Лекция 9. Состав СПА. Средства человеко-машинного интерфейса

Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) (или интерфейс пользователя) - средства обеспечения обмена информацией между оператором/диспетчером /пользователем и системой управления. Правильно организованный интерфейс делает рабочую обстановку более комфортной, помогает уменьшить число ошибок управления и таким образом повысить эффективность СА. Кроме того, он дает пользователю возможность лучше понять функции управляемой системы.

Создается пользователем при проектировании или модернизации системы. Используется в 2-х различных видах:

1) щитовой – наборы электротехнических и электронных средств визуализации – индикаторов, светодиодов и т.д., и управляющих элементов – кнопок, переключателей и т.д.;

2) дисплейный – экраны (мониторы) средств IT-технологий.

ЧМИ кроме обычного состава компонент обеспечений (технического, программного и т.д.) содержит:

1) психологическую, включая;

o особенности восприятия информации человеком;

o формирование мысленных моделей сложных систем;

2) визуализационную, включающую возможности создания информационных и управляющих средств ЧМИ.

9.1. ЧМИ как элемент системы управления

Человеческий фактор – наука (исследования) по эффективному использованию человеческих способностей в технической среде. Зародилась в 1940-х годах в США и использовалась для отбора персонала для выполнения определенных задач (например, для управления военными самолетами). Позднее человеческий фактор стали изучать и в Европе, изменив направление исследований на проблемы формирования рабочей среды, соответствующей возможностям работников.

Эргономика - междисциплинарная наука, объединяющая знания из области техники, физики, физиологии и психологии.

Пользователь (инженер) – стубъект, создающий и модернизирующий АС. Должен понять и решить, в каком составе и форме данные о процессе будут выводиться на терминалы и панели управления, определить набор управляющих команд для оператора (диспетчера). Должен разобраться в основных принципах работы СА и управлении системой.

Общая тенденция ЧМИ:

1) возрастание сложности СА,

2) сокращение персонала,

3) повышение объема ответственности на человека в системе,

4) повышение требований к интерфейсу пользователя.

Интерфейс пользователя (ИнтП) - видимая часть системы управления реально взаимодействующая с человеком. Выполняет свое назначение, если реально позволяет эффективно преодолевать барьер между СПА и действительными намерениями человека.

Должен способствовать:

1) повышение ответственности,

2) облегчение работы,

3) снижение стресса,

4) уменьшение вероятности ущерба от человеческих ошибок.

Часто вопреки эргономике дружественный интерфейс становится самоцелью и понимается как набор множество цветных картинок на экране, система окон и поддержка диалога с пользователем на национальном языке. Эргономика помогает оценить качество ИнтП, а в ряде случаев и самой АС и управляемого ТП.

По принципам эргономики ИнтП должен быть:

1) прост для понимания,

2) удобен для применения,

3) свидетельствует о хорошей структурированности АС по функциям и средствам.

Однако эргономика в разработке ИнтП не сводится просто к применению нескольких правил, а в первую очередь указывает, что не нужно делать, чтобы не перейти границ человеческого восприятия.

Разработка ИнтП требует критического мышления и постоянной переоценки принятых решений, для их совершенствования с течением времени.

В любом техническом процессе можно выделить 3 составляющие (рис.8.1):

1) цели, задачи,

2) пользователь/оператор,

3) техническая система/процесс (инструмент).

Рис.9.1. Взаимосвязи между пользователем, целями и технической системой (инструментом)

Инструмент - является интерфейсом между пользователем и целью и должен быть прозрачен для пользователя, не отвлекая его содержанием своего функционирования (например, собирая изделие, мы следим не за отверткой, а за винтами и деталями).

Однако в АС управляющее оборудование и СПУ не могут быть прозрачными, поскольку, кроме функций ИнтП самостоятельно влияют на процесс.

Рис.9.2. Применение СПУ в управлении СА

Модель, представленную на рис.8.1, расширяют, чтобы выделить собственно техническую систему и управляющую часть - вместе они формируют новый инструмент пользователя (рис.9.2):

1) техническая система/процесс (инструмент);

2) управляющее оборудование, управляющая ЭВМ (инструмент).

Если управляющее оборудование или СПУ не соответствуют точно технической системе, то работать пользователю сложно, поскольку он должен иметь представление о самой системе, инструменте управления и их взаимодействии. В течение достаточно длительного времени из-за неадекватных и несовершенных IT-технологий операторы нередко должны были уделять больше внимания вычислительным средствам, чем управляемым ТС. Но это был единственный способ взаимодействия с ТС.

Несоответствие между инструментом управления и управляемой системой (например, при неправильном выборе датчиков и исполнительных механизмов), приводит к большим нагрузкам на оператора или к сложному интерфейсу. Таким образом, требования ТС и знания о познавательных и психологических способностях человека должны быть основой построения ИнтП.

СПУ постепенно отодвинуло операторов далеко от управляемого процесса, особенно в системах супервизорного управления, сочетающих мониторинг процесса с функциями автоматизированного управления. Не всегда внедрение СПУ облегчает работу операторов. Напротив, часто разработчики, стараясь исключить оператора, оставляют ему выполнение тех задач, которые не могут автоматизировать, поэтому оператору приходится управлять не только производственным процессом, но и тем, что подразумевал под этим процессом разработчик системы управления.

Требования к процессу и навыки оператора при разработке интерфейса, как правило, не сопоставляются друг с другом, а наибольшее внимание уделяется оборудованию. Эта проблема может считаться и культурной, и образовательной, поскольку роль оператора редко рассматривается в инженерных курсах.

Функции операторов по управлению ТС должны быть элементом системного проектирования, а не рассматриваться как отдельная задача, на которую можно обратить внимание только после завершения проекта. ТС и ИнтП должны разрабатываться в соответствии с набором операций, выполняемых пользователем, а не в соответствии с внутренними свойствами технической системы.

9.2. Психологические модели

Психология - наука о человеческом поведении, опыте и о соответствующих мыслительных процессах. Напрямую используется при разработке ИнтП. Особенно результаты касающиеся познания и восприятия (т. е. постижения чего-либо с помощью чувств), запоминания и обработки информации. Используя эти возможности, человек приобретает знания, решает проблемы и планирует будущее.

При взаимодействии с СПУ и другим оборудованием восприятие является практически полностью зрительным или слуховым. Наиболее важным чувством является зрение, слух важен лишь в случае звуковых сигналов. Осязательная информация необходима только при использовании некоторых типов манипуляторов (механических исполнительных механизмов, тормозов, и т.д.), поскольку создает своего рода обратную связь. С современных СА этот тип ощущений исчезает или заменяется на зрительными образами, например комбинацией светодиодов или символов на экране.

Объем информации, поступающий к человеку извне, оценивается в 10 ⁹ бит/с, из которых лишь около 100 бит/с обрабатываются сознанием. Мозг всегда стремится к уменьшению количества обрабатываемой информации. Если интенсивность (количество, поступающей в единицу времени) информации, возрастает, то способность к ее обработке теряется, а внимание концентрируется только на ее части.

Восприятие цветов - один из важнейших факторов в организации интерфейса. Человеческий глаз лучше всего воспринимает зеленый цвет и хуже - цвета высокочастотного конца спектра, т. е. голубой и фиолетовый. Глаз фокусируется на разные цвета в зависимости от расстояния - если красный и голубой расположены рядом друг с другом, глазу будет казаться, что они находятся на разных расстояниях, и в результате вся картинка будет восприниматься неверно. Кроме того, около 8 % мужчин и 0.5 % женщин в Европе и Америке страдают разной степенью цветовой слепоты и не различают некоторых цветов или цветовых сочетаний.

Как правило, более высокий уровень внимания соответствует неожиданному раздражителю и понижается, если раздражитель повторяется. Другие факторы, повышающие внимание: интенсивность, размер, контрастность и движение. Мозг прекрасно отфильтровывает образ или звук из набора цветов и шумов (например, когда человек смотрит на картину, глаз стремится сосредоточиться на наиболее важных деталях). Аналогичный эффект существует и для звуков - человек может одновременно слышать несколько голосов, но лишь один из них воспринимает сознательно.

Модель поведения Й. Расмуссена - относится к решению проблем в управлении инженерными системами. Нашла широкое признание, и делит человеческие действия по принятию решений и поведению на 3 уровня (рис. 8.3):

1) основанное на навыках - автоматические сенсомоторные действия, легко выполняемые без сознательного контроля (самый низкий уровень);

2) основанное на правилах - обычно проявляется в знакомых ситуациях и управляется набором заранее известных правил или процедур, сформированных на основании предыдущего опыта;

3) основанное на знаниях: в новых условиях, когда предыдущий опыт или правила отсутствуют, управление действиями происходит на более высоком уровне, на котором поведение является целенаправленным и основанным на знаниях. Ближайшая задача формулируется на основе анализа окружающей среды и конечной цели. Структура окружающей среды представляется мысленной моделью, от которой зависит избранный способ действия.

Рис.9.3.Упрошенная иллюстрация уровней человеческого поведения - модель действия

Указанную концепцию можно подтвердить рядом практических примеров. При обучении сложным функциям, например, управлению автомобилем, вначале включается уровень знаний. Переключение скоростей требует значительной концентрации. На этой стадии требуется повышенное внимание, а эффективность и результаты довольно скромные. По мере накопления опыта действия обучаемого становятся все более и более автоматическими - вначале на уровне правил, например, ученик сразу и без анализа понимает, когда нужно переключить передачу, и затем выходят на сенсомоторный уровень, когда действия выполняются практически без усилий сознания. Для опытного водителя совсем несложно оценивать дорожную обстановку, переключать передачи и одновременно поддерживать разговор, поскольку первые два действия выполняются на сенсомоторном уровне и не требуют специального внимания.

Действия на самом нижнем уровне являются наиболее эффективными, поскольку не требуют обдумывания в явном виде и реакция следует сразу за раздражителем. Действия на уровне правил выбираются из нескольких хранящихся в памяти образцов и, следовательно, выполняются с некоторой задержкой. Для того чтобы определить новое действие в необычной ситуации, необходимо аналитическое мышление и сравнение с имеющимися знаниями и опытом, что обычно требует большего времени и значительных умственных усилий.

9.3. Теория 2-уровневой памяти

Психологи длительное время исследовали функции памяти и механизм запоминания информации и опыта. Современная психология различает несколько познавательных функций, т. е. способов восприятия мозгом информации об объектах, получаемой от органов чувств (рис.9.4):

1) накопление и хранение чувственной информации,

2) кратковременная или оперативная память,

3) долговременная память.

Рис.9.4. Модель 2-уровневой памяти

Этапы обработки информации мозгом: восприятие, запоминание в кратковременной и затем в долговременной памяти.

Информация, накопленная органами чувств, попадает в кратковременную память, где мозг может сознательно обратить на нее внимание. Из кратковременной памяти информация передается в долговременную, причем в большинстве случае сознательным усилием воли.

Кратковременная память (сознание) содержит то, о чем человек размышляет в данный момент и на чем основываются его действия. Емкость этой памяти ограничена объемом приблизительно для 7±2 элементов информации, называемых брусками (блоками). Бруски могут быть очень сложными и содержательными.

Поступающая новая информация стирает или замещает существующие бруски. Информация, которая не обдумывается, быстро размывается и исчезает из сознания. Образы в кратковременной памяти имеют приблизительно один уровень абстракции или, по крайней мере, более или менее однородны. Информация из кратковременной памяти быстро извлекается и так же быстро забывается, она легко обозрима, и на ее основе вырабатываются быстрые реакции. Время хранения информации в кратковременной памяти обычно составляет секунды.

Долговременная память - обладает практически неисчерпаемой емкостью, но запоминание и воспроизведение информации занимает больше времени. Информация в этой памяти определяет полное знание индивидуума и содержит всё от языковых навыков до детских воспоминаний и таблицы умножения, и может сохраняться в течение всей жизни.

Различие между кратковременной и долговременной памятью имеет и психологическое объяснение. В мозге нет анатомического разделения на эти области - в их работе участвует весь мозг. Разница заключается в типе процесса. Механизмом кратковременной памяти является распределения электрического поля, а долговременная память основана на взаимодействии нейронов и связях, имеющих более постоянную, химическую природу.

Человеческая память не работает на основе прямой адресации ячеек, как ОЗУ СПУ (в каком состоянии пребывает ваш нейрон № 2 023 965), а работает на базе аналогий и ассоциаций. В этом отношении кодирование запоминаемой информации играет очень важную роль. Современные исследования показывают, что запоминаются не формы или шаблоны, а, скорее, понятия и ассоциации. Другими словами, то, что запоминается, - это смысл, а не форма сообщения или символов (например, после прочтения текста запоминается содержание, а не дословно предложения или шрифт, которым текст напечатан). Передача информации в долговременную память осуществляется не просто усилием воли, как хорошо знают готовящиеся к экзаменам студенты.

Информация запоминается легче, если ее можно вставить в существующие рамки, т. е. соотнести с информацией, уже хранящейся в долговременной памяти. Запоминание различных фактов происходит лучше, если они не разрознены, а находятся в причинной взаимосвязи. Аналогично, воспроизведение (извлечение) информации облегчается ассоциациями - подсказками тем или иным образом с ней связанными. Есть экспериментальные подтверждения того, что информация запоминается навсегда. Нельзя утверждать, что забытая информация потеряна окончательно, - вероятнее, что ее не удается извлечь из-за неверных или утраченных ассоциативных связей.

Новую информацию проще воспринимать, если ее можно упорядочить или связать с уже существующей в долговременной памяти. Ключом к эффективному использованию кратковременной памяти является кодирование, структуризация по брускам. Например, последовательность чисел 88128296306 выглядит как случайный набор из 11-ти цифр и большинство людей неспособны воспроизвести ее без значительных усилий и очень быстро ее забудут. Однако если представить эту последовательность в виде 8-812-829-6306, то воспринимать ее значительно проще - в ней легко узнать телефонный номер в Санкт-Петербурге, содержащий неполную дату отечественной войны и т.д. Перегруппировка уменьшила число брусков с 11 до 4 - количества, с которым можно справиться с меньшими затруднениями. Более того, абстрактные цифры связаны со знакомыми понятиями - название города, номер телефона. Нечто похожее происходит с шахматистами: мастер может запомнить позицию из 20 фигур, новичок - заметно меньше. Причина, вероятно, в том, что новичок видит 20 различных фигур, а мастер - один или два бруска.

9.4. Мысленные модели сложных систем

Мысленная модель (ММ) - набор абстрактных представлений, сформировавшихся у оператора, о том, как ТС работает и реагирует на команды. Поведение на уровне знаний предполагает наличие ММ, оказывающих решающее влияние на эксплуатацию сложной системы и разработку ИнтП. О природе мыслительных моделей известно так же мало, как и о природе мышления вообще.

Наиболее простое и совершенно естественное для инженеров-разработчиков допущение - каждый оператор имеет в долговременной памяти модель процесса, которым он управляет. Поэтому инженеры-технологи и операторы выучивают все инструкции и чертежи наизусть и всегда знают, что делать для достижения нужного результата, т.е. человек считается системой упреждающего управления, которая знает, как в аварийной ситуации влиять на работу оборудования. Такой же подход в неявном виде характерен и для многих обучающих курсов, поскольку в них основное внимание уделяется множеству технических деталей системы, а не поведению процесса.

Предположение о том, что в долговременной памяти оператора существует модель процесса, в значительной мере искусственно и, следовательно, ошибочно - человеческое мышление значительно менее структурировано и детализировано, чем информация в инструкциях. Люди могут перестраивать и адаптировать свои мыслительные стереотипы, а информация, содержащаяся в инструкциях, при этом не меняется. Более того, люди, управляющие сложным процессом, обычно не имеют в долговременной памяти его копию, позволяющую мысленно моделировать процесс и при необходимости вмешательства.

На основе психологических опытов и анализа взаимодействия операторов со сложными ТС получены следующие общие закономерности:

1) большинство людей в первую очередь интересуются не тенденцией и характером развития процесса, а лишь существующим положением и склонны реагировать только на текущие обстоятельства, не планируя свои действия в будущем,

2) задержка реакции отрицательно сказывается на управляемости системы - люди обычно не распознают неустойчивость, вызванную запаздыванием управляющего воздействия,

3) у людей обычно возникают трудности, если изменения происходят по нелинейному (например, экспоненциальному) закону, поскольку, как правило, пользуются линейной экстраполяцией,

4) для человеческого мышления характерны взаимнооднозначные (одно событие влечет другое), а не множественные (сложные сочетания событий влекут другие события) причинно-следственные связи,

5) люди инстинктивно стремятся избегать трудностей, т. е. заниматься наименее проблемной и, соответственно, менее важной деятельностью,

6) люди стараются упростить стоящие перед ними проблемы, сводя их к минимально возможному числу причин.

Формирование ММ - это продолжительный процесс, сопровождающийся постоянными изменениями: добавляется новая и переосмысливается старая информация. ММ процесса, свойственная поведению на основе правил, может иметь формально-теоретический характер, а необходимая информация накапливается с помощью упражнений и строится главным образом на основных фактах из химии, физики и электротехники. На уровне правил модель состоит из утверждений вида если-то применительно к предсказуемым режимам процесса.

Модель сенсомоторного уровня не может появиться после занятий в обучающем центре, а является результатом опыта и практики.

Идеальный тренажер должен охватывать все 3 уровня поведения.

Не существует общего мнения о важности ММ для управления, и о том, что люди с определенной теоретической подготовкой могут выполнять работу оператора лучше, чем без нее. В общем, действия, выполняемые на сенсомоторном уровне, являются более быстрыми и гораздо эффективнее, чем требующие любого обдумывания. С другой стороны, мышление высокого уровня необходимо при столкновении с новыми ситуациями, например для выяснения причин отказа какого-либо оборудования и принятия решения о том, как выйти из положения. Мысленные модели, относящиеся к одной и той же технической системе, могут быть разными в зависимости от их назначения. Мысленная модель автомобиля у автомеханика отличается от модели, существующей у автогонщика, который скорее всего, не справился бы со своей задачей, если бы размышлял о неприятностях, которые могут произойти с двигателем, если выжимать из него максимальную мощность.

В промышленности, значительно более интересующейся результатами, чем теорией, давно принят подход, основанный на том, что оператор может выполнить работу при сравнительно коротком обучении и, следовательно, на основе частичных и неполных ММ. Обслуживающий персонал многих сложных систем получает лишь небольшую предварительную подготовку, поэтому строит свои ММ на основе собственных представлений и повторяющихся действий. Однако управление сложными системами в большинстве случаев - это выполнение заранее разработанных процедур. Штатные и нештатные ситуации описаны в руководствах оператора и в большинстве случаев не требуют, от него собственной инициативы. Руководства оператора отражают подход на основе правил, поскольку содержат описания предопределенных процедур.

9.5. Управление уровнем сложности системы

СА должны, с одной стороны, облегчать работу операторов, а с другой - предохранять техпроцесс от их ошибок. Существует прямая связь между сложностью системы и усилиями, затрачиваемыми на управление, поэтому, чем проще интерфейс, тем легче управление и необходимо достичь непростого равновесия. ИнтП никогда не должен приближаться или превосходить пределы человеческого восприятия в части памяти и концентрации внимания. Бессмысленно выводить на экран сотни характеристик процесса, возлагая на пользователя ответственность за их анализ и выводы. Сложность должна соответствовать пределу восприятия.

С другой стороны слишком простой интерфейс, тоже плох и не дает оператору возможности набираться опыта и поддерживать навыки, необходимые для работы в непредвиденной ситуации. Дополнительно операторы сложных систем должны все время отслеживать правильность функционирования системы управления. Это существенно усложняет их работу.

Сложность - понятие интуитивное, и найти ее объективное определение и меру очень трудно. Оценка сложности зависит и от субъективного опыта, и от объективных факторов.

В практических задачах сложность можно рассматривать не как объективное измеряемое свойство системы, а скорее как результат структуры этой системы и представлений о ней пользователя. Это представление – ММ, и определяется способом взаимодействия пользователя с системы.

Число точек измерения и управления в техпроцессе приблизительно пропорционально сложности системы. Сложность возрастает, если некоторые из характеристик системы связаны не очевидной зависимостью.

Интерфейс пользователя в определенном смысле и есть интерфейс между ТП и ММ оператора. Проблема в том, что все операторы имеют различные ММ, и как их всех можно удовлетворить единым интерфейсом. Преимущество подхода с позиций сложной системы - оператор может изучить и использовать определенный интерфейс, при этом детали конкретной модели несущественны. Важно только, что оператор может выполнить свою работу должным образом.

Следуя этому подходу, проблема ЧМИ рассматривается как проблема восприятия функционирования неизвестной, но часто весьма сложной, системы. Пользователь следует ММ, которая более или менее отражает свойства реального ТП, и этого достаточно для управления при соответствующих знаниях и опыте. Конечно, пользователь в состоянии управлять только до тех пор, пока его сложность не превосходит способности восприятия.

Снижение уровня сложности. Первейшей целью системы управления процессом является снижение уровня его сложности -процесс, видимый через интерфейс СА, должен быть проще, чем процесс, наблюдаемый с помощью обычных СИ. Автоматизация не должна добавлять каких-либо сложностей, а обслуживание соответствующего оборудования приводить к перегрузке способности операторов к восприятию. Сложная система управления ухудшает управляемость процесса, и наоборот. Именно здесь кроются большие возможности применения ВТ в управлении.

Наиболее часто управляющая ВТ используются для простой замены контрольно- измерительных приборов (КИП) по принципу один датчик - одна наблюдаемая величина. Главное преимущество - более удобная организация рабочего места и автоматическая регистрация данных. При этом, по сравнению использованием обычных КИП, оператор теряет чувство непосредственного контакта с оборудованием - на экране все приборы имеют один размер. В реальной жизни разница между граммами и тоннами, киловаттами и мегаваттами, миллилитрами и литрами является очевидной, а в виртуальной реальности компьютерного экрана разница часто сводится всего лишь к изменению положения десятичной запятой.

Первый шаг к уменьшению сложности заключается в анализе информации о процессе, которую должен получать и интерпретировать оператор. Количество датчиков и исполнительных механизмов для управления процессом нельзя выбрать произвольно - оно зависит от природы процесса и целей управления. Работа в режиме реального времени также не является абсолютным понятием, а имеет смысл только по отношению к эволюции во времени управляемого процесса.

Рассмотрим химический реактор. Обычно процесс характеризуется несколькими десятками переменных - температура, расход реагентов, концентрация и т. д. Если каждая из них выводится на панель управления, регистрируется вручную и является частью каких-либо вычислений, то на оператора ложится значительная нагрузка. В чем оператор действительно заинтересован - определить насколько текущие значения соответствуют требуемым (опорным). Сравнение текущих значений сотен контролируемых величин с опорными ВТ легко выполнит несколько раз в секунду. Одной логической операции достаточно для общей индикации, работает ли реактор в целом правильно или нет. Оператор освобождается от ручной работы, и в то же время он в состоянии проверить текущие данные, если это необходимо, с любой степенью подробности. В результате один оператор может одновременно управлять несколькими реакторами.

ВТ может также учитывать специальные режимы. Например, во время переходного процесса различия между текущими и опорными значениями переменных не должны расцениваться как нештатная ситуация. Аналогично, границы аварийных ситуаций могут рассматриваться не просто как фиксированные величины, но в контексте текущего процесса и его состояния. Автоматизация таких задач способствуют уменьшению сложности.

Адекватность –интерфейс должен соответствовать количеству, типу и точности передаваемых данных, т.е.состав этих параметров должен диктовать вид интерфейса, а не наоборот. Это вторая важная характеристика наряду с уровнем сложности интерфейса:

Если процесс характеризуется всего лишь несколькими событиями на протяжении часа, а число входных и выходных переменных - мало, то для управления вполне подойдет небольшое печатающее устройство или панель управления. Применение ВТ для управления таким процессом не уменьшит сложности, скорее наоборот, поскольку к сложности самого процесса будет добавлена сложность системы управления. Если техпроцесс не порождает достаточного количества данных, дисплей утомляет и вызывает скуку.

Важным параметром при разработке интерфейса являются границы ответственности. Необходимо оценить, в какой мере оператор должен следовать предписаниям и в какой - принимать собственные решения, и где проходит граница между одним и другим.

Интерфейс должен быть ориентирован на необходимую степень компетентности пользователя (уровень правил или уровень знаний) и на тип действий при выполнении работы. Сложный интерфейс должен рассматриваться и с позиций необходимости обучения. Только когда все звенья цепи цель-инструмент-оператор соответствуют друг другу, результат достигается при оптимальном вкладе и человека, и системы управления.

Сложность существует только в контексте, включающем пользователей системы. Сложность и удобство являются противоречивыми требованиями, которые должны быть сопоставлены друг с другом. Трудности при более сложной организации экрана и аббревиатуре команд можно преодолеть, если есть возможность интенсивного обучения. Дополнительное усложнение структуры экрана за счет большего объема выводимой информации или за счет более мощного (а значит, и изощренного) командного языка может дать выигрыш в скорости работы. В качестве примера можно привести операционную систему UNIX и текстовый редактор vi. Оба эти продукта часто критикуются за недружественность по отношению к пользователю, однако, когда пользователи приобретают определенный уровень знании и навыков, они отказываются переходить на другие программные продукты.

9.6. Интерфейс пользователя как средство работы со сложными системами

Сложность - это частично объективное свойство системы и частично субъективный опыт пользователя. Снижения присущего системе уровня сложности можно добиться только в результате целенаправленных интеллектуальных усилий проектировщика ТС и программиста СА и оператора. Проектировщик должен учесть свойства процесса и создать логичную и ясную систему. Оператор, столкнувшись с определенным уровнем сложности, должен сформировать собственные понятия и ММ. Программист обеспечивает разработку ИнтП.

Общее количество и тип информации, поступающей от процесса, следует уменьшить до порога восприятия оператором. Эта задача должна быть решена либо разработчиками собственно ТП, либо разработчиками интерфейса пользователя. Если они и программисты не учитывают этого обстоятельства, то - перекладывают ответственность на оператора. Поэтому рекомендуется проводить структуризацию данных уже на стадии проектирования.

Наиболее естественной структурой ПА является иерархия. В большинстве прикладах задач можно определить иерархию так, что некоторые элементы объединены структуры, описываются общими параметрами и характеристиками. Уровни иерархии более или менее соответствуют классам решений, принимаемых при управлении процессом. Обычно все объекты, расположенные на одном уровне иерархии, характеризуются интенсивным взаимным обменом данными, а обмен данными между уровнями, как правило, меньше и не является критичным по времени.

Например, в химическом производстве состояние реактора характеризуется десятками отслеживаемых характеристик. Если внимание сконцентрировано собственно на реакторе, тогда интерес представляют величины опорных и текущих значений температуры, расхода, концентрации и т. д. Если тот же реактор рассматривается как элемент производственной цепи, то существенны только входные и выходные потоки и сигнализация нормальности режима. Только при сигнале о сбое, имеет смысл просмотреть более детальную информацию о реакторе, чтобы найти его причину.

Иерархичность упрощает наблюдение за сложным процессом, но скрывает часть данных. Например, превышение выходного сигнала регулятора по сравнению с обычным рабочим значением может служить показателем неправильного поведения какой-то части системы, но это никак не отражается на общей панели состояния системы - все сигнализаторы горят зеленым - до тех пор, текущие характеристики соответствуют допустимым пределам изменений.

Иерархическая модель по необходимости является обобщенной и обеспечивает полезный подход к анализу и структурированию любой сложной системы управления.

Структурный подход применим не только к выводу на экран, но и к командному языку. Команды могут быть как очень низкого уровня - для непосредственного управления каждым исполнительным механизмом, так и высокого - для выполнения целых задач. Команды низкого уровня редко представляют интерес, особенно в сложных установках, где элементы тесно связаны и взаимодействуют сложным образом. Наряду с командами низкого уровня хорошим решением для выполнения крупных функций является подготовка развитых командных файлов, состоящих из набора простых элементарных команд. Такие файлы можно подготовить для всех основных операций.

Анализ целей -основа проектирования интерфейса. Цели – основное содержание технических процессов и операций управления:

1) состав стандартных задач,

2) способы выполнения каждой из этих задач,

3) требуемая информация для выполнения этих задач,

4) степень свободы, предоставляемая оператору в случае непредвиденных и аварийных ситуаций (для нештатных условий поведение операторов должно быть регламентировано заранее)

Анализ техпроцессов, с одной стороны, и познавательных способностей операторов - с другой, обеспечивает подход, на основе которого ИнтП определяется не только с аппаратной и программной точек зрения, но и с учетом той роли, которую играют операторы.

9.7. Оборудование для интерфейса пользователя

Для построения ИнтП применяется 2 вида устройств:

1) дисплейные, включая средства ввода информации,

2) щитовые.

Дисплейные интерфейсы состоят из панели с экраном (монитором) и клавиатуры, чаще всего используемые для обмена информацией между пользователем и СПУ.

Распространение ПК и постоянно растущие требования СА привели к заметному улучшению качества дисплеев. Размер экрана характеризуется только длиной его диагонали, выраженной в дюймах, поскольку отношение ширины к высоте всегда одинаково (4: 3). Разрешающая способность экрана, измеряемая количеством точек изображения, пикселей, связана с размером экрана и должна обеспечивать хорошее качество представления информации в виде текста и графики. Экран не обязательно должен быть цветным. По техническим причинам качество и резкость изображения у монохромных мониторов лучше, чем у цветных, поэтому первые могут в ряде случаев оказаться дешевле и лучше.

Важным эргономическим показателем дисплея является скорость регенерации экрана, т. е. частота, с которой электронный луч полностью обходит экран. Эта частота должна быть не менее 75Гц, чтобы даже при наличии неблагоприятных факторов, связанных с размером экрана и освещением рабочего места, пользователь видел свободную от мерцания картинку.

Большее число экранов – жидко кристаллические и совершенно безвредны для здоровья операторов. Однако широко используются также и экраны электронно –лучевых технологий и уровень их излучений (показатель, активно обсуждавшийся в последние годы), существенно ниже чем у телевизора и ПК.

Клавиатура - самое распространенное устройство ввода. Буквенные и цифровые клавиши имеют везде одинаковое значение, исключая некоторые национальные особенности. В то же время определение управляющих клавиш не ст