Зинченко. Построение систем управления и проблемы инженерной психологии

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И
ПРОБЛЕМЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ1

Развитие современной техники характеризуется все большей автоматизацией производственных процессов. Автоматизация производственного процесса предполагает наличие системы управления этим процессом, которая обеспечивает его бесперебойный ход. Эти системы могут быть как системами ограниченного применения и небольшого объема, так и чрезвычайно крупными, охватывающими целый комплекс предприятий. Необходимость разработки систем управления привела в последнее время к созданию особой технической дисциплины — системотехники.

При проектировании систем управления всегда возникает задача обеспечения возможности оптимального согласования работы механизмов, входящих в состав системы, и людей — операторов, которые участвуют в работе системы.

Роль людей-операторов в системах управления может быть весьма различной — от технического обслуживания системы и ее ремонта до принятия решений, от которых зависит характер процессов управления в системе. Обеспечение нормальных условий деятельности человека в системе управления требует внимательного учета его физиологических и психологических особенностей, так как без этого человек может оказаться тем слабым звеном в системе управления, которое в первую очередь выйдет из строя при неблагоприятных обстоятельствах и тем самым нарушит нормальную работу системы.

Именно поэтому становится все более и более актуальной проблема взаимодействия человека и машины, которую решает возникшая около 20 лет назад специальная область знания, называемая чаще всего инженерной психологией. В нашей стране в последние годы все шире развертываются инженерно-психологические исследования. Такие

работы ведутся в Ленинградском, Московском, Харьковском университетах, в Институте психологии АПН РСФСР и в ряде других научно-исследовательских учреждений. Вышла первая серьезная книга по инженерной психологии, написанная Б. Ф. Ломовым, одним из ведущих специалистов по инженерной психологии в Советском Союзе. Многие работы по инженерной психологии публикуются в журнале «Вопросы психологии», в изданиях АН СССР, посвященных полетам советских космонавтов Ю. Гагарина, Г. Титова, А. Николаева, П. Поповича, В. Быковского и В. Терешковой.

В ряде зарубежных стран, особенно в США, довольно интенсивно проводятся инженерно-психологические исследования. Разработан целый ряд конкретных методов экспериментальных исследований, получено большое число данных, которые используются при проектировании автоматизированных систем управления. Все реже встречаются заявления зарубежных специалистов о том, что человека следует исключить из системы «человек — машина». Напротив, ставится вопрос о своеобразном симбиозе человека и машины (Ликлайдер). В последние годы в Англии и США началась работа по теоретическому осмыслению опыта инженерно-психологических исследований. Делаются попытки более четко сформулировать круг проблем, входящих в компетенцию инженерной психологии.

В предлагаемый сборник включены отдельные статьи и главы монографий, излагающие результаты теоретических и экспериментальных исследований деятельности человека-оператора в системах управления.

Мы не ставим своей задачей дать во вводной статье к сборнику подробный обзор и критический анализ включенных в него работ. Задача настоящей статьи заключается в том, чтобы рассмотреть некоторые принципиальные вопросы, возникающие при построении систем управления.

I

Все системы управления характеризуются прежде всего теми задачами, для решения которых они созданы. Эти задачи могут быть весьма разнообразными, и в связи с этим к системам управления могут предъявляться различные требования. Один из классических примеров системы управления —

система управления подключением телефонов на автоматической телефонной станции» Задачей этой системы является обслуживание абонентов при помощи автоматического осуществления всех операций по ответу на вызовы: отыскание номера вызываемого абонента, проверка его занятости, подача соответствующего сигнала вызывающему и вызываемому абонентам и т. п. Кроме того, на эту же систему управления возлагаются и функции периодического контроля исправности оборудования станции и переключения на запасные каналы и механизмы тех частей оборудования, которые по каким-либо причинам вышли из строя.

Вызовы, поступающие на телефонную станцию, могут производиться или людьми, или автоматами (например, автоматический вызов пожарной команды через специальное устройство или автоматический вызов бюро обслуживания с абонированного телефона, если абонент не снимает трубку своего аппарата), и мы будет считать их внешними по отношению к системе.

Система управления такого рода работает полностью автоматически до тех пор, пока не произошло какого-либо события, не предусмотренного условиями ее нормальной работы. Роль человека в таких системах заключается в наблюдении за нормальной работой механизмов, в периодическом профилактическом осмотре автоматического оборудования и оказании «скорой помощи» механизмам, по какой-либо причине пострадавшим и вышедшим из строя (восстановление, ремонт и т. д.). Можно привести много примеров систем управления такого рода, используемых в современной технике. Однако для нас больший интерес будут представлять системы несколько иного характера, самое функционирование которых предполагает наличие ситуаций, в которых люди-операторы, обслуживающие систему, должны принимать те или иные решения, обеспечивающие выполнение системой ее функций. К числу таких систем относятся, например, системы управления кораблями, самолетами, движением автомашин на ответственных участках дороги, движением самолетов в районе аэропорта и др.

Все эти системы характеризуются тем, что в обычных условиях они могут работать автоматически. Так, автопилот может управлять движением самолета, если не возникает

какой-нибудь особо сложной ситуации (неблагоприятные метеорологические условия, неправильная работ моторов, отказ какого-либо элемента оборудования самолета и т. п.). Автоштурман на корабле также может обеспечивать навигационное управление кораблем, если не возникает ситуация, на которую он не рассчитан.

Сигнализация, регулирующая автомобильное движение на автостраде, может работать полностью автоматически при не очень большой нагрузке. Но эта же система может отказать или не обеспечить выполнение поставленной перед ней задачи, если плотность движения возрастет свыше некоторого предела и на автомобильной дороге начнут возникать заторы.

Система управления движением самолетов в пределах аэропорта не требует особого вмешательства оператора до тех пор, пока самолеты приходят и уходят точно по расписанию, а метеорологическая обстановка в районе аэропорта не представляет каких-либо осложнений для садящихся и взлетающих самолетов. Однако при нарушении нормальных условий диспетчеру аэропорта приходится принимать весьма ответственные решения, и в этом случае система управления является лишь вспомогательным средством осуществления этих решений.

При анализе функций систем управления мы должны разделить эти системы по крайней мере на два класса.

Системы первого класса, которые можно назвать детерминированными системами, представляют собой системы, работа которых протекает по жестким программам. Эти системы не выполняют никаких функций, кроме предусмотренных в этой программе, и в случае возникновения каких-либо иных ситуаций просто отказывают в работе. Эти системы функционируют лишь в строго определенных нормальных условиях.

Системы второго класса, которые мы будем называть недетерминированными, характеризуются наличие в процессе работы таких ситуаций, когда жесткая программа не может обеспечить удовлетворительное решение задач, поставленных перед системой. В этом случае, для того чтобы задача могла быть выполнена, необходимо вмешательство человека-оператора, принимающего то или иное решение.

Роль человека в детерминированных системах несколько иная, чем в системах недетерминированных. Если в детерминированных системах функции человека в основном ограничиваются наблюдением за работой системы и ее техническим обслуживанием, то в системах недетерминированных человек включен в систему как ее важнейшее органическое звено, без которого работа системы вообще невозможна. Для нас будут представлять наибольший интерес системы второго типа. Именно при их проектировании предъявляются максимальные требования к человеку, и именно в этих системах чаще всего приходится сталкиваться с недоучетом специфических особенностей психологии и физиологии человека.

II

Недетерминированные системы можно разбить на два основных подкласса. Первый из них составляют системы, при эксплуатации которых ситуации, требующие принятия решения человеком-оператором, возникают время от времени. В обычных условиях эти системы могут работать автоматически. Но могут быть и такие ситуации, в которых необходимо принятие решений человеком. Эти ситуации могут возникать в результате различных причин. Иногда они возникают в результате неблагоприятных метеорологических условий, поломок тех или иных устройств, отказа части оборудования, входящего в состав систем. В этих случаях оператор должен найти выход, борясь со стихийными неблагоприятными воздействиями. Так, капитан корабля может бороться со штормом, летчик — с обледенением самолета, диспетчер энергосистемы — с выходом из строя того или иного оборудования на электростанции, входящей в состав системы, регулировщик движения автотранспорта — с образовавшимся у перекрестка затором и т. п. Во всех этих случаях имеет место так называемая «игровая ситуация», когда человек, принимающий решение, должен разобраться в возникшей обстановке и найти пути преодоления тех неблагоприятных факторов, которые создали ненормальное положение в работе системы. Во всех приведенных примерах эти факторы являются в большей или меньшей степени случайными. Во всяком случае, такими они представляются

оператору, и в этих случаях он ведет «игру с природой».

В системах управления другого рода игровая ситуация существует постоянно. К числу таких систем относятся все системы, для которых состояние внешней среды известно не полностью и для которых типичным случаем является противодействие внешней среды решению задач системой. Условимся называть такие системы управления игровыми системами. Они представляют наибольший интерес с точки зрения требований, предъявляемых к операторам, участвующим в работе системы управления. В этих системах человек является основным звеном, так как принятие решений в условиях противодействия и неизвестной заранее обстановки может осуществлять только человек.

Постараемся разобраться в том, какими свойствами должна обладать система управления для того, чтобы она была пригодной для работы в условиях игровых ситуаций.

III

Выполнение задач системой управления можно рассматривать как осуществление некоторого поведения. Существенным признаком этого поведения является адаптивность в самом широком смысле слова. Адаптивное поведение либо приспосабливает систему к меняющимся условиям, либо меняет условия внешней среды для выполнения задач системы, в том числе и для сохранения системы как таковой.

В систему управления в качестве обязательных компонентов входят:

В современных системах управления роль человека на каждом этапе решения задач или в осуществлении частных задач в том или ином звене системы различна, но, как правило, человек участвует на всех этапах решения. Место