Количественные методы

В рамках разработки эргатических 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. B последнее время приобрел так называемый экспертный метод. 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. Пример использования этого метода для инженерно-психологической оценки электролюминесцентных индикаторов см. в работе [30].
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.

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 анкет Примеры опросников и анкет можно найти в работе и разработки нормативных шкал.

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:

• модель должна быть непротиворечивой в рамках моделирования процессов, способной вписываться в более общую модель и быть основной для детализации частных моделей;
• модель должна выполнять определенные информационные функции, нести новые знания о структуре моделируемых процессов, обеспечивать прогноз их функционирования, выявление новых свойств этих процессов;
• 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. Возможный путь преодоления методологических трудностей, связанных с расчленением процессов проектирования эргатических систем, можно наметить в рамках системного метода, получившего название «диакоптики». Этот метод описан в книге Г. Крона, посвященной разработке способов исследования свойств сложной системы по свойствам ее частей. Несмотря на тот факт, что рассмотрение ведется на уровне физических, электромеханических и механических систем, основные положения применимы к биологическим и к смешанным, например к эргатическим, системам.

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.

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 систем», 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.