3. Эволюция имитационного моделирования

Первыми предшественниками современных больших систем управления были телефонные узлы связи, появившиеся в начале XX века. Задача операторов состояла в обработке потоков сигналов и в регулировании объекта вне непосредственного энергетического воздействия на последний. Предвосхищая на полстолетия последующее развитие имитационного моделирования, А. К. Эрланг в 1909 г. опубликовал работу "Теория вероятностей и телефонные разговоры" [28], где эффективность первых систем управления была подвергнута математическому анализу.

Дальнейшие работы в этом направлении были проведены А. Н. Колмогоровым в статье "О проблеме ожидания" [9] и А. Я. Хинчиным в статье "Математическая теория стационарной очереди" [251, где учитывались комплексные характеристики эффективности СЧМ, включающие как особенности оборудования, так и способности человека-оператора; этот принципиальный вклад советских ученых необходимо отчетливо осознавать при оценке исторической ретроспективы имитационных моделей.

В последующие годы математические методы имитационного моделирования развивались, в основном, применительно к техническим средствам: станкам, приборам, переключателям.

Постепенно возникла особая власть прикладной мате-матики - теория массового обслуживания, которая свела отдельные разрозненные модели в совокупность методов исследования технических систем.

Сравнительно недавно - в начале 60-х годов - имитационные модели вернулись в психологию, но уже как результат применения к человеческой деятельности формальных технико-математических теорий. Первичные содержательно-генетические связи этих теорий с человеческой деятельностью, как правило, не осознавались ни системотехниками, ни самими инженерными психологами, но именно первичная историческая общность обусловила бурное возрождение и несомненный успех имитационных моделей в инженерной психологии. Первоначально имитационное моделирование осуществлялось в рамках теории массового обслуживания и теории надежности, но создаваемые в последнее время модели по числу варьируемых параметров и разнообразию анализируемых связей далеко вышли за пределы традиционных технических схем.

Важнейшей задачей современной науки является стыковка и систематизация понятий, сложившихся в различных областях. После долгой эволюции вне наук о человеческой деятельности, первичные понятия имитационного моделирования преобразовались содержательно и терминологически. Содержательная эволюция понятий состояла в адаптации к новому кругу описываемых явлений, в изменении взаимной соотнесенности, в деформации всей системы понятий. Терминологическая эволюция имеет причиной смену объекта научной деятельности, изменение характера самой деятельности, перешедшей от описания к нормированию. Примером такой эволюции может служить заявка. Что такое заявка? Понятие, сложившееся в ТМО. Оно подразумевает поступление в систему объекта, который должен быть подвергнут обработке. В понятиях деятельности заявку - это объект последующего оперирования. Будучи подключен к системе деятельности, объект-заявка превращается в продукт. Применяя схемы ТМО к описанию трудовых процессов, мы вынуждены вновь расширять объем используемых понятий.

Модели массового обслуживания в инженерно-психологических исследованиях использовал В. Ф. Венда [3]. Задача состояла в определении числа сигналов, одновременно предъявляемых на средствах отображения информации. В качестве критериев эффективности СЧМ были выбраны среднее время ожидания обслуживания, среднее время пребывания сигналов в системе и вероятность задержки сигналов в буфере; в некоторых вариантах рассчитывались интегральные технико-экономические показатели СЧМ, при этом устанавливалась связь между длительностью обслуживания и размерами производственных потерь.

Основным показателем работы оператора в исследованиях В. Ф. Венды было время обработки одного сигнала. Таким образом, объем инженерно-психологических сведений был предельно ограничен. Результаты моделирования показали, что: 1) необходимо ранжировать поступающие сигналы по приоритету и 2) не предъявлять одновременно более 6-7 аварийных сигналов. Эти выводы вполне согласуются с известными результатами ТМО. Однако обратный переход от модели к действительности оказался не столь простым и очевидным. Ранжирование сигналов по их возможному влиянию на показатели эффективности осуществлялось легко: достаточно было воспользоваться выходными технико-экономическими данными моделирования; при этом учитывались любые нелинейные зависимости. Вторая рекомендация, полученная в результате моделирования, не могла быть реализована непосредственно. По существу инженерная психология всегда стоит перед проблемой минимизации числа сигналов. Решение, вытекавшее из результатов моделирования, состояло в предъявлении на средствах отображения только тех сигналов, которые непосредственно относятся к обслуживаемой ситуации, что требует новых глубоких инженерно-психологических исследований, поскольку чрезвычайно трудно априори выделить объем сведений, достаточный для управления реальным процессом, неисчерпаемым в своей сложности.

Уже на этом примере становится очевидным основной принцип употребления имитационных моделей: результаты инженерно-психологических исследований вводятся в модель в качестве исходных данных, в ходе моделирования получаются некоторые рекомендации, которые интерпретируются в представлениях инженерной психологии, но их реализация требует дополнительных исследований, поскольку соответствующие психические процессы остаются нераскрытыми.

Ряд аналитических исследований технико-экономических показателей СЧМ в схемах ТМО провел А. И. Меньшов применительно к разработке космической техники [16]. При этом также учитывалась неоднородность заявок по приоритету. В упомянутых и многих других исследованиях [5, 14], использующих методы теории массового обслуживания и теории надежности, сохраняется неизменной базовая имитационная модель, представляющая деятельность человека как функционирование обслуживающего устройства: варьируются характеристики входного потока заявок (или отказов), изменяются параметры устройства в зависимости от общего времени (имитируется утомляемость) и от качества заявки (имитируются типы оперативных задач).

В последнее время появились теоретические исследования, в которых исходная модель подверглась известной модификации. Обзор подобных работ провели М. А. Файнберг и Е. А. Файнберг [24]. Основное направление модификации - включение процессов управления, которые позволяют изменять интенсивность обслуживания, тактику присоединения к очереди, порядок обслуживания и т. п. Наибольший интерес для инженерных психологов представляют модели, включающие в свою структуру блок, имитирующий работу диспетчера по распределению заявок в зависимости от текущих показателей работы обслуживающих устройств.

Важное направление развития имитационных моделей связано с учетом взаимных связей в потоке заявок [4, 181. При этом каждая заявка, поступающая на обслуживание, включена в набор других заявок, поступающих на соседние устройства, или определяет цепь заявок на данное устройство.

С момента зарождения методов теории массового обслуживания предметом моделирования стала совместная деятельность группы операторов, поскольку при неизменных характеристиках приборов и вероятностях поступления заявок возможность распределения потоков по нескольким приборам снижает среднюю продолжительность ожидания и повышает надежность обслуживания. Однако в большинстве создаваемых моделей имитировались только функциональные связи между исполнителями (например, [5, 18]).

Включение таких социально-психологических переменных как направленность отдельного исполнителя и коллектива в целом, спаянность коллектива, эмоциональная напряженность и других позволяет существенно расширить психологическое содержание имитационных моделей, что было реализовано А. Зигелем и Дж. Вольфом [7]. С помощью разработанных ими моделей исследовались посадка самолета на движущийся авианосец, перехват самолета противника с завершающим запуском ракеты, дозаправка в воздухе, спуск космонавтов при ВОЗ-вращении на Землю, многомесячное крейсирование атомной подводной лодки. И. Д. Бреславцев использовал имитационные модели для оптимизации структуры и штатов организационных систем управления [1].