6. Математические методы в проектировании деятельности человека

Трудно, вероятно, назвать область психологической науки, в которой так или иначе не ставилась бы проблема деятельности. Однако методы ее анализа и способы строгого описания разработаны еще недостаточно.

В последнее время в психологии поставлена также задача разработки психологических методов проектирования деятельности. Впервые она была сформулирована в инженерной психологии [43, 44, 45, 89, 33]. Однако значение этой задачи выходит за пределы только инженерной психологии. Она не менее важна для психологии труда, психологии управления, педагогической психологии и некоторых других областей.

Пожалуй, исследование деятельности в инженерной психологии наиболее математизировано. Однако это можно сказать лишь относительно анализа деятельности человека, но не о ее проектировании, не о синтезе. В чисто проективном аспекте число работ, основывающихся на действительно серьезной математической базе, еще весьма невелико.

Основными широко используемыми являются методы, основанные на теории алгоритмов и математической логике [30, 46 и др.], теории информации [55, 23, 20 и др.], теории статистических решений [14].

Для простейших процессов взаимодействия человека с машиной делаются попытки использовать методы линейной и нелинейной теории автоматического регулирования [92, 29].

Значительно более широкий круг работ посвящен проблемам оценки надежности и эффективности системы "человек - машина", методам анализа процессов информационного взаимодействия человека и техники, определения психофизических характеристик человека, формулировки требований к сопряженным с человеком техническим устройствам [9, 16, 17, 21, 43, 46, 60, 73, 81,88, 89 и др.].

Следует заметить, что изучением деятельности человека-оператора, разумеется, не ограничивается круг исследований в сфере анализа и методов оценок психофизиологических проблем, относящихся к системам "человек - машина". Он несомненно более широк. При разработке этих проблем используется более разнообразный математический аппарат. Здесь развиваются методы, основывающиеся па структурном анализе, теории информации, теории статистических решений, теории массового обслуживания, теории надежности и т. д.

Нетрудно заметить, что большинство исследователей отдают предпочтение различного рода статистическим методам и формальным языкам. Это не случайно: упомянутые аппараты являются одними из наиболее мощных в существующей математике.

Однако такой современный и весьма перспективный аппарат, как теория графов, используется еще весьма мало и, если применяется, то лишь на весьма элементарном уровне. Представляется, что слабое использование различных методов теории графов, а также топологии может быть объяснено не столько неясностью путей применения, сколько слабым знанием возможностей указанных аппаратов. В то же время надо отметить, что теория графов может быть весьма полезна при описании процесса решения задач, а топология - при изучении одного из кардинальных вопросов психологии - проблемы формирования образов.

Существенные трудности проектирования деятельности человека-оператора, на наш взгляд, связаны со слабой разработкой классификации систем "человек - машина". Это затрудняет корректную постановку проблем, выяснение четких границ и возможностей развиваемых методов.

Детальная и достаточно полная классификация систем "человек - машина" должна быть, по-видимому, столь же обширной, как и то многообразие технических средств и систем, с которыми вступает во взаимодействие человек в процессе деятельности. По этой причине здесь можно лишь высказать некоторые соображения об общих принципах классификации.

Прежде всего следует отметить, что в силу разнородности компонентов, составляющих системы "человек - машина", их сложной и многообразной функциональной связанности, принципиально невозможна одноплановая классификация такого рода систем на основе некоторого дерева признаков одной природы.

Основой классификации систем "человек - машина" могут являться следующие четыре группы признаков: целевое назначение системы, характеристики человеческого звена, тип и структура второго компонента (машинного звена), тип взаимодействия компонентов системы.

Целевое назначение системы оказывает определяющее влияние на многие ее характеристики и поэтому является исходным признаком.

По своему целевому назначению можно выделить следующие классы систем:

а) управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной (или комплексом);

б) обслуживающие, в которых задачей человека являются контроль состояния машинной системы, поиск неисправностей, наладка, настройка, ремонт и т. д.;

в) обучающие, служащие для выработки у человека определенных навыков (технические средства обучения, тренажеры и т. п.);

г) информационные, обеспечивающие поиск, накопление или получение необходимой для человека информации (радиолокационные системы, документальные системы, проводная связь и радиосвязь, телевизионные системы и т. п.);

д) исследовательские, используемые при анализе тех или иных явлений, поиске новой информации, новых знаний (моделирующие установки, макеты, научно-исследовательские приборы и установки);

Особенность первых двух типов систем заключается в том, что в них объектом целенаправленных воздействий является машинный компонент системы. В обучающих и информационных системах "человек - машина" направление воздействий противоположное на человека. Что касается исследовательской системы, то здесь воздействия имеют и ту, и другую направленность.

По второму признаку можно выделить два класса;

а) моносистемы, в состав которых входит один человек и одно или несколько технических устройств;

б) полисистемы, в состав которых входит некоторый коллектив людей и одновременно взаимодействующий с ним комплекс технических устройств (может быть и одно устройство).

В свою очередь полисистемы можно подразделить на "паритетные" и иерархические. В первом случае в процессе взаимодействия людей с машинными компонентами не устанавливается какая-либо подчиненность и приоритетность отдельных членов коллектива; во втором - устанавливается или организационная, или приоритетная иерархия.

Примерами "паритетных" полисистем, с достаточной определенностью показывающими смысл, вкладываемый в данное понятие, может служить система "коллектив людей - устройства обеспечения обитаемости" (например, системы жизнеобеспечения коллективного пользования на космическом корабле или на подводной лодке). Другой пример: система индикации с большим экраном, предназначаемая для использования большим коллективом людей.

По типу и структуре машинного компонента можно выделить инструментальные системы "человек - машина", в состав которых в качестве второго компонента входят инструменты и приборы.

Отличительной особенностью этих систем, как правило, является требование высокой точности выполняемых человеком операций.

Другой тип систем - простейшие человеко-машинные системы - включает стационарное и нестационарное техническое устройство (различного рода преобразователи энергии) и человека, использующего это устройство.

Здесь требования к человеку существенно различаются в зависимости от типа устройства, его целевого назначения и условий применения. Однако их основной особенностью является сравнительная простота функций человека.

Следующим важным типом систем "человек - машина" являются сложные человеко-машинные системы, включающие, помимо использующего их человека, некоторую совокупность технологически связанных, но различных по своему функциональному назначению аппаратов, устройств и машин, предназначенных для производства определенного продукта (энергетическая установка, прокатный стан, автоматическая станочная линия, вычислительные комплексы и т. п.). В этих системах, как правило, связанность технологического процесса обеспечивается локальными системами автоматического управления. В задачу человека входит: общий контроль за его ходом, изменение режимов, оптимизация процессов, настройка, пуск и остановка.

Еще более сложными человеко-машинными системами являются системотехнические комплексы. Здесь мы имеем сложную техническую систему с неполностью детерминированными связями и коллектив людей, участвующих в ее использовании. В системах такого рода, помимо цепи взаимодействий "человек - машина", возникают цепи типа "человек - человек - машины". При всей сложности системотехнических комплексов их в большинстве случаев можно представить в виде иерархии простейших и сложных человеко-машинных систем.

Судно, воздушный лайнер, современное предприятие, вычислительный центр, оптовый склад, транспортная система, система связи - типичные примеры системотехнических комплексов разного уровня и различного назначения.

Системотехническими комплексами исчерпывается классификация человеко-машинных систем по третьему признаку, связанному с типом и структурой технического компонента.

Тип взаимодействия компонентов в системе "человек - машина" определяется степенью непрерывности взаимодействия.

По степени непрерывности различают: системы непрерывного взаимодействия (например, "шофер - автомашина") и системы эпизодического взаимодействия. Последние, в свою очередь, подразделяются на системы регулярного и стохастического взаимодействия. Примером системы регулярного эпизодического взаимодействия может служить система "оператор - электронно-вычислительная машина". Здесь ввод информации и получение результатов определяется характером решающих задач, т. е. режимы взаимодействия во времени регламентируются характером и объемом вычислений. Стохастическое эпизодическое взаимодействие имеет место в таких системах, как "оператор - система централизованного контроля", "наладчик-станок" и т. п.

Важными признаками при оценки типа взаимодействия являются также способ представления информации человеку и его ответные действия.

Заканчивая изложение основных принципов классификации, следует еще раз подчеркнуть чрезвычайное многообразие систем "человек - машина". Это обстоятельство не позволяет полагать, что изложенные принципы абсолютны и не будут в какой-то мере откорректированы дальнейшим развитием теории. Здесь представляется весьма полезным создание достаточно полного классификатора систем "человек - машина", что позволило бы более четко систематизировать обширные данные по их характеристикам, определить и уточнить области применения отдельных теоретических и экспериментальных результатов инженерно-психологических исследований.

Анализ опубликованных до настоящего времени работ показывает, что основная масса исследований концентрируется пока вокруг проблем взаимодействия оператора с техническими средствами в простейших системах "человек - машина".

Лишь в последнее время появляются работы по проблемам системотехнических комплексов. Однако исследованию роли человека и коллективов людей в автоматизированных системах управления посвящено чрезвычайно ограниченное число работ.

Представляется крайне важным в ближайшее время расширить объем исследований и повысить интенсивность работ в данном направлении.

Деятельность человека-оператора вряд ли может быть адекватно описана безотносительно к типу той системы, в которую он включен. Вопросы как анализа, так и синтеза (проектирования) деятельности человека, по-видимому, должны решаться не абстрактно, а применительно к типу системы. Несомненно в разных случаях должны использоваться и разные математические методы.