деятельности (рис. 5.1). Использование граф-схем позволяет получить некоторые количественные характеристики деятельности оператора, при этом представляется возможность учесть и вероятностный характер деятельности оператора [111, 178].

Метод органинграмм позволяет наглядно, в графической форме представить все логические условия, которые принимаются во внимание при решении задачи управления, и отображать их в той последовательности, в какой они используются в процессе переработки информации. Если в диаграмме оперативных планов в основном подчеркиваются виды преобразования информации, то в органинграмме выделяются главным образом логические возможности поиска решения на разных его этапах. Поэтому в органинграмме оказываются представленными отдельные бинарные схемы, последовательно перебирая которые можно оценить все возможные пути решения задачи. Достоинством метода является его высокая наглядность, недостатком - отсутствие указаний о том, каким образом осуществляются те или иные действия.

С помощью символьных языков представляется возможность в компактной, наглядной форме описать последовательность действий оператора по решению тех или иных задач.

Алгоритмическое описание деятельности оператора является одним из наиболее распространенных в инженерной психологии. При этом под алгоритмом (от лат. algorithmi, algorissmus) в общем случае понимается последовательность операции, точное выполнение которых позволяет решить задачу определенного класса. В соответствии с этим алгоритмом деятельности оператора называется логическая организация его деятельности, состоящая из совокупности элементарных действий (отсчет показаний прибора, извлечение информации из памяти, включение тумблера и т.п.) и логических условий, определяющих выбор того или иного действия.

Алгоритмическое описание деятельности может выполняться в словесной, таблично-текстуальной, символьной форме, в форме граф-схем, структурной или логической схемы.

В соответствии с принципами системного подхода алгоритмическое описание и анализ деятельности оператора должны проводиться на различных уровнях. В зависимости от этого меняется способ описания и его программная интерпретация в случае реализации алгоритма с помощью ЭВМ.

Вместе с тем необходимо отметить, что алгоритмический способ описания деятельности человека-оператора предполагает ряд ограничений и поэтому он неизбежно существенно упрощает реальную деятельность. К их числу относятся:

последовательный характер описания алгоритмов;

детерминированность функции переходов;

бинарность логических условий;

допущение о нулевых затратах на проверку логических условий.

Поэтому дальнейшая модификация способов алгоритмического описания деятельности оператора должна проходить по пути учета вероятностного характера алгоритмической модели и отражения многозначности проверяемых человеком логических условий (использование правил многозначной логики). Для учета параллельного характера выполнения отдельных действий весьма плодотворным может быть применение сетевых графиков и биологических графов. Последний представляет собой модифицированную граф-схему алгоритма, пригодную для описания параллельно-последовательных процессов.

Недостатками такого подхода являются следующие:

не учитывается реальная сложность отдельных операций алгоритма;

не учитываются логические связи (т.е. структура алгоритма), так как во внимание принимается лишь число, состав и группировка операций алгоритма. Другими словами, оценивается только один, наиболее типичный вариант реализации алгоритма;

не учитывается вероятность (частота встречаемости) алгоритма в деятельности оператора. Исследования показывают, что в ряде случаев именно этот фактор оказывает более сильное влияние на результаты работы оператора, чем показатель S0.