Основные аспекты взаимодействия человека - оператора и аппаратуры

Еще в самом начале пути студент-автоматчик слышит декларацию, что вся научно-техническая деятельность человека направлена на перевод возможно большего числа задач из разряда творческих в разряд рутинных, а автоматизация как область науки и техники ставит своей целью замену человека техническими средствами где только возможно.

Однако сегодня никакая техника не обладает и в обозримом будущем обладать не будет такими резервами памяти, такой способностью адаптироваться к изменяющейся ситуации, как человек, наконец, таким сугубо человеческим качеством, как интуиция, то есть по сути способностью принимать решения в условиях недостатка информации. Об этом можно бы подробно и небесполезно поговорить, но, так или иначе, с существованием такого явления, как оператор, всегда придется считаться - и считаться с тем, что ему свойственно уставать, что он может эффективно держать под контролем всего около 7 информационных объектов, что и скорость восприятия, и скорость исполнения решений у него очень невелики, и с тем, что он может быть нездоров, в дурном настроении, ему может быть просто жарко или холодно и т.д. и т.п.

По мере развития и усложнения функций, реализуемых электронной аппаратурой, требования к оператору ужесточаются. Но это ужесточение небеспредельно, поскольку психофизиологические возможности человека ограничены по природе, и эти ограничения не могут быть полностью преодолены за счет специальной подготовки операторов, и подготовка тоже ограничена временем и затратами.

Таким образом, конструктор РЭА, как всегда, должен найти компромиссное решение.

Должен быть найден оптимум в плане количества и характеристик информации, принимаемой оператором, а также в плане обеспечения таких условий его работы, при которых он способен воспринимать входную информацию ожидаемым образом, принимать верные решения и безошибочно их исполнять.

Это общее соображение для своей реализации требует учета массы факторов.

Деятельность оператора включает в себя несколько этапов: восприятие, осмысление, хранение, принятие решения, исполнение решения и контроль результатов.

Конструкция аппаратуры непосредственно влияет на восприятие информации и исполнение решения.

Восприятие.

Реально в технике используются три механизма восприятия: зрение, слух и осязание.

Обоняние тоже используется, но, как правило, бывает уже поздно.

Главную роль играет зрение.

Известно, что посредством зрения человек получает 80% всей информации.

Характеристики зрительного восприятия:

- поле зрения;

- разрешающая способность (острота зрения);

- способность к аккомодации, т.е. к фокусировке на разноудаленных объектах;

- способность к адаптации, т. е. к восприятию в условиях различной освещенности;

- цветовое восприятие.

Приведенная схема иллюстрирует поле зрения среднего человека при неподвижной голове. Понятно, что при повороте и наклоне туловища и головы поле зрения расширяется. Наибольшая концентрация зрительного восприятия соответствует углам 30^о в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Разрешающая способность глаз сильно изменяется в зависимости от условий: от вида объекта, спектрального состава света, от освещенности, контрастности фона и объекта, скорости движения объекта, продолжительности зрительного воздействияи других факторов. К сожалению, по этому поводу в моем источнике почти нет конкретных данных, и это вообще, видимо, трудно сделать - каждый конкретный случай требует индивидуального подхода. Приводится лишь некоторые данные по пороговым (минимальным) воспринимаемым скоростям: на свету при наличии неподвижных ориентиров - 0^/21^/// сек, в темноте без неподвижных ориентиров - 1^/15^// - 1^/55^// / сек.

Аккомодация изменяется с возрастом ( известное явление возрастной дальнозоркости). Средний 20-летний человек способен аккомодироваться к предметам, расположенным в 100 мм от глаз, 40-летний - 220 мм, а 60-летний - 1000 мм. Объекты, расположенные в 6 м и далее, для глаза находятся в оптической бесконечности, для фокусировки на них аккомодация глазу не нужна.

Способность к адаптации меняется в тысячи раз при переходе от света к темноте (темновая адаптация) и обратно (световая адаптация). Для темновой адаптации требуется обычно порядка 20 мин. Мне доводилось слышать о приемах, позволяющих ускорять темновую адаптацию - вроде вспышки синего цвета, но здесь нужна конкретная информация.

Человек с нормальным цветовым зрением может различать до 150 цветов по цветовому тону, до 25 - по насыщенности, а по светлоте - до 64 при высокой освещенности и до 20 при низкой. Несмотря на то, что для профессии оператора в серьезных случаях требуется нормальное цветовое зрение, не стоит злоупотреблять оттенками - лучше, если цвета, используемые для органов управления и индикаторов, будут различаться существенно.

Отмечено также, что цветовое восприятие зависит от того, на какой цвет был обращен взгляд до момента наблюдения. Соответствующая таблица приведена в источнике.

Кажущиеся цвета при переносе взгляда с одной цветовой поверхности на другую.

Слух.

Известно, что большинство людей способны воспринимать очень малые изменения частоты звука: музыкальному интервалу в полтона соответствует отношение частот 1.059, и эту разницу способен уловить человек, которому на ухо наступил мамонт. Кроме того, очень хорошо ощущается разница в частоте следования звуковых импульсов. Это, конечно, достаточно широко используется.

Надо, однако, помнить, что слух способен адаптироваться и к уровню звука, и к достаточно долго повторяющемуся периодическому сигналу - по прошествии какого-то времени человек просто перестает воспринимать звуковой сигнал. Хорошо воспринимаются лишь быстрые перепады громкости или достаточно сильные изменения характера звучания.

Тактильная чувствительность.

Наибольшей чувствительностью обладает кожа на кончиках пальцев. Каждый знает по себе, что легко различается форма осязаемой поверхности и ее фактура. Это также используется при проектировании органов управления.

Особенности двигательного аппарата.

Большая часть операций производится руками. В движениях рук отмечены такие особенности:

· движения по горизонтали быстрее, чем движения по вертикали;

· движения к себе более точны, чем от себя.

Здесь необходим комментарий: имеется в виду движение пальцев в случае, когда кисть имеет опору. Если движение требует значительного усилия и выполняется всей рукой, точность зависит от того, в каком направлении тело имеет опору. Общее соображение: мышцы-сгибатели в принципе работают лучше, чем разгибатели - это, как очевидно, связано с конструкцией человеческих конечностей.

· прерывистые движения выполняются медленнее, чем непрерывные;

· дрожание рук имеется всегда.

Параметры, которыми характеризуется оператор как звено системы "человек - техника", звучат так, как будто он - неодушевленная железяка: быстродействие, точность и надежность.

Правда, количественно их выразить непросто.

Быстродействие определяется временем реакции анализаторов и временем исполнительных действий. Время реакции тактильного анализатора - 0.09 - 0.22 с, слухового - 0.12 - 0.18 с, зрительного - 0.15 - 0.22 с. Медленнее всех - тепловой анализатор при слабых воздействиях - 0.28 - 1.6 с. Во всех случаях время реакции зависит от условий наблюдения.

Время исполнительных действий зависит от множества факторов: индивидуальных способностей конкретного человека, его физиологического состояния на данный момент, того, насколько конструкция аппаратуры соответствует его антропометрическим данным, других факторов. Оно труднее всего поддается учету.

Средняя скорость переработки информации оператором - 6 бит/с.

При большей скорости возрастает напряжение, и оператор быстрее утомляется, при меньшей начинает играть свою роль тягостное ожидание - внимание рассеивается.

Точность оператора количественно определяют как разницу между показаниями индикатора и значением, считанным оператором.

Надежность оператора - такая же вероятностная характеристика, как и для технических устройств, и может быть выражена количественно, но факторы, ее определяющие, другие: во-первых, информация, получаемая оператором, не всегда исчерпывающа, во-вторых, сказываются личные особенности ее восприятия, далее, правильно задуманное не всегда исполняется безошибочно.

Очень серьезную роль играет психическое напряжение, связанное и со скоростью поступления информации, и длительностью периодов активной работы, и с различными факторами дискомфорта, а также всевозможные помехи.

В результате исследований установлены зона высшего комфорта, комфортная зона, некомфортная зона и невыносимая зона по различным факторам, определяющим условия работы оператора.

Условия работы оператора

По логике вещей, нужна какая-то интегральная оценка условий работы. Понятно, что если хотя бы один параметр за пределами комфортной зоны, то оператору весьма неуютно, а два или более могут сделать жизнь совершенно непереносимыми.

В былые времена конструктору, заикнувшемуся, что не вредно бы сделать технику покрасивее или хотя бы поудобнее, вполне могли возвестить: “ Нечего баловать, перебьются... А тебе что, делать нечего? !”

На рисунке приведена схема деления рабочего места на зоны по степени удобства обзора и доступности для работы руками при работе сидя.

Зоны обзора и доступности

Здесь А - зона, в которой возможны наиболее быстрые и точные, наилучшим образом координированные и наименее утомляющие движения рук. Зона Б в этом плане мало чем отличается от зоны А, только что обзор несколько хуже и, строго говоря, естественная асимметрия рук дает о себе знать. Работа в зонах А и Б не требует поворота головы или туловища, а в зонах В и Г уже требует. Понятно, что наиболее важные для работы оператора органы управления и индикаторы должны располагаться в зонах А и Б.