Моделирование в инженерно-психологическом и эргономическом проектировании

Методическую базу эргономического и инженерно-психологического проектирования составляют разнообразные методы, используемые при проектировании, начиная с измерения и эксперимента до моделировани я и экспертных оценок качества систем [3]. Выбор методов определяется конкретными целями и задачами проектирования, однако, как и проектирование в целом, является творческим процессом — искусством формирования идей, исследований и реализации представлений о совершенном продукте.

Основу проектирования составляют расчетно-аналитические методы с использованием базы данных характеристик технических элементов, функциональные особенности которых позволяют потенциально использовать их в проекте, а также характеристик деятельности при решении соответствующего класса задач. Хотя расчетно-аналитические методы и дают основания прогнозирования характеристик системы в целом и отдельных ее элементов, их использование связано с определенными трудностями из-за необходимости учета большого числа факторов, прямо или опосредованно влияющих на характеристики проектируемого объекта. К тому же эти методы ограничены для решения оптимизационных задач — интеграции отдельных параметров в общие показатели.

Проверка результатов расчетов и выбор наилучшего варианта организации системы и отдельных ее элементов осуществляются на моделях различного рода. Моделирование позволяет проверить гипотезы о характеристиках объекта, полученных расчетно-аналитическими методами. Несовпадение характеристик модели и результатов расчетов предполагает внесение изменений в модель, а подтверждение — утверждение и модельного представления, и расчетных характеристик как соответствующих целям создания системы с заданными функциональными качествами.

Основным предметом моделирования систем является деятельность оператора с выбором наилучшего варианта организации внешних средств и параметров условий. Характеристиками деятельности, используемыми в моделировании, являются время выполнения операций и действий, вероятность ошибок.

Следует отметить, что при моделировании деятельности в целях проектирования основное внимание уделяется исполнительным и познавательным компонентам, поскольку именно их функционирование определяет общие характеристики работы систем, а также номенклатуру и характеристики информационных средств и органов управления. Примерами психологических моделей деятельности являются функциональная модель предметного действия 181, алгоритмическое описание деятельности [91, модель переработки информации 1131.

В основе математических моделей деятельности лежат общая теория систем, теории информации, теория массового обслуживания, теория автоматического управления, теория операций и др. Множественность оснований моделирования технических компонентов объекта повышает точность прогнозирования его характеристик. Характеристики деятельности человека с техническими средствами могут быть также представлены по-разному в зависимости от выбора теоретического основания его описания: когнитивной теории, теории управления или сетевой модели задач. Однако вариативность оснований математического моделирования деятельности не обеспечивает повышение точности прогноза ее характеристик. Решающим являются выбор адекватного объекту основания моделирования и соотнесение результатов моделирования решения различных задач по выбранному основанию, что позволяет в определенной мере повысить прогностические возможности математического моделирования и обеспечить выбор наилучшего варианта организации проектируемой системы.

Проверка достоверности математических моделей, а также получение данных о характеристиках отдельных действий и операций человека в системе могут быть осуществлены на имитационных моделях или методом статистического моделирования. Смысл метода заключается в многократной реализации моделируемого процесса с помощью управляющих устройств (ЭВМ), измерении выбранных параметров деятельности и их статистической оценке, что позволяет контролировать в ходе моделирования воздействие случайных факторов и выявлять влияние систематических переменных. По способу получения данных имитационная модель схожа с математическим моделированием, но дополнена возможностью управления переменными как в эксперименте. Меняя значения переменных, требующих учета, например порядок отдельных действий, условия работы, психологические особенности оператора (особенности памяти, эмоциональной устойчивости), число операторов, модель позволяет получить не только общие характеристики качества системы, но и оценить законы их распределения для решения широкого класса частных задач проектирования и оптимизации проектного решения.

Имитационное моделирование используется для получения данных о закономерностях, факторах и условиях деятельности: показателей решения отдельных задач, особенностей потока задач (моментов их поступления, характер, приоритет и др.) и потока ошибок (момент и вероятность возникновения, последствия, время исправления и др.)* Также этот вид моделирования используется для выявления влияния индивидуальных особенностей и факторов среды на успешность деятельности. Результаты этого типа моделирования служат основой для имитационной модели второго типа — модели обслуживания, обеспечивающей получение интегральных характеристик деятельности отдельного оператора (степень загрузки, напряженность), коллектива операторов в различных условиях и режимах работы. Результаты моделирования применяются для определения допустимых значений параметров деятельности и разработки требований к условиям и средствам деятельности оператора.

На сегодняшний день для эргономических исследований, проектирования и оценки разработаны и широко используются эргономические моделирующие комплексы. Самыми известными являются такие, как научно-технический комплекс ВВС в Российском институте авиакосмической медицины, моделирующий комплекс летного и диспетчерского (управления воздушным движением) труда американского научно-исследовательского центра им. Эймса, моделирующий комплекс «Боинг-727−200», английский моделирующий комплекс сельскохозяйственной техники. Признаны большие успехи эргономических исследований во Франции, Германии, Венгрии, Скандинавских странах, Канаде, Японии, использующих моделирующие комплексы. Сегодня нет ни одной страны — производителя технических изделий и систем управления, не имеющей своей эргономической службы.