Історія розвитку інженерної психології

Як самостійна наукова дисципліна, інженерна психологія почала формуватися в 40-х роках ХХ століття. Однак ідеї про необхідність комплексного вивчення людини й технічних пристроїв висловлювалися ученими ще в XIX столітті. Так, у 1882 році російський метеоролог М. Л. Рихачев поставив питання про психологічну придатність до льотної справи. Він розробив перелік якостей, необхідних повітроплавцеві для управління літальним апаратом: швидкість розуміння, розпорядливість, обачність, уважність, спритність, збереження цілковитого самовладання. Основою інженерної психології стали наукові й теоретичні положення вчення про працю, які почали розроблятися з кінця ХIХ століття. Основоположником у цій галузі став видатний російський учений І. М. Сєченов, який першим порушив питання про використання наукових даних про людину для раціоналізації трудової діяльності. Він вивчав роль психічних процесів при виконанні трудових актів, порушив питання про формування трудових навичок і вперше показав, що в процесі трудового навчання змінюється характер психофізіологічної регуляції. Роботи І. М. Сєченова «Фізіологічні критерії для визначення довжини робочого дня» (1897), «Участь нервової системи в робочих рухах людини» (1900), «Нарис робочих рухів людини» та інші не втратили актуальності і в наш час.

На початку ХХ століття в Західній Європі і в США проявляється великий інтерес до вивчення трудової діяльності. У зв’язку з розвитком капіталізму різко зросла конкурентна боротьба, посилилася гонитва підприємців за отриманням надприбутків. Це змусило їх звернути найсерйознішу увагу на підвищення продуктивності праці робітників за рахунок обліку й використання психологічних чинників, що регулюють трудову діяльність. Одна з найбільш важливих спроб вирішення цієї проблеми пов’язана з появою системи американського інженера Ф. Тейлора, яка була спрямована, передусім, на раціоналізацію рухів робітника, вилучення з трудового процесу зайвих і непотрібних рухів, здійснення такого темпу роботи, при якому продуктивність праці досягала максимальних показників. У роботах Ф. Тейлора також приділялася увага питанням профвідбору, нормуванню праці, пристосуванню інструментів до робітника.

На початку ХХ століття зародилася психотехніка – галузь психології, пов’язана з розробкою методів раціоналізації праці психологічними засобами, з використанням законів людської поведінки для доцільної дії на людину і регулювання її діяльності. Вивчення індивідуальних особливостей людей і використання їх для професійного відбору в промисловості та армії стало одним з найважливіших завдань психотехніки. На межі 20-х років ХХ століття в ряді країн питанням оптимізації виробничих умов і засобів праці стала приділятися велика увага. У 1918 році відомий учений В. М. Бехтерев організовує в Петрограді Інститут з проблем вивчення мозку і психічної діяльності, в якому створює лабораторію праці, де експериментально вивчає вплив праці на особистість. У 1920 році був організований Центральний інститут праці (ЦІП). Під керівництвом А. К. Гастєва в інституті була вирішена низка питань щодо стандартизації раціональних прийомів навчання і трудової діяльності людини з урахуванням її біологічних і психологічних особливостей. У 1920-х роках на багатьох великих підприємствах промисловості й транспорту створюються лабораторії психотехніки, які основну увагу приділяють роботі з професійного відбору. Був проведений також ряд досліджень, які стали прообразом сучасних інженерно-психологічних розробок. До їх числа можна віднести роботу щодо вибору найбільш раціонального розташування букв на клавіатурі друкарської машинки, з урахуванням часу рухової реакції; по раціоналізації шкал авіаційних приладів і кабіни літака; по організації робочого місця водія трамвая та ін. Ці дослідження проводилися під керівництвом А. Е. Брусиловського, С. Г. Геллерштейна, І. Н. Шпильрейна, М. В. Зимкіна і багатьох інших учених.

Реальні соціально-економічні умови для розвитку інженерної психології в Україні і Росії склалися тільки в кінці 1950-х років. Її інтенсивний розвиток почався з 1959 році, коли при Ленінградському державному університеті під керівництвом Б. Ф. Ломова, а дещо пізніше і в Москві при НДІ автоматичної апаратури під керівництвом В. П. Зінченка були створені перші в країні науково-дослідні лабораторії з інженерної психології. Їх створення дало великий поштовх до інтенсивного розвитку вітчизняної інженерної психології. Потім лабораторії і групи інженерної психології створювалися й в інших організаціях.

У своєму розвитку інженерна психологія пройшла два основні етапи. Перший етап (кінець 50-х – початок 70-х років ХХ століття) був пов’язаний з переважанням досліджень аналітичного типу, спрямованих на оцінювання взятих технічних пристроїв та елементів з позиції їх відповідності окремо взятим психологічним характеристикам людини. Так були виконані численні дослідження сприйняття показників від різних приладів та індикаторів, розрізнення та пізнання цифр, букв, умовних знаків тощо, тобто окремо взятих сигналів, за допомогою яких інформація передається людині. Те саме можна сказати і відносно дослідження управлінських рухів. Ці дослідження дозволили розробити інженерно-психологічні вимоги до різних типів засобів відображення інформації та органів управління, до їх взаємного розташування, послідовності використання і т. ін. Проте реальна діяльність людини-оператора зводиться в них до елементарних реакцій, тому накопичені в цих дослідженнях дані мають обмежене значення. Цей етап розвитку інженерної психології іноді називають корективним. Характерним для нього є машиноцентричний підхід до аналізу системи «людина – машина», тобто підхід «від машини до людини», при цьому людина розглядається як проста ланка СЛМ.

На другому етапі (початок 70-х років ХХ століття – до цього часу) розвитку інженерної психології виникла необхідність психологічного вивчення діяльності людини-оператора в цілому і розгляду всієї системи психічних та інших функцій, процесів і станів в контексті цієї діяльності. Головний акцент у цьому випадку робиться на проектування діяльності оператора. Проект діяльності виступає як основа рішення інших завдань, пов’язаних з розробкою і побудовою СЛМ: від загального завдання визначення її принципової схеми і до конкретних окремих завдань, наприклад оформлення шкал приладів та індикаторних панелей, вибору типів органів управління тощо. Цей етап розвитку інженерної психології має назву «проектного». Характерним для нього є антропоцентричний підхід до аналізу СЛМ, тобто підхід «від людини до машини». Такий підхід перебуває поки в стадії становлення, і методи його реалізації розроблені ще не повною мірою.

28. 2. Діяльність оператора в системі «людина – машина»

28. 2. 1. Класифікація систем «людина – машина»

Технічні системи можуть бути класифіковані за різними ознаками. Однією з них є міра участі людини в роботі системи. З цієї точки зору розрізняють автоматичні й автоматизовані системи. Робота автоматичної системи здійснюється без участі людини. У роботі автоматизованої системи бере участь як людина, так і технічні пристрої. Така система є системою «людина – машина». Існують найрізноманітніші системи «людина – машина». Основою їх класифікації є такі чотири групи ознак: цільове призначення системи, характеристики людської ланки, тип і структура машинної ланки, тип взаємодії компонентів системи. Цільове призначення системи визначає багато інших характеристик і тому є початковою ознакою. За цільовим призначенням можна виділити такі класи систем:

· керівні, в яких основним завданням людини є управління машиною (чи комплексом);

· обслуговувальні, в яких людина контролює стан машинної системи, шукає несправності, виконує налаштування, ремонт і т. ін;

· навчальні, тобто ті, що виробляють у людини певні навички (технічні засоби навчання, тренажери тощо);

· інформаційні, що забезпечують пошук, накопичення або отримання необхідної для людини інформації (телевізійні, системи радіолокації, системи радіозв’язку та ін.);

· дослідницькі, що використовуються при аналізі різних явищ, пошуку нової інформації, нових завдань (прилади, макети, установки, які моделюють різні явища).

Особливість систем, які управляють і обслуговують, полягає в тому, що об’єктом цілеспрямованих дій у них є машинний компонент системи. У навчальних та інформаційних СЛМ напрям дій протилежний – на людину. У дослідницьких системах дія має ту чи іншу спрямованість.

За ознакою характеристики «людської ланки» можна виділити два класи СЛМ:

· моносистеми, до складу яких уходить одна людина і один або декілька технічних пристроїв;

· полісистеми, до складу яких уходить певний колектив людей, що взаємодіє з одним приладом або комплексом технічних пристроїв.

Полісистеми у свою чергу можна поділити на «паритетні» та ієрархічні (багаторівневі). У першому випадку в процесі взаємодії людей з машинними компонентами не встановлюється яка-небудь підлеглість і пріоритетність окремих членів колективу. Прикладом таких полісистем може служити система «колектив людей – пристрої життєзабезпечення» (наприклад, система життєзабезпечення на космічному кораблі або підводному човні). На відміну від цього, в ієрархічних СЛМ установлюється або організаційна, або пріоритетна ієрархія взаємодії людей з технічними пристроями. Так у системі управління повітряним рухом диспетчер аеропорту утворює верхній рівень управління. Наступний рівень – це командири літаків, діями яких керує диспетчер. Третій рівень – інші члени екіпажу, що працюють під керівництвом командира корабля.

За типом і структурою машинного компонента можна виділити інструментальні СЛМ, до складу яких у функції технічних пристроїв уходять інструменти й прилади. Відмітною особливістю цих систем, як правило, є вимога високої точності виконуваних людиною операцій.

Іншим типом СЛМ є прості людино-машинні системи, які включають стаціонарний і нестаціонарний технічний пристрій (різного роду перетворювачі енергії) і людину, що використовує цей пристрій.

Наступним важливим типом СЛМ є складні людино-машинні системи, що включають, окрім людини, яка їх використовує, певну сукупність технологічно пов’язаних, але різних за своїм функціональним призначенням апаратів, пристроїв і машин, використовуваних для виробництва певного продукту (енергетична установка, прокатний стан, автоматична потокова лінія, обчислювальний комплекс і т. ін). У завдання людини входить загальний контроль за ходом технологічного процесу, зміна режимів роботи, оптимізація окремих процесів, налаштування, пуск і зупинка.

Ще складнішим типом СЛМ є системотехнічні комплекси. Вони є складною технічною системою з неповністю детермінованими зв’язками і колективом людей, які беруть участь в її використанні. Для систем такого типу характерною є взаємодія не лише по ланцюгу «людина – машина», але й по ланцюгу «людина – людина – машина». Інакше кажучи, у процесі своєї діяльності людина взаємодіє не лише з технічними пристроями, але й з іншими людьми. Типовими прикладами системотехнічних комплексів різного рівня і призначення можуть служити пароплав, повітряний лайнер, промислове підприємство, обчислювальний центр, транспортна система тощо.

В основу класифікації СЛМ за типом взаємодії людини і машини може бути покладена міра безперервності цієї взаємодії. За цією ознакою розрізняють системи безперервної (наприклад, система «водій – автомобіль») та епізодичної взаємодії. Останні, у свою чергу, поділяться на системи регулярної і стохастичної взаємодії. Прикладом системи регулярної взаємодії може служити система «оператор – ЕОМ». У ній уведення інформації та отримання результатів визначаються характером вирішуваних завдань, тобто режими взаємодії в часі регламентуються характером і обсягом обчислень. Стохастична епізодична взаємодія наявна в таких системах, як «оператор – система централізованого контролю», «наладчик – верстат» і т. ін.

28. 2. 2. Показники ефективності, надійності й безпеки функціонування системи «людина – машина»

Будь-яка СЛМ покликана задовольняти певні потреби людини і суспільства. Для цього вона повинна мати відповідні властивості, які закладаються при проектуванні СЛМ і реалізуються в процесі експлуатації. Властивості СЛМ характеризуються її основними показниками, до яких відносять: швидкодію, надійність, точність діяльності оператора, своєчасність рішення задачі, вірогідність безпечної роботи, ступінь автоматизації, економічний показник.

Швидкодія (час циклу регулювання) визначається часом проходження інформації по замкнутому контуру «людина – машина»:

,(1)

де t_i – час затримки (обробки) інформації в i-ї ланці СЛМ; k – число послідовно сполучених ланок СЛМ, до яких можуть бути віднесені як технічні ланки, так і оператори.

Надійність характеризує безпомилковість (правильність) рішення завдань, які стоять перед СЛМ. Оцінюється вона вірогідністю правильного рішення задачі, що, за статистичними даними, визначається відношенням:

, (2)

де m_пом і N – відповідно число помилково вирішених і загальне число вирішуваних завдань.

Нині встановлено, що надійність напівавтоматичних систем на 20–30 % залежить від надійності людської ланки. Підраховано: якщо коефіцієнт надійності людини дорівнює 0,3, а техніка – 0,85, то загальний коефіцієнт надійності СЛМ дорівнюватиме 0,25.

Важливою характеристикою діяльності оператора є також точність його роботи. Під точністю роботи оператора слід розуміти міру відхилення певного параметра, вимірюваного, установлюваного або регульованого оператором, від свого істинного, заданого або номінального значення. Кількісно точність роботи оператора оцінюється величиною погрішності, з якою оператор вимірює, установлює або регулює цей параметр:

γ = I_н – I_оп, (3)

де I_н – істинне або номінальне значення параметра; I_оп – фактично вимірюване або регульоване оператором значення цього параметра.

Своєчасність рішення задачі СЛМ оцінюється вірогідністю того, що завдання, яке стоїть перед СЛМ буде вирішено за час, що не перевищує допустимий. Ця вірогідність за статистичними даними оцінюється вираженням:

, (4)

де m_нс – число несвоєчасно вирішених завдань СЛМ.

При визначенні величин m_пом, і m_нс, а отже, і при оцінці вірогідності Р_пр і Р_св не має значення, яких причин (неякісної роботи машини або неякісної діяльності оператора) неправильно або несвоєчасно вирішено завдання системою «людина – машина».

Безпека праці людини в СЛМ оцінюється вірогідністю безпечної роботи:

, (4)

де Р_вин. – вірогідність виникнення небезпечної або шкідливої для людини виробничої ситуації i-гo типу; Р_пом. – вірогідність помилкових дій оператора в i-ї ситуації; n – число можливих ситуацій, що супроводжуються травмами.

Небезпечні і шкідливі ситуації можуть створюватися як технічними причинами (несправність машини, аварійна ситуація, несправність захисних споруд), так і порушеннями правил і заходів безпеки з боку людей.

Міра автоматизації СЛМ характеризує відносну кількість інформації, яка переробляється автоматичними пристроями. Ця величина визначається за формулою:

, (6)

де Н_оп – кількість інформації, що переробляється оператором; Н_слм – загальна кількість інформації, яка циркулює в системі «людина – машина».

Для кожної СЛМ існує певна оптимальна міра автоматизації, при якій ефективність СЛМ стає максимальною. При цьому чим складніше СЛМ, тим більше втрати ефективності через неправильний вибір міри автоматизації.

Економічний показник характеризує повні витрати на систему «людина – машина». У загальному випадку ці витрати складаються з трьох складових: витрат на створення (виготовлення) системи С_і, витрат на підготовку операторів С_оп і експлуатаційних витрат С_е. Відносно процесу експлуатації витрати С_і і С_оп є, як правило, капітальними. Тоді повні приведені витрати в СЛМ визначаються за формулою:

W_слм= C_е+ E_н(C_оп + C_и), (7)

де Е_н – нормативний коефіцієнт економічної ефективності капітальних витрат.

Для інтегральної оцінки якості системи «людина – машина», що включає сукупність усіх її основних властивостей, використовують поняття ефективності СЛМ, під якою розуміється міра пристосованості системи до виконання покладених на неї функцій. Ефективність визначається перерахованими вище окремими показниками, причому ці показники з точки зору їх впливу на ефективність можуть бути такими, що її підвищують (надійність, безпека, своєчасність тощо) або знижують (витрати, час рішення задачі та ін.). Ефективність системи уявляється як певна сукупність окремих показників. Найчастіше застосовується адитивна функція:

, (8)

де a_j– «вагові» коефіцієнти, сума яких має дорівнювати одиниці; n – число окремих показників, які враховуються.

Величина Е_слм набуває значень у межах від нуля до одиниці і є своєрідним «коефіцієнтом корисної дії» для системи «людина – машина».