Некоторые инженерно-психологические проблемы разработки тренажеров (А. И. Нафтульев)

Подготовка оператора к профессиональной деятельности, протекающей в определенном "мире задач", заключается в формировании специализированных функциональных систем, обеспечивающих эффективную работу оператора. Поэтому средства обучения оператора, в том числе и тренажеры, должны опираться на структурный анализ мира задач и закономерности процессов научения операторов.

Структурный анализ мира задач [1] показал, что в этом мире различаются несколько независимых уровней организации. Первый уровень - уровень формальных систем - описывает задачи и их последовательности как абстрактные логические образования. На втором уровне - уровне предметной интерпретации - вычленяются способы реализации логических структур в предметных отношениях. Наконец, на третьем уровне- уровне погружения в предметный мир - предметная интерпретация мира задач выступает в контексте реальных отношений в системе управления. В связи с этим можно различить три типа тренажеров в зависимости от уровня отражения этой структуры.

Первая проблема, которую необходимо разрешить в процессе разработки тренажеров, связана с уровнем отражения объекта управления в тренажере. Возможны две концепции организации тренажеров. Первая концепция связана с утверждением о том, что при разработке тренажера существует оптимальная степень подобия реальному объекту. Задача исследований в этом случае заключается в поиске уровня этого подобия. Вторая концепция предполагает, что на каждом этапе обучения существует своя оптимальная степень подобия, и задача исследований заключается в том, чтобы организовать оптимальную последовательность уровней подобия в процессе обучения.

Вторая проблема связана с унификацией тренажеров. Не останавливаясь на очевидных экономических преимуществах унификации, обратим внимание на один возможный подход к решению этой проблемы, изложенный нами ранее в других работах [2, 3]. Этот подход связан с выделением типовых режимов функционирования человека-оператора, которые являются определяющими в данной профессиональной деятельности. Естественно, что представленная в указанных работах схема весьма условна и, по-видимому, не охватывает все режимы функционирования, но нам она представляется достаточно удобной для целей разработки унифицированной гаммы тренажеров.

При всем количественном и качественном разнообразии можно различить то небольшое число режимов функционирования, которые в психологическом смысле являются основными для данной профессиональной деятельности и, следовательно, подлежат реализации на тренажере. Эти режимы удобно разделить на несколько групп.

Для первой группы, соответствующей режимам, где выполнение операторских функций связано прежде всего с получением информации и ее первичной оценкой, основное назначение тренажера должно состоять в выработке соответствующего уровня сенсорного навыка. В качестве примера подобного тренажера можно привести адаптивную машину для обучения навыкам восприятия [4].

Для второй группы режимов функционирования, где центр тяжести операторских функций падает на исполнительные действия, основная задача тренажера состоит в организации соответствующего процесса выработки сенсомоторного навыка. Примером такого типа может служить машина "Гаку" [4].

Для третьей группы режимов функционирования, в которых на первый план выступает задача переработки информации и принятия решения, основная задача тренажера состоит в тренировке оператора на выполнение заданного класса задач командного типа.

Для четвертой группы режимов функционирования, где функции человека ограничиваются дублированием функций автоматических устройств, представляется важной разработка тренажера, позволяющего организовать процесс обучения оператора различным последовательностям управляющих действий, определяемых типовыми отказами автоматики.

Рассмотренные выше группы режимов функционирования связаны с процессом обучения и тренировки операторов для непосредственной деятельности по управлению так называемыми эргатическими операционными системами. Не менее важным представляется подготовка оператора на тренажерах для деятельности, связанной с обслуживанием и обеспечением нормального функционирования эргатических систем.

Понятно, что в любом из режимов обеспечения присутствуют элементы принятия решений, слежения и т. д., охватываемые предыдущими режимами, но под углом зрения разработки тренажеров можно отметить специфику этих режимов, связанную в основном с различием в критериях, по которым должна оцениваться деятельность человека.

Проблема унификации тренажеров неотделима от создания формализованных схем для различных типов режимов функционирования и определения критериев оценки уровня профессиональной подготовки оператора по выполнению каждого из режимов. Формализация режимов функционирования для целей создания тренажеров представляет особый, очень интересный и сложный вопрос, некоторые аспекты которого уже рассматривались нами в плане решения проблемы проектирования деятельности [3].

Здесь же мы попробуем разобраться в вопросе о выборе и назначении критериев. Естественно, что при обучении каждой задаче может (и должен) быть сопоставлен определенный критерий качества ее выполнения оператором, относительно которого будет определяться степень обученности оператора и годность его к профессиональной деятельности.

Попытки построения единого критерия оценки для всего комплекса задач, подлежащих усвоению в процессе тренировки и обучения на тренажере, оказываются неудачными, а опыт анализа сложных систем показывает и принципиальную несостоятельность этих попыток. Поэтому при планировании процесса обучения и при разработке тренажера оказывается необходимым построение системы критериев, относительно которых должен строиться процесс обучения. Естественно, что каждый режим функционирования предопределяет и свои критерии обучения. Однако и при тренировке к выполнению задач какого-либо одного типового режима возникают интересные вопросы. Дело в том, что деятельность оператора можно представить в виде чередования двух фаз:

- фазы опознания задачи и выбора адекватного критерия качества ее выполнения;

- фазы обеспечения этого критерия наличными средствами обучения и деятельности (выбор соответствующих орудий труда, интериоризированных средств - специализированных функциональных систем мозга).

К сожалению, основная масса исследований, связанных с подготовкой операторов, посвящена изучению и разработке средств, обеспечивающих выполнение второй фазы при заранее усвоенных оператором критериях качества функционирования. Отметим однако, что до настоящего времени нет ясности в отношении вида критериев для различных режимов функционирования, а следовательно, и нет единого метода оценки степени подготовленности оператора к профессиональной деятельности [5]. Поэтому задача выбора критериев оценки во многих случаях приобретает важнейшее значение. С другой стороны, выбор критерия должен предопределить и вид инструкции обучаемому.

Функциональная организация деятельности человека-оператора может быть рассмотрена и с точки зрения реализуемых им критериев и систем, реализующих этот критерий. На различных этапах обучения и тренировки оператор принимает различные внутренние критерии оптимальности деятельности. Анализ деятельности оператора показал динамичность этих критериев и несовпадение с критериями, по которым осуществляется оценка степени подготовленности. Динамичность критериев приводит к изменчивости способностей оператора ассимилировать обратную информацию на различных этапах обучения [6].

Поэтому третья проблема, возникшая при разработке тренажеров, связана с организацией оптимальной последовательности критериев деятельности. Для решения этой проблемы прежде всего оказывается необходимо определить систему отношений между критериями. В одном случае эти отношения определяют иерархию критериев, т. е. последовательность критериев, принимаемых оператором во время обучения, в другом - характеризуют "линейные" отношения между критериями. Иерархия критериев характеризует их по степени общности и сложности критериев. Линейные отношения между критериями включают, в частности, структурную совместимость функциональных систем, обеспечивающих выполнение данного критерия. Наличие структурно несовместимых критериев можно охарактеризовать как конфликт структур деятельности [7]. Этот конфликт разрешается путем дифференциации структур в целостной организации.

На основе проведенного анализа множество ошибок оператора может быть разбито по критериальным признакам прежде всего на две группы: ошибки выбора критерия и ошибки выбора средств и методов его выполнения.

Ошибки выбора критерия в свою очередь могут быть охарактеризованы с точки зрения неадекватности выбора уровня критерия оптимальности деятельности по весовым характеристикам - для иерархических отношений критериев и неадекватного выбора альтернативы - для линейных отношений критериев.

Научение решению задач с фиксированным критерием качества, таким образом, должно протекать путем последовательного переформулирования этого критерия с целью согласования его с индивидуальными особенностями нервно-психической организации оператора, т. е. с внутренними критериями оптимизации деятельности, устанавливаемыми оператором при данной степени тренированности. Отметим при этом то обстоятельство, что изменение критериев в ходе процесса тренировки и обучения оператора определяется также и динамикой работоспособности оператора, и его эмоциональным состоянием.

В связи с обсуждением проблемы выбора критериев деятельности и организации их оптимальной последовательности представляет интерес идея создания так называемых адаптивных тренажеров. Адаптивным называется такой тренажер, который обладает свойством изменять способ представления задачи с целью сохранения заданного значения показателя качества (критерия деятельности).

Идея адаптивного тренажера была предложена, хотя и в неявной форме, еще в 1959 г. Бирмингэмом [8] и далее была развита в исследованиях ряда других авторов [9, 10].

Реализация адаптивных тренажеров, вообще говоря, может быть осуществлена несколькими способами. В зависимости от качества выполнения задачи могут настраиваться различные параметры задачи (адаптивные переменные), применяться различные критерии деятельности и использоваться различные отношения между параметрами и критериями, т. е. могут применяться различные уравнения, описывающие соотношения между настраиваемыми параметрами и критериями деятельности (различная адаптивная логика).

Нам представляется необходимой в настоящий момент постановка специальной серии исследований, связанных с вопросами практической разработки и приложения адаптивных тренажеров. Кроме очевидных преимуществ обучения и тренировки, адаптивные тренажеры позволяют решать важные конструкторские проблемы, возникающие при разработке эргатических систем, особенно на стадии организации рационального сопряжения оператора с аппаратурой.

Четвертая важная проблема построения тренажеров - проблема последовательного отражения структурных компонентов мира задач. Вопрос заключается в том, осуществлять ли тренировку оператора сначала к отдельным компонентам мира задач, а потом к временной динамике его или же одновременно формировать целостную структуру деятельности. В первом случае мы идем от элементов к системе, во втором - от системы к элементам. Поэтому решение данной проблемы заключается в построении оптимальной последовательности переходов от элементов к системе и обратно.

Пятая проблема разработки тренажеров связана с подготовкой бригад операторов. С одной стороны, она касается стратегии индивидуальных и групповых тренировок. Если предпочтение отдается индивидуальным тренировкам с последующим привлечением групповой работы на тренажерах, то возникает задача согласования уже сложившихся стилей работы в единый синцинальный рисунок. В случае групповых тренировок от оператора требуется широкое распределение внимания, что неизбежно снижает эффективность его обучения. С другой стороны, эта проблема связана с формированием в обучающемся операторе необходимого уровня психофизиологической совместимости с членами бригады. Если тренировка протекает в условиях стабильного состава группы, то происходит адаптация человека-оператора именно к данному составу, и возникает вопрос о возможности его быстрой адаптации к другому составу бригады. Если тренировка осуществляется в различных по составу бригадах, то каждая тренировка требует специальной ориентировочной деятельности, направленной на отражение индивидуальных стилей работы новых членов группы.

С точки зрения проблемы разработки тренажеров представляет интерес организация структуры бригады. На практике принята обычно либо последовательная (вертикальная), либо параллельная (горизонтальная) организация бригады.

При последовательной организации сначала должен работать один оператор, затем другой и т. д. При параллельной организации два или больше операторов работают одновременно, причем поступающие от них выходные сигналы не обязательно должны подвергаться дальнейшей обработке другими операторами.

На практике обычно структура бригады организуется таким образом, что в ней сочетаются как последовательная, так и параллельная организации. Разработчик тренажера (и, соответственно, системы) может принять в зависимости от своих целей экстремальную структуру (либо последовательную, либо параллельную) или выбрать любую промежуточную.

Особый интерес с позиций разработки тренажеров и подготовки бригад представляет тот факт, что с этими структурами можно связать несколько вопросов.

Следует ли тренировать каждого оператора как узкого специалиста или, наоборот, его следует обучить нескольким функциям, которые он мог бы выполнить в каждой ситуации?

Как организовать обратную связь в бригадной тренировке? Можно ожидать, что при параллельной структуре обратная связь по результатам деятельности должна иметь различные влияния как на индивидуальную, так и на бригадную деятельность в зависимости от того, является ли параллельная структура конъюнктивной (все операторы должны выполнять действия для решения задачи) или дизъюнктивной (не все операторы должны принимать участие в выполнении задач).

Как организовать взаимодействие между операторами? При параллельной организации структуры бригады можно найти различия между системами, зависящие от степени и вида перекрестных связей и взаимоотношений между операторами. Что касается вида перекрестных связей, то можно встретиться с проблемой передачи входной информации от одного параллельного оператора другому. В этом случае операторы должны взаимодействовать на уровне входа. С другой стороны, ряд ситуаций требует взаимодействия на уровне выхода: выход одного члена бригады должен быть приурочен и скоординирован с выходом другого члена бригады.

Степень перекрестных связей между операторами при параллельной организации структуры может колебаться от одного экстремума, где не требуется никакого взаимодействия, к другому, где ни один, например, из двух операторов не может адекватно действовать без тесной взаимной координации. С точки зрения степени и вида взаимодействия между членами бригады мы опять подходим к важному вопросу о противопоставлении индивидуальной и групповой тренировки, упомянутому нами ранее.

Противопоставление индивидуальной и командной тренировки представляется важным и при последовательной организации структуры бригады. Однако здесь не может быть взаимодействия чисто на уровне входа или на уровне выхода, как это было определено выше для параллельной структуры. В этом случае взаимодействие представляет собой соединение этих двух уровней, так что вход у одного члена бригады основывается на выходе непосредственно предшествующего ему члена бригады.

Очевидно, что эти различия в организациях структуры бригад следует учитывать при разработке тренажеров.

Указатель литературы

1. Парачев А. М. Организация поведения. Ч. 1-6. - В кн.: Программированное обучение и обучающие машины. Вып. 1. Киев, 1969, с. 3-64.

2. Ганзен В. А., Нафтульев А. И. О математическом моделировании в инженерной психологии. - В кн.: Экспериментальная и прикладная психология. Вып. 3. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1971, с. 97-103.

3. Ахути и В. М., Нафтульев А. И. Математическое моделирование деятельности человека-оператора при разработке эргатических систем. - В кн.: Человек и общество. Вып. XI. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1972, с. 245- 257.

4. Паск Г. Обучение как процесс создания системы управления. - В кн.: Кибернетика и проблемы обучения. М., 1970, с. 25-85.

5. Summers L. G" ZiedmanK. A study of manual control methodology with annotated bibliography. USA NASA-CR-125, 1964. 167 p.

6. Briggs G" Johnston W. Team training. USA, NAVTRADEVCEN 1327-4, 1967. 135 p.

7. Лефевр В. А. Конфликтующие структуры. М., 1973. 158 с.

8. Birmingham Н. P. The instantaneous measurement of human operator bandwidth. - The 8-th ann. conf. on manual control, 1959. 8 p.

9. Hudson E.M. Adaptive training and nonverbal behavior. NAVTRADEVCEN 1395-1, 1964. 28 p.

10. Kelley C. R. Design application of adaptive (self-adjusting) simulators. USA, NASA-SP-128, 1966, p. 379-401.