Моделирование в инженерной психологии

Моделирование

Моделирование (в психологии) (от франц. modele — образец) — исследование психических процессов  и состояний при помощи их реальных (физических) или идеальных, прежде всего математических, моделей. Под  «моделью» при этом понимается система  объектов или знаков, воспроизводящая некоторые существенные свойства системы-оригинала. Наличие отношения частичного подобия («гомоморфизм») позволяет использовать модель в качестве заместителя или представителя изучаемой системы. Относительная простота модели делает такую замену особенно наглядной. Создание упрощенных моделей системы — действенное средство проверки истинности и полноты теоретических представлений в разных отраслях знания. 

Известно, что XX век называют веком научно-технической  революции. Бурное развитие техники приводит к тому,  что  деятельность  человека в автоматизированных системах управления (АСУ) играет все большую роль как в развитии современного производства, повышения его эффективности, так и в безопасности людей. Автоматизированные системы управления – это совокупность экономико-математических методов, технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с заданной целью.

Автоматизация – это применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации. Фактом является то, что уже первые успехи автоматизации привели к радикальной трансформации трудовых функций. Если в условиях прежней техники главное содержание трудовых процессов составляло выполнение двигательных операций, то введение автоматики переместило основные трудовые операции на новый уровень – уровень внутренних процессов посредством интериоризации (формирования умственных действий и внутреннего плана сознания через усвоение индивидом внешних действий с предметами и социальных норм общения).

Человек – оператор, технический специалист, управляющий с пульта работой сложного оборудования или устройства, например ЭВМ, радиолокационной станцией, должен воспринимать, перерабатывать и удерживать большое количество информации, принимать решения и передавать команды машинам. Легко понять, что это резко повысило роль человеческого фактора, который теперь выступает прежде всего как фактор психологический. Поэтому если когда-то проблема “человек – техника” решалась на основе простейших антропологических, физиологических и гигиенических данных или просто по здравому смыслу, то сейчас ее решение требует проведения сложных лабораторных экспериментально-психологических исследований. Это обстоятельство породило такую научную дисциплину как инженерная психология. 

Инженерная психология – наука, изучающая системы “человек – техника” с целью достижения их высокой эффективности и разрабатывающая психологические основы:

- конструирования  техники и организации управления  технологическим процессом;

- подбора людей,  обладающих необходимым уровнем индивидуально-психологических профессионально важных качеств для работы с определенной техникой;

- профессиональной  подготовки людей, использующих  в своей трудовой деятельности  сложные технические устройства.

Инженерная психология как наука имеет двойственный характер. С одной стороны, это самостоятельная психологическая дисциплина, изучающая человека во всей полноте проявлений психики в деятельности. С другой стороны, в инженерной психологии имеет место выраженный технический, инженерный аспект, касающийся конструирования техники. Это обусловлено особенностью самого двойственного по своей природе объекта исследования – системы “человек – техника”. Понятие системы “человек – техника” используется как обобщающее. Оно может быть отнесено как к случаям, когда система включает одного человека и одно или несколько технических устройств, так и к случаям, когда система включает несколько человек, и сложные технические устройства.

Приспособление  техники к человеку должно осуществляться с помощью ряда последовательных целенаправленных инженерно-психологических разработок на всех этапах проектирования. В целом они составляют суть инженерно-психологического обеспечения проектирования АСУ. Инженерно-психологическое обеспечение проектирования систем есть в то же время и проектирование деятельности человека. Любое проектирование представляет собой процесс создания прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта, состояния, деятельности человека. В период эксплуатации техники ее приспособление к человеку очень ограничено и оказывается возможным лишь при модернизации. 

Принципиально новые возможности для решения  проблемы проектирования деятельности возникли в связи с использованием системного и кибернетического подходов. Конкретным выражением использования системных и кибернетических концепций является, в частности, применение моделей как средства теоретического и экспериментального исследования.

Кибернетика, вскрыв существенные черты сходства в функционировании объектов живой и неживой природы, открыла широкие перспективы для развития кибернетического моделирования, в частности, моделирования деятельности человека. С методологической стороны специфику современного инженерно-психологического исследования как раз и должно составлять моделирование, ибо оно, во-первых, непосредственно связано с усилением интеграционных тенденций в инженерной психологии, а во-вторых, выступает в качестве одной из необходимых предпосылок дальнейшего развития этих тенденций, создавая эффективные каналы связи между смежными науками. 

Метод моделирования  деятельности человека хотя и связан самым непосредственным образом  с ранее рассмотренными методами решения проблемы проектирования деятельности, однако обладает такими отличительными чертами, которые позволяют рассматривать  его как особый самостоятельный метод исследования. Роль моделирования в современных научных исследованиях настолько велика, что математическое моделирование рассматривается наряду с дедуктивным методом и экспериментом в качестве третьего “интеллектуального орудия”. Благодаря синтетической природе метод моделирования содействует интеграции различных сфер формализованного и содержательного знания, позволяя наиболее оптимально сочетать строгие формализованные и нестрогие интуитивно-содержательные приемы познания в исследованиях. Моделирование целесообразно использовать для:

1) получения  основных представлений о характере  деятельности человека в эргатической  системе и создания языка для  адекватного описания этой деятельности. Здесь исследуются принципы управления  и обработки информации человеком в отдельных подсистемах и ищутся оптимальные частные характеристики этих подсистем;

2) подтверждения  принципиальной возможности создания  эргатической системы по определенной  схеме и сопоставления определенных  типов схем с целью выбора наиболее перспективных. Здесь определяется структура деятельности человека, отрабатывается и коррелируется взаимодействие элементов и подсистем  эргатической системы  и  проверяется ее работоспособность в комплексе;

3) имитирования  деятельности в условиях, максимально приближенных к реальным.

Таким образом, посредством моделирования можно  решать как задачи, связанные с  обоснованием требований к элементам  системы со стороны оператора, так  и задачи получения комплексной  оценки эффективности тех или  других вариантов структуры системы. Именно моделирование помогает добиться наиболее адекватного решения проблемы проектирования деятельности.

При построении моделей деятельности необходимо учитывать  основные требования к создаваемым  моделям; в противном случае снижается ценность последних, возникают ошибки и погрешности. Требования эти в основном таковы:

а) модель должна быть непротиворечивой в рамках моделирования  процессов, способной вписываться  в более общую модель и быть основной для детализации частных  моделей;

б) модель должна выполнять определенные информационные функции, нести новые знания о  структуре моделируемых процессов, обеспечивать прогноз их функционирования, выявление новых свойств этих процессов;

в) при реализации модели должны быть использованы самые современные технические средства. Важное требование к моделям деятельности заключается в том, что они должны адекватно отображать существенные свойства реальной познавательной и исполнительной деятельности. Лишь при этом условии создаваемые модели окажутся пригодными для прогноза эффективности того или иного вида деятельности и затрат времени на нее.

Однако при  реализации метода моделирования приходится сталкиваться с рядом методологических проблем.

1. Расчленение  процесса проектирования приводит  к расчленению процесса моделирования. Разделение модели является методологической проблемой: при наличии сложных взаимосвязей между подсистемами разделение может привести к потере информации.

2. Разработчики  подсистем и разработчики системы  пользуются различными моделями.

3. Исследование  характеристик системы в целом  выполняется на основе предварительного  анализа характеристик подсистем.  Вместе с тем требования к  подсистемам также можно сформулировать, лишь исходя из свойств системы  в целом. Выход из порочного круга усматривается в организации последовательных приближений. Процесс проектирования и моделирования сложной системы оказывается циклическим.

4. Данные, по  которым строится модель на  начальных циклах проектирования, зачастую получают после небольшого числа экспериментов или на основе экспертных оценок, и поэтому они неточны. На последующих этапах неопределенность уменьшается, но не исчезает. Таким образом, моделирование в целях решения ППД реализуется, как правило, в условиях неопределенности исходных данных.

Метод моделирования  может быть реализован тремя способами: как физическое моделирование, как  математическое моделирование или  как разумное сочетание того и  другого способов.

Физическое моделирование деятельности оператора – это создание по определенным правилам экспериментальной модели эргатической системы (или ее подсистемы), свойства которой должны таким образом детерминировать деятельность человека, чтобы основные ее характеристики соответствовали характеристикам деятельности в реальной системе. С точки зрения приложения к решению проблемы проектирования деятельности задача состоит в выборе нескольких альтернативных решений проблемы, создании соответствующих экспериментальных моделей для каждого решения, исследовании деятельности человека с этими экспериментальными моделями, сравнении полученных характеристик деятельности по определенным критериям. Таким образом, физическое моделирование, как правило, неразрывно связано с поиском методов постановки инженерно-психологического эксперимента и путей его совершенствования и автоматизации. Моделирование должно быть осуществлено с учетом динамики процесса и одновременного воздействия на этот процесс различных факторов.

Определение класса задач при физическом моделировании  представляется весьма существенным. Так, например, при обсуждении инженерно-психологического эксперимента, предпринятого для проверки индивидуальных особенностей диспетчеров, было показано, что имитаторы в этом случае должны отличаться от имитаторов, предназначенных для других целей, например, для определения надежности и т. д. Имитация в инженерно-психологических целях может быть определена как целенаправленный эксперимент на моделях рабочих ситуаций. При этом нет необходимости точно отражать реальную структуру, следует стремиться достигнуть психологической идентичности с рабочими действиями оператора.

Укажем два  возможных способа оценки АСУ  при полунатурном моделировании: полномасштабный  реальный эксперимент и методы имитации. Первый способ во многих случаях неприменим по той причине, что при разработке АСУ оценки требуются прежде, чем системы будут готовы для эксперимента.

Что касается второго  способа, то можно выделить два общих метода имитации: динамический (имитация в реальном времени) и цифровой (имитация в ускоренном масштабе времени). При динамической имитации операторы выполняют свои задачи и искусственно воспроизводятся только технические элементы АСУ в целях обеспечения динамической информации для действий операторов. Динамическая имитация в общем смысле означает преодоление ограничений пространства, оставляя временные ограничения. Для преодоления последних человеческий фактор в системе необходимо существенно ограничить путем искусственной имитации процессов решений, осуществляемых человеком. Это и составляет основу цифровой имитации. Отличие динамической имитации от цифровой заключается в основном в том, что в первом случае человек-оператор непосредственно выполняет свои функции, а во втором – основные его функции имитируются с помощью ЭВМ.

К недостаткам  динамической имитации обычно относят: высокую стоимость; ограничения, накладываемые имеющимся оборудованием и общим уровнем исследования системы; кратковременность исследований и ограниченный выбор проверяемых условий; вариативность, свойственную характеристикам человека, что может затруднить сравнение между системами. К основным преимуществам цифровой имитации относят: способность осуществить оценку АСУ со скоростью, значительно превышающей скорость динамической имитации; способность к воспроизведению имитации при тех же самых переменных; получение количественной оценки эффективности системы с точностью, которая не достижима при динамической имитации; способность к имитации при большом числе переменных; способность имитировать АСУ как целое; возможность учета 
при имитации характеристики оборудования, находящегося в стадии проектирования; отсутствие большого числа квалифицированного персонала.