2.5.3. Математическое моделирование деятельности человека-оператора

Существует несколько методов априорного анализа деятельности: обобщенно-структурный, операционно-психологический, метод статистического эталона, логико-информационный и т.д. Используются также три типа моделей поведения человека: когнитивные модели, моде­ли теории управления, сетевые модели задач. В данном разделе рассматривается один из возможных аналитичес­ких методов — метод математического моделирования деятельности [22].

В основу такого моделирования положена идея ис­пользования методов Монте-Карло для имитации вероят­ностно-временных характеристик деятельности операторов. Степень расчленения деятельности оператора на отдельные операции зависит от цели расчета и не имеет для модели существенного значения.

В общем случае время выполнения отдельной опера­ции состоит из двух составляющих:

59

60

61

2.5.4. Моделирование систем "человек—машина" в эргономике

Моделирование систем "человек —машина" более затруднительно, чем моделирование физических систем, поскольку:

1) фундаментальных законов или принципов в науке о поведении мало;

2) соответствующие процедурные элементы часто трудно описать и представить;

3) поведение людей во многом определяется социальными факторами, причем их влияние трудно выразить в коли­чественной форме;

4) во многих аспектах поведения существенными могут быть случайные элементы;

5) неотъемлемой частью таких систем становятся способ­ности человека к принятию решений и решению задач.

В современных условиях достаточно широко приме­няются изощренные методы анализа в эргономике, по­зволяющие прогнозировать динамику взаимодействия человека, технических средств и программного обеспе­чения. Все большее внимание уделяется разработке ими­тационных моделей систем "человек —машина". Такое моделирование предпочтительнее эмпирических иссле­дований в тех случаях, когда использование реальнойсистемы невозможно, непрактично или даже опасно. Имитационное моделирование дополняет и углубляет экспериментальные исследования и аналитическое моде­лирование [27].

В системном моделировании, использующем воз­можности ЭВМ, в большей мере моделируется не струк­тура, а поведение объекта. Имеется в виду моделирова­ние сложных систем, которые человек не только форми­рует в системную целостность, но и в которые сам включается в качестве определяющей подсистемы. При этом возрастает роль неформализованных факторов мо­дели. Новое единство формализованного и неформализо­ванного — важная черта системных моделей.

При неуклонном возрастании эвристических воз­можностей совершенствующихся формализованных приемов значение неформализованных утверждений, интуитивных догадок в области моделирования сложных систем становится все более существенным. Важной сто­роной системного моделирования является аксиологиза-ция, или учет, ценностных ориентиров конкретного типа общества. Поэтому в системном моделировании весьма существен удельный вес такой процедуры, как оценка. "Если технической базой системной модели служит не­уклонно совершенствующийся компьютер, то технологи­ческое основание этого познавательного приема состав­ляют такие специфические гносеологические особеннос­ти, как более органичное включение и в объект, и в модель человека, по сравнению с традиционными чисто объективными формами моделей (в силу этого системное моделирование тесно связано с самопознанием челове­ка), единство общественных и естественных наук при определяющей роли социальных концептуальных пред­посылок модели, диалоговость и сценарный подход" [6, с.467].

Системно-функциональный анализ лежит в основе разработки модели целостной системы "человек—маши­на", которая должна быть пригодна для определения требований к человеко-машинному интерфейсу, разра­ботки базы для оценки показателей выполнения деятель­ности и составления контрольного листа, позволяющего проверить, все ли эргономические требования воплощены в проекте системы. Деятельность эргономиста в процес­се проектирования сложных систем начинается с рас­смотрения всех важнейших требований системы и ее функций в их единстве и взаимосвязи. "Наиболее опти­мальный путь для обобщения информации, необходимой для анализа функций, состоит в подготовке общего сце­нария с полным набором системных операций. Сценарий состоит из осмысленного описания типичной последова­тельности системных операций в вербальной форме, в нем учитываются как нормальные условия протекания деятельности, так и возможные (и наиболее важные) пограничные случаи. В сценарии может отразиться неко­торая путаница или взаимопересечение отдельных функ­ций. Это не имеет серьезных последствий на начальном этапе описания, но в ходе дальнейшего анализа функций они должны быть четко рассортированы" [28, с. 109].

Разработка сценария закладывает фундамент меж­дисциплинарного сотрудничества ученых и специалис-

62

тов, участвующих в проектировании систем человек-машина". Здесь применимы многие методы проектного анализа из тех тридцати пяти, которые описаны Дж.К.Джонсом и которые создают возможность коллек­тивного творчества. Важность этих методов заключается в том, что они позволяют сотрудничать до возникновения концепции, сформированной идеи, случайного эскиза, до появления "проекта". Верно используемые, они освобож­дают каждого от тирании навязанных проектных идей и позволяют каждому внести свой вклад и действовать так, как он себе представляет. Рекомендуется начинать с использования двух методов — "мозговой атаки" и клас­сификации, которые частично включают многие из ас­пектов наиболее разработанных методов. "Мозговая атака (рационалистический способ использования вооб­ражения) создает у специалиста уверенность в совмест­ном восприятии идей, а классификация (интуитивный способ рационального действия) позволяет приобрести весьма необходимый опыт в искусстве нахождения мо­делей в явно хаотичной информации, поступившей извне. Примененные вместе, эти два метода позволяют достаточно быстро охватить проблему в целом" [29, с.21].

2.6. Методы эргономической оценки промышленных изделий и проектных решений

Эргономическая оценка техники и технически слож­ных потребительских изделий — важный этап их разра­ботки и совершенствования, а также сертификации [30], проводится, как правило, после оценки их безопасности. В процедуре оценки используется комплекс взаимосвя­занных эргономических требований, предъявляемых к объекту оценки и обусловливающих деятельность чело­века с ним.

Эргономическая оценка техники и потребительских изделий осуществляется следующими методами:

♦ экспериментальным (с помощью технических измери­тельных средств, см. рис. 2-8);

♦ расчетным (основан на вычислении значений парамет­ров, найденных другими методами);

♦ экспертным (основан на учете мнений экспертов); на­блюдения и опроса.

В процедуре эргономической оценки могут приме­няться как отдельные методы, так и их сочетания (рас­четного и экспертного, экспериментального и экспертно­го). Номенклатура показателей оценки определяется в зависимости от ее целей, требований потребителя, усло­вий использования или функционирования объекта, кон­структивных особенностей, сложности объекта и т.д. [31].

Так, например, целью экспериментальной эргономи­ческой оценки дисплеев является измерение показателей функционирования этих технических средств и их кон­структивных характеристик, оказывающих влияние на здоровье и работу пользователей. Объект оценки — дисплей с клавиатурой, системным блоком (в случае необхо­димости), а также с программным обеспечением, необхо­димым для генерации и управления символами в соответ­ствии с методикой проведения оценки. Эргономическая оценка распространяется на многоцветные дисплеи и дисплеи, у которых в качестве средств отображения применяется не только электронно-лучевая трубка, но и ЖК-индикаторы, плазменные индикаторы и др. Предмет оценки: 1) визуальные эргономические характеристики дисплея, определяющие качество зрительного воспри­ятия информации на его экране и безопасность пользо­вателя; 2) излучения дисплеев. Соответственно определя­ется номенклатура показателей оценки. Для визуальных эргономических характеристик дисплея они следующие:

1) цвет фона или символа;

2) яркость экрана или курсора;

3) средняя яркость;

4) равномерность яркости;

5) отражательная способность, зеркальное или смешанное отражение;

6) коэффициент диффузного отражения;

7) дрожание изображения;

8) критическая частота мельканий изображения;

9) размеры символа и его искажения;

10) нелинейность — неравномерность расположения эле­ментов, образующих вертикальные и горизонтальные линии;

11) неортогональность — отклонение от прямоугольности горизонтальных и вертикальных линий или строк и столбцов;

12) соотношение между смежными яркостями в распреде­лении яркости поперек вертикальной линии (горизон­тальное распределение яркости) или поперек горизон­тальной линии (вертикальное распределение яркости), выраженное в процентах модуляции;

13) соотношение между соседними яркостями и его зави­симость от угла наблюдения;

14) соотношение между максимальной и минимальной яр­костью в одном растровом цикле в направлении, пер­пендикулярном смежным строкам роста;

15) анализ четкости и модуляционной передаточной функ­ции;

16) коэффициент диффузного отражения — отношение рассеянного светового потока, отраженного от оцени­ваемой поверхности, к световому потоку, отраженному от абсолютно белой, диффузно отражающей поверх­ности.

В номенклатуру измеряемых излучений дисплеев входят:

1) рентгеновское излучение;

2) электростатический потенциал экрана;

3) напряженность переменного электрического поля;

4) плотность магнитного потока;

5) ограничения тока электростатического разряда (с использованием клавиатуры).

Цели, номенклатура показателей, методы, средства и условия эргономической оценки дисплеев определяют­ся государственным стандартом Российской Федерации

63

"Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономичес­ких параметров и параметров безопасности" (ГОСТ Р50949 —96), шведским стандартом "Методика проведе­ния испытаний дисплеев. Визуальные эргономические характеристики. Характеристики излучений" (MPR 1990:8 1990-12-01), а также другими национальными и международными стандартами.

В государственном стандарте приведен минималь­ный рекомендуемый перечень средств измерений визу­альных эргономических характеристик дисплеев. Швед­ский стандарт переведен на русский язык Ассоциацией прикладной эргономики и Московским институтом элек­троники и математики. В названных стандартах внима­ние обращается на то, что результаты экспериментальной эргономической оценки дисплеев дополняются субъек­тивными оценками пользователей. Одновременно под­черкивается, что оценка условий работы пользователя с дисплеем должна охватить рабочее место в целом.

Результаты эргономической оценки и разработан­ные на их основе рекомендации сравниваются с постав­ленной ранее целью оценки для того, чтобы выяснить, решены ли задачи, поставленные перед эргономической оценкой, не возникли ли новые задачи, не следует ли изменить номенклатуру эргономических показателей и способ их определения. Выявление подобных факторов существенно для достижения объективности и динамич­ности эргономической оценки.

Эргономическая оценка проектных решений прово­дится на всех этапах проектирования и разработки технически сложных потребительских изделий и техники. Наиболее сложной представляется эргономическая оценка на основе анализа технической документации, включающей технико-экономическое обоснование, рас­четы, чертежи, сметы, пояснительные записки и другие материалы. Аля оценки проектных решений использу­ются стандарты в области эргономики, справочники, контрольные листы, а также разнообразные макеты и модели.

2.6.1. Эргономическая оценка технически сложных потребительских изделий

Специфика и основная сложность оценки техничес­ки сложных потребительских изделий связана с тем, что с ними имеют дело буквально все люди — мужчины и женщины, дети и молодежь, пожилые и инвалиды, жите­ли городов и сельских поселений. "У каждого класса покупателей свои нужды, потребности, желания, привы­чки, ожидания, понятия о ценности и т.д. А удовлетворить надо каждого! По крайней мере так, чтобы он не наложил вето на приобретение данной продукции" [32, с.108].

Для потребителя изделие предстает как средство, удовлетворяющее определенные потребности, т.е. функ­ционально. Поэтому прежде всего анализируется соот­ветствие изделия своему назначению. Предметом эрго­номической оценки являются простота, удобство, на­дежность и эффективность использования изделий в различных ситуациях потребления. Эргономические по­казатели находятся в ряду потребительских и основаны на сопоставлении определенных свойств изделия с прак­тической потребностью, для удовлетворения которой это изделие предназначено. "Социально детерминированная потребность определяет конкретный срез рассмотрения свойств объекта. Через эту потребность все аспекты потребительского качества связаны между собой и с контекстом культуры" [33, с.22].

Полный цикл эргономической оценки потребитель­ских изделий включает три этапа, на которых ее осущест­вляют потребители, эргономисты (рис. 2-9), эксперты [34]. Перед оценкой составляется перечень последова­тельности операций пользования изделием, который на­ряду с основными должен включать и менее значимые операции, а также учитывать возможность неправильно­го пользования изделием. Критерии оценки, например простоты и удобства пользования, должны быть соот­несены не только с операциями использования изделия, но и с его транспортировкой, установкой, ремонтом, чисткой, хранением.

В оценке изделия потребителями участвуют лица, имеющие навыки пользования изделием и не имеющие таковых. При оценке технически сложных потребитель­ских изделий, особенно небезопасных, предпочтение от­дается потребителям, имеющим навыки обращения с такими изделиями. Перед потребителями в определенной последовательности ставятся задачи пользования издели­ем в течение заданного времени. В конце процедуры оценки они заполняют вопросник, фиксирующий ее ре-

64

зультаты. Вопросник позволяет выявить субъективную оценку потребителями различных свойств изделия, отра­зить его достоинства и недостатки по определенному критерию, например удобства пользования. В этих же целях используется запись на магнитную ленту высказы­ваний потребителя о том, что он замечает в процессе пользования изделием.

При выполнении потребителем задач пользования изделием эргономист фиксирует прежде всего те труд­ности, которые возникают при деятельности с оценивае­мым объектом. При этом часто можно получить больше информации, наблюдая за неопытными, а не за квалифи­цированными потребителями, так как у первых еще не выработались прочные навыки деятельности с изделием. Такие потребители чаще совершают ошибки.

Рекомендуется не создавать непривычных условий проведения эргономической оценки, поскольку они могут оказать отрицательное воздействие на восприятие потребителя и его деятельность. Предпочтительно прове­дение эргономической оценки в домашних условиях или максимально приближенных к реальным [35]. Однако для оценки потребительских свойств некоторых технически сложных изделий, например стиральной машины, лабо­раторные условия являются единственно приемлемыми.

Оснащение лаборатории видеоаппаратурой и специ­альными местами наблюдения за деятельностью потреби­телей или испытуемых позволяет более качественно осу­ществлять сбор информации, так как обеспечивает воз­можность скрытого наблюдения, проведения поэтапного анализа всех процессов использования изделия, а воз­можность длительного хранения видеозаписи позволяет в случае необходимости использовать ее для последую­щего сравнительного анализа.

Оценка изделия экспертами проводится независимо от оценки его потребителями и требует от экспертов квалифицированного анализа. Эксперты должны знать о последних достижениях эргономики, о лучших образцах той группы изделий, которыми они конкретно занимают­ся. Эксперты составляют контрольный список оценивае­мых параметров изделия и определяют соотношение их значимости.

По своей природе качественная оценка основывает­ся на профессиональной квалификации и авторитете экспертов, которым доверено суждение. Выражение в баллах качественной эргономической оценки, вынесенной экспертами, не превращает ее в оценку количественную. "Это лишь символическое отражение некоторых качест­венных уровней и порядка экспертных предпочтений. Суммирование этих баллов с каким-либо количествен­ным выражением или балльной оценкой технико-эконо­мических или потребительских показателей качества не имеет смысла так же, как сложение любых несоизмери­мых величин (например, трех табуреток и двух рублей или ста километров с девятнадцатью часами)" [33, с.26]. Проводя эргономическую оценку технически сложных потребительских изделий, важно иметь в виду, что "рас­сматриваемое изготовителями и продавцами свойство продукции (например, что чаще всего называется «каче­ством») может оказаться сравнительно малозначимымдля потребителя. Покупателя не интересуют трудности и проблемы производителя. Единственный его вопрос за­ключается в следующем: «Что это дает мне?»" [32, с. 105].

2.7. Эргономические моделирующие комплексы, системы автоматизиро­ванного проектирования и банки данных

2.7.1. Моделирующие эргономические комплексы

Для проведения комплексных исследований, ориен­тированных на решение задач проектирования систем "человек —машина" и их оценки, разрабатываются и создаются моделирующие эргономические комплексы (стенды), которые зачастую представляют уникальные сооружения. Моделирующие эргономические комплек­сы незаменимы в тех случаях, когда экспериментальные исследования в реальных условиях затруднительны, эко­номически невыгодны или вообще невозможны из-за опасности для жизни или здоровья человека, сложности систем "человек —машина", значительных их размеров.

Научно-технический комплекс ВВС в Российском институте авиакосмической медицины предназначен для эргономических исследований и испытаний макетных и опытных образцов оборудования. Этот и другие подоб­ные экспериментальные стенды включаются в общую систему создания летательных аппаратов. Выполняемые на них эргономические исследования и разрабатываемые

65

проектные предложения становятся составной частью единого процесса проектирования. Исследования на рас­сматриваемых комплексах обеспечивают преемствен­ность наземных и летных испытаний, связанных с чело­веческими факторами в технике, а также позволяют осуществлять оценку основных идей проектов и принци­пов, закладываемых при конструировании новых кабин и систем управления, оценку образцов оборудования и рациональное построение методики испытаний с учетом возможностей и особенностей летчика, включая выбор критериев оценки авиационного оборудования [36].

Разработанный в американском Научно-исследова­тельском центре им. Эймса моделирующий комплекс стоимостью 8.5 млн. долл. установлен в помещении с полезной площадью 1200 м². Его основными компонента­ми являются исследовательская лаборатория, два летных тренажера, три макета рабочих мест диспетчеров управ­ления воздушным движением и три макета самолетных кабин. Это оборудование позволяет моделировать полеты 36 самолетов в воздушной обстановке, максимально при­ближенной к реальной.

Моделирующий комплекс (летательный тренажер) самолета "Боинг-727-200", созданный фирмой "Сингер-Линк" и установленный на подвижном основании с шес­тью степенями свободы, обеспечивает имитацию всех наземных операций и операций пилотирования с воспро­изведением натуральных шумов при работе силовых ус­тановок, аэродинамических шумов и звуков выпуска или уборки шасси. Создание второго тренажера осуществля­лось на базе концептуальных проработок перспективного пассажирского самолета.

Комплекс позволяет воспроизводить цветные изо­бражения различных аэропортов, наблюдаемые через остекление кабины в сумерках и ночью. При этом с помощью светящихся точек обозначаются различные объекты, а также текстура земной поверхности и поверх­ности зданий в условиях естественной освещенности или при освещении посадочными огнями самолета. Комплекс позволяет также воссоздать обстановку в дневных усло­виях и реальную обстановку в условиях тумана, облач­ности,* кратковременного снегопада или ливня. Кроме того, через него может передаваться воздушная и назем­ная обстановка от имитатора управления воздушным движением.

Системное моделирование явилось основанием для разработки английским Национальным институтом сельскохозяйственной техники эргономического моде­лирующего комплекса [37], позволяющего изучать и оп­тимизировать все параметры рабочего места, влияющие на комфортность и безопасность труда. Комплекс вклю­чает макет рабочего места тракториста в натуральную величину. С его помощью можно моделировать все усло­вия труда (шум, вибрации и др.), исследовать рабочие позы человека в ситуациях, приближенных к реальным. Макет установлен на алюминиевой несущей системе, которая под действием трех гидроцилиндров может ис­пытывать смещения и вибрации в трех направлениях: продольном, поперечном и вертикальном.

Созданный комплекс знаменует переход к принци­пиально новому методическому подходу эргономическо­го проектирования трактора по сравнению с традицион­ным, в основе которого лежат вычленение одного пара­метра рабочего места и преобразование его до оптималь­ного значения. Практика показала, однако, что получае­мые на экспериментальных стендах и опытных образцах машин значения далеко не всегда соответствуют тем, которые наблюдаются на машинах, работающих в реаль­ных условиях. Так, не оправдала себя установка эргоно­мистов и конструкторов на максимальное глушение шума в кабине: оказалось, что фермеры эффективно использу­ют каналы слухового контроля работы механизмов трак­торов и потому сознательно нарушают герметизацию кабины. Полностью остекленные кабины проектирова­лись в расчете на обязательное использование кондици­онеров, без которых в кабине возникает "парниковый эффект", однако высокая стоимость и недостаточная надежность кондиционеров препятствуют их широкому применению. Исследовать динамику какого-либо пара­метра в зависимости от группы других, имитировать с помощью экспериментальных стендов реальные условия, в которых работает тракторист, и помогает созданный комплекс.

Проблема шума изучалась на моделирующем ком­плексе путем предъявления трактористу—испытуемому записанных на магнитную ленту реальных шумов, возни­кающих при характерных неисправностях машины. Шумы воспроизводились в произвольном порядке через случайные временные интервалы. О своих реакциях ис­пытуемый сообщал либо устно, либо нажатием на кнопку или педаль (имитация естественной реакции на неис­правность). Было установлено, что реакции испытуемого не всегда адекватны и часто запаздывают. Исследования указали также на необходимость облегчения контроля работы машины на слух, в связи с чем изучались два пути: применение устройств для усиления информативных шумов и активное подавление обычных фоновых шумов.

Особое внимание уделялось проведению стендовых и полевых испытаний гидростатических систем рулевого управления и систем с сервоприводом, для чего на раз­личных скоростях исследовалась точность управления трактором. Было выявлено, что повышенная скорость и чувствительность системы управления вынуждают трак­ториста сосредоточивать внимание на движении агрега­та, а на контроль качества работы не остается времени (при уборке свеклы, например, в этих условиях потери возрастают в среднем на 13%). По результатам исследо­ваний разработана новая система управления, отвечаю­щая реальным особенностям труда тракториста.

На этой установке исследовались различные типы сидений. При этом оценивались толщина и угол наклона подушки, угол наклона и кривизны спинки, плотность и мягкость обивки и другие параметры, включая степень поглощения подвеской сиденья вибраций платформы. Результаты исследований на стенде позволили опреде­лить требования к "идеальному сиденью", его геометрии, морфологии в соответствии с особенностями трудовой деятельности тракториста.

66

Еще один моделирующий эргономический комплекс и его использование описываются в приложении 2.

2.7.2. Автоматизированные системы эргономического проектирования

Эффективным средством эргономического проекти­рования становятся автоматизированные системы проек­тирования (САПР), состоящие из ЭВМ, графических уст­ройств ввода —вывода и разнообразных пакетов про­граммного обеспечения. Автоматизированные системы эргономического проектирования развиваются под воз­действием и в i русле общего процесса автоматизации проектирования. По мере совершенствования программ­ных и аппаратных средств вычислительной техники, ин­терфейса "человек — САПР" все большее число задач эргономического проектирования решается с примене­нием указанных систем.

Конкуренция на рынках сбыта побуждает промыш­ленные предприятия сокращать сроки проектирования и производства изделий при одновременном повышении их качества. Поиски путей решения названных задач стимулируют развитие и применение систем автоматизи­рованного проектирования, в том числе и эргономичес­кого. Немецкими специалистами создана автоматизиро­ванная система эргономического проектирования ЭРГОМАС (ERGOMAS — Ergonomic Design and Optimisa­tion of Manufacturing and Assembly Systems), которая позволяет осуществлять пространственную планировку производственных систем, оптимизировать сборочные линии, организовывать потоки материалов, проектиро­вать рабочие места и производить их оценку, анализиро­вать временные нормативы и определять стоимость про­цесса сборки [38]. ЭРГОМАС способствует быстрому и падежному эргономическому проектированию и оценке рабочих мест путем использования следующих компо­нентов: трехмерной модели человека, зон досягаемости и полей зрения. Зоны досягаемости зависят от действий человека на рабочем месте. В соответствии с полом оператора и выбранным перцентилем ЭРГОМАС показы­вает зоны досягаемости. Возможны следующие зоны досягаемости: идеальная, физиологически максимальная, геометрически максимальная.

Дополнительный программный модуль.ЭРГОМэн по­зволяет моделировать действия человека на рабочем месте. Биомеханическая трехмерная модель человека в соответствии с выбранными полом и перцентилем поме­щается на рабочем месте. Различные человеческие дви­жения характеризуются путем измерения времени от­дельных моментов движения мультипликационных изо­бражений. Модель человека можно помещать в положе­ние сидя или стоя, нагрузка на суставы во время движе­ний вычисляется и графически документируется. Допол­нительно для помощи пользователю имеется справочник гипертекст, который через посредство ключевых слов предоставляет важную информацию по вопросам окру­жающей среды, об эргономических стандартах, инструкциях безопасности и т.д. Содержание справочника может модифицироваться и дополняться пользователем.

Основные модули ЭРГОМАСа основываются на объ­емлющей системе управления базой данных и заново разработанной графической системе для трехмерных изображений и изменения их расположения на экране дисплея. Созданная автоматизированная система эргоно­мического проектирования повышает производитель­ность труда проектировщиков, сокращает время проек­тирования, повышает качество проектных работ и позво­ляет избежать ошибок при их выполнении.

Широкое применение систем автоматизированного проектирования в авиационной индустрии США побуж­дает эргономистов этой отрасли интенсивно разрабаты­вать автоматизированные системы эргономического про­ектирования [39]. Компьютеризованный манекен чело­века корпорации "Локхид", например, позволяет решать широкий крут антропометрических задач проектирова­ния и оценки (обзор и досягаемость, рабочие позы). Манекен — элемент интегральной системы машинного проектирования этой корпорации.

Убедившись на собственном опыте, что двумерные чертежи, содержащие антропометрические данные, се­годня анахронизм, венгерские и немецкие эргономисты разработали программу ОСКАР, являющуюся динамич­ным партнером проектировщика. Она демонстрирует ему на экране дисплея в удобной для восприятия форме банк антропометрических и биомеханических данных. Программа построена на основе 10 млн. данных, включа­ющих перцентили от 2.5 до 97.5. На экране проектиров­щиком задается вариант объемно-пространственного ре­шения искомой структуры, затем в ней начинает "жить" подвижное объемное изображение человека, которое выполняет команды проектировщика, вплоть до возрас­тного изменения подвижности суставов.

Российскими учеными и специалистами создана экспертная система автоматизированного эргономичес­кого проектирования и оценки систем "человек—маши­на". Оболочка экспертной системы связана с банком эргономических данных, имеет "дружественный" пользо­вателю интерфейс и функционирует в среде MS-DOS (версии 5.0 и выше) на персональных компьютерах [40, 41].

Получила широкую известность автоматизирован­ная система эргономического проектирования, назван­ная английскими специалистами СЭММИЕ (SAMMIE — System for Aiding Man Machine Interaction Evaluating — система, помогающая оценивать взаимодействие челове­ка и машины) [42]. Система предоставляет следующие возможности: трехмерное моделирование рабочего места и оборудования; моделирование манекена — оператора в произвольных позах для эргономических оценок; множе­ственные методы наблюдения конструируемых сцен (практически с любой точки зрения, например изнутри создаваемой на экране конструкции); интерактивное (диалоговое) общение с моделью рабочего места с целью ее исправления, дополнения, изменения и пр. (рис. 2-10).

Основными компонентами системы являются рабо­чее место и изображение манекена — оператора. Рабочее

67

место строится из стандартных геометрических тел за­данной формы (кубов, призм, цилиндров и т.п.). При построении сложных объектов их элементы могут быть подвергнуты преобразованиям параллельного переноса, поворота, а также растяжения и сжатия. При построении в программу закладывается ряд геометрических и логи­ческих требований. Например, сохранение геометричес­кой формы и размеров недеформируемых элементов конструкции; сохранение контакта между некоторыми элементами; возможность движения одних элементов относительно других.

Система позволяет изменять взаимное положение элементов рабочего места. Например, достаточно припи­сать какому-либо движению элементов рабочего места (подъему захватов) соответствующую команду "Захват поднять", чтобы это движение выполнялось.

Модель тела человека также строится из простых геометрических элементов. Обычно при работе задаются модели трех определенных размеров, соответствующих 5-, 50- и 95%-ному перцентилю. Однако при необходимос­ти размеры манекена могут быть заданы произвольно.

Работа с системой проходит, как правило, в диалого­вом режиме на основе имеющихся меню. Их всего 35. Например, такие: меню оператора — для выбора размера и позы манекена; меню зоны обзора; меню для работы только с частью модели, выбираемой по желанию, и т.п. Во всех режимах предусмотрена возможность изменения размера изображения.

Наиболее часто модель используется для решения следующих задач:

♦ оценки соответствия размеров рабочего места разме­рам оператора (поместится ли он в отводимом ему пространстве);

♦ определения пределов досягаемости; при этом интере­сующий разработчика объект может быть указан его координатами, названием, предварительно введенном в программы (в этом случае будет определяться досяга­емость этого объекта при его перемещении в про­странстве), направлением движения части тела (доста­нет ли оператор до любой точки стены, если он при­встанет и вытянет руки в стороны);

♦ определения зон видимости; при этом любой поверх­ности могут быть приписаны свойства зеркала, как плоского, так и вогнутого, либо выпуклого с произволь­но выбираемыми фокусными расстояниями. Это позво­ляет определить зоны обзора.

2.7.3. Банки эргономических данных

Автоматизированные системы эргономического про­ектирования сопряжены с банками эргономических дан­ных. Такие банки созданы в США, Германии, Франции и других странах. Работы по созданию банков эргономи­ческих данных и знаний велись в СССР, а также в странах-членах СЭВ. В целом ряде стран исследования и разработки в этом направлении проводились по заказам военных ведомств, и поэтому до последнего времени о них имелось мало сведений.

Основной целью таких работ является формирова­ние единых источников, содержащих тщательно прове­ренные данные антропометрических измерений и коли­чественные показатели (и различные зависимости между ними) психофизиологических возможностей и особеннос­тей человека, для использования их в проектировании, разработке и оценке машин, оборудования, производст­венной среды, систем управления, промышленных изде­лий, а также при строительстве зданий. Не менее важ­ной целью является повышение уровня эргономических исследований путем разработки стандартов на условия проведения экспериментов, процедуры, методы и показа­тели, а также на формы представления получаемых результатов.

Во Франции на базе лаборатории антропологии и экологии человека Парижского университета им. Р.Де­карта функционирует банк биометрических данных "Эр-годата" [43]. Банк включает антропометрические данные как французского населения, так и населения других европейских стран. Создание банка стимулировалось не­обходимостью в эргономической проработке все более усложняющихся систем и оборудования на ранних эта­пах проектирования. Это в свою очередь потребовало учета различных антропометрических характеристик тех групп населения, которые будут работать на этом обору­довании. Кроме того, необходим учет антропометричес­ких характеристик населения тех стран, куда предпола­гается экспортировать оборудование.

Антропометрические характеристики, накопленные банком биометрических данных, позволяют вычислять

68

для каждого человека наиболее вероятные величины размеров, которые не были замерены эксперименталь­ным путем. Кроме того, возможно реконструировать полный набор антропометрических характеристик реп­резентативной выборки пользователей конкретного обо­рудования, даже если первоначально имелись некоторые размеры, чаще всего только вес и рост. Данные четко определены и выражены в сжатой форме с целью сокра­щения времени запроса, включая и возможность речево­го общения с банком.

Банк данных содержит информацию, которая может использоваться не только при разработке систем и обо­рудования, но и общественного транспорта, потребитель­ских изделий.

2.7.4. Перспективы применения моделиро­вания виртуальных реальностей в эргоно­мическом проектировании

Принципиально новые возможности для эргономи­ческого моделирования и проектирования открываются с созданием мира виртуальной реальности (рис. 2 цв. вкл.). Когда в физике элементарных частиц были обнару­жены частицы, возникающие только в акте взаимодейст­вия других частиц, они были названы виртуальными (от англ. virtual — фактически, действительно). На основании анализа работ, посвящен­ных изучению феномена вир­туальной реальности, выделя­ют три наиболее характерные ее особенности. Виртуальная реальность продуцируется ак­тивностью какой-либо другой реальности, внешней по отно­шению к ней. Поэтому ее назы­вают искусственной, или со­творенной, порожденной. Вир­туальная реальность существу­ет только "здесь и теперь". Воз­можность взаимодействия со всеми другими реальностями, в том числе и с порождающей, как независимыми друг от друга — еще одна особенность виртуальной реальности [44].

Разработка нового поколе­ния ЭВМ и новых принципов моделирования позволила мо­делировать виртуальные реаль­ности. В основе каждого при­кладного случая виртуальной реальности — база данных, ис­пользуемая компьютером для создания и демонстрации гра­фических программ. Однако, в отличие от других графических программ, ВР-компьютер по­средством приводов, присоеди­ненных к шлему и перчаткам, улавливает движение го­ловы и тела человека и соответственно регулирует наблю­даемый им мир (рис. 2-11). Пользуясь перчаткой, джойс­тиком, мышью или другими устройствами, человек взаи­модействует с образами на экране, преодолевает чувство недоверия, а создаваемое зрелище приобретает характер реальности. Конечная цель виртуальной реальности за­ключается в том, чтобы у пользователя возникло ощуще­ние реальности созданного компьютером мира и его нахождения в нем. Термин "виртуальная реальность" предложен в начале 80-х годов.

Сочетание виртуального видения с физической об­ратной связью открывает широкие возможности для при­менения в эргономических исследованиях и проектиро­вании [45]. Демонстрируя последние достижения вирту­альной реальности, инженеры компании "Боинг" в Сиэт­ле создали имитатор-тренажер самолета. Надев "вирту­альные" шлем и перчатки, можно открыть ремонтный люк, чтобы проверить механические узлы, заглянуть в кабину и грузовой отсек, изучить расположение систем управления и пассажирских мест. В перспективе "Боинг" планирует внедрить ВР в компьютеризированные кон­структорские отделы. Это позволит — еще до сборки самолета — расположить, например, все функциональ­ные узлы в пределах досягаемости на случай ремонта. В Токио в специальном демонстрационном зале покупатели надевают очки и перчатки, чтобы "подобрать" и "обста-

69

вить" ВР-кухню на свой вкус. Заказчики могут открыть шкафы и сами убедиться, устраивает ли их расположение мебели. Если нет, заказчик вносит изменения, и компью­тер выдает подробные эскизы для удовлетворения запро­сов заказчика.

Развитие методического арсенала эргономики по­буждает вспомнить программу радикального изменения эксперимента в эргономике, которую еще в 1962 г. пред­ложил американский ученый Дж.Ликлайдер и которая рассматривалась в то время как нереальная. Программа, призванная обеспечить максимальное соответствие экс­перимента практике создания систем с ее жесткими ограничениями по времени проведения соответствую­щих работ, сводилась к разработке:

1) автоматических методов исследования;

2) принципиально новых и более эффективных способов планирования эксперимента;

3) таксономии функций систем "человек—машина";

4) программ для ЭВМ, моделирующих системы "человек-машина".

70