Автоматизация оценки напряженности деятельности оператора Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Человеко-машинные системы

3

УДК 681.3

А. А. Балхарет, аспирант

П. И. Падерно, д-р техн. наук, профессор

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Автоматизация оценки напряженности деятельности оператора

Ключевые слова: напряженность деятельности, оператор, самооценка, автоматизированный опросник, требования, информационно-программный модуль

Предлагается подход к оценке напряженности деятельности оператора, основанный на автоматизированном опросе оператора. Проведен анализ требований к автоматизированному опроснику. Предложен вариант опросника, заключающийся в предъявлении изображений специального вида. Исследованы вопросы периодичности предъявления и определена возможная ошибка при оценке средней напряженности.

Введение

Представление о биотехнических системах, сформулированное в работах В. М. Ахутина и его последователей [1, 3], за прошедшие годы значительно расширилось за счет изучения биологических организмов разных типов, а также увеличения веса информационно-программной компоненты.

Подавляющее большинство биотехнических систем и технологий имеют отношение к человеку. Человек является основным объектом исследований и главным управляющим элементом в биотехнических системах эргатического типа. При современном уровне развития и использования информационных технологий основная деятельность человека в биотехнических системах является операторской. Однако на сегодняшний день проблема обеспечения эффективной работы оператора по-прежнему остается нерешенной, так как она не только связана с многообразием факторов, одновременно определяющих качество деятельности оператора, но и существенно зависит от его личностных особенностей [2, 5, 7, 8].

Анализ тенденций развития сложных информационных систем и технологий показывает, что разрыв между возможностями человека и возрастающими потребностями системы в целенаправленных управляющих воздействиях не сокращается. Возрастает интенсивность информационных потоков, повышаются требования к оператору по точности управления, значительно увеличивается цена ошибки. Ввиду того что возможности человека ограниченны, встает вопрос об эргономическом обеспечении его

деятельности, позволяющем, с одной стороны, увеличить эффективность его деятельности, а с другой стороны, максимально обеспечить нормальные (комфортные) условия для этой деятельности.

Неэффективность деятельности оператора в ряде случаев обусловлена не только ее информационным наполнением, но и видом и способом предъявления информации, т. е во многом зависит от интерфейса. Возникающая при любой работе оператора напряженность деятельности может быть зарегистрирована по изменению кожно-гальвани-ческой реакции, частоте пульса и другим показателям [7, 8]. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев отсутствует информация о том, какие значения показателей для данного оператора (пользователя) являются нормой.

В настоящей работе предпринята попытка определить напряженность деятельности оператора, опираясь на его субъективные оценки.

Понятие напряженности

Состояние психической напряженности возникает при деятельности человека в трудных условиях и оказывает сильное влияние на ее эффективность [2, 6-8]. Таким образом, от напряженности оператора зависит эффективность его деятельности. Зачастую напряженность деятельности оператора в значительной степени зависит от организации его деятельности. Особенно это видно на примере учебно-тренировочного процесса, где неудачное представление материала может повлиять на качество деятельности оператора (обучаемого).

В ряде случаев напряженность деятельности оператора (пользователя) может являться одним из важнейших критериев правильной организации рабочего процесса или процесса обучения, в том числе способов и форм представления материалов.

Напряженность операторской деятельности и ее возможные изменения в ряде работ [4, 7] оценивают на основе постоянного измерения изменений различных физиологических параметров [давления, кожно-гальванической реакции (КГР) и др.]. Од-

Человеко-машинные системы

нако, несмотря на огромное число работ по психофизиологии, физиологии, психологии и т. д., само понятие напряженности деятельности сегодня не имеет достаточно четкого определения.

Введем следующие обозначения:

— мгновенное значение напряженности деятельности, > 0;

t2) — интегральное значение напряженности на интервале [а, Ъ\,

М , Ц) =

(1)

т(^, t2) — среднее (удельное) значение напряженности на интервале [а, Ъ\,

т(а, Ь) =

М(а, Ь) Ь - а

и

Ь - а

(2)

Отсюда М, Ц) = (¿2 - ^)т(^, Ц). Из определения интегрального значения напряженности следует, что функция М(Х, У) является аддитивной, т. е. выполняется соотношение

М(х, г) = М(х, у) + М(у, г), х < у < г. (3)

Тогда выполняется равенство

(У - х)т(х, у) + (г - у)т(у, г) (4)

т(Х, г) =

г - х

позволяющее оценивать такую важную характеристику деятельности, как среднее значение напряженности оператора при выполнении некоторого алгоритма (при решении конкретной задачи).

Рассмотрим пример изменения напряженности деятельности оператора.

Из рис. 1 видно, что функция М(^, t4) является аддитивной, т. е. выполняется соотношение

М(^, ^) = М(^, Ц) + М(Ц, ц) + М(Ц, ^),

Ч < Ч < Ч < Ч'

Тогда выполняется равенство , ^) =

= (Ч - Ч )т(Ч, Ч) + (Ч - Ч )т(Ч, Ч) + (Ч - Ч )т(Ч, Ч)

ч- ч '

т(г1,г2)— -

Автоматизированная оценка напряженности

Для получения объективной оценки различных составляющих напряженности необходим комплекс датчиков для регистрации отдельных показателей, а также обрабатывающий информационно-программный модуль, позволяющий корректно сворачивать эти показатели к интегральному показателю. Однако имеется ряд технических и методических трудностей, обусловленных не только особенностями регистрации, первичной обработки и передачи информации, но и отсутствием достаточно апробированных и адекватных моделей зависимости комплексного показателя (напряженности) от единичных показателей.

В тех случаях, когда речь идет о влиянии изменения напряженности деятельности оператора на результативность его деятельности и на ее привлекательность, следует, по-видимому, использовать субъективную оценку оператором напряженности своей деятельности. Заметим, что хотя истинное значение напряженности деятельности неизвестно, но ее субъективная оценка оператором в конкретные моменты времени может быть как пессимистической, так и оптимистической (рис. 2), т. е. зависит от некоторых предпочтений оператора. Следует подчеркнуть, что у оператора для конкретных видов деятельности преобладают либо те, либо другие, либо квазиобъективные оценки.

Ввиду того что пессимизм, реализм или оптимизм субъективной оценки оператором напряженности своей деятельности являются постоянными (для каждого конкретного оператора и конкретного вида деятельности) и могут быть адекватно реализованы в виде самооценки, то предполагается получение информации от оператора в виде реакции на задаваемый вопрос (предъявляемое изображение).

Требования к оценке напряженности

Поскольку наиболее часто в деятельности оператора преобладает его непосредственное взаимо-

Время, Т

Рис. 2

Рис. 1\ Изменение напряженности деятельности оператора

Субъективная оценка оператором напряженности своей деятельности:

0 — пессимистическая; Д — оптимистическая; кривая — истинное значение

Человеко-машинные системы

<2

© ©

Рис. 3\ Шкала и изображения, предъявляемые оператору

действие с информационной моделью, то средство автоматизированной оценки напряженности деятельности должно удовлетворять следующим требованиям:

1) быть встраиваемым в программный продукт и обеспечивать параллельное функционирование модуля оценки напряженности с основной программой (деятельностью оператора);

2) обеспечить дружественный интерфейс с пользователем, в том числе:

• быстрое обучение;

• минимум времени на ответную реакцию;

• минимальное отвлечение от основной деятельности;

• не ухудшение основной деятельности оператора;

3) получать информацию от оператора достаточно часто, чтобы обеспечить наиболее точную оценку напряженности, но не слишком часто, дабы не мешать основной деятельности и не вызывать у оператора раздражения и негативную реакцию, что в значительной степени может исказить получаемую информацию.

Необходимо заметить, что удовлетворение первого требования реализуется, хотя и не всегда просто, на уровне реализации прикладного программного продукта (ППП). Обеспечение выполнения второго и третьего требований связано с проработкой психологической составляющей опросника, видом предъявляемой информации, способом ее представления, периодичностью предъявления и др.

Для опросника разработана внутренняя шкала от 1 до 9 (рис. 3), которую оператор не видит в процессе исследования. Оператору предлагается оценить собственную напряженность (мгновенное значение), отметив ее как одно из предъявляемых изображений. В случае если, по мнению оператора, значение напряженности находится между изображениями, то оператор отмечает промежуточное значение. Оператору предъявляются изображения, показанные на верхней части рис. 3, соответствующие шкале 1-9 на нижней части рис. 3.

Частота предъявления информации (картинки, реализующей вопрос о самооценке напряженности деятельности оператора)

Регулярное (периодическое) предъявление. Будем считать, что речь идет об операторе-реалисте.

Пусть истинное значение напряженности его деятельности и его самооценка соответствуют (рис. 4).

Пусть Дt (интервал времени между опросами) равен Т/п, где п — число опросов за время Т. Точ-

Аг Аг Аг Аг Аг Аг Аг Аг Аг

Время, Т

Рис. 4

Самооценка напряженности оператора-реалиста через одинаковые интервалы времени

ность вычислений растет с увеличением числа п. При вычислении интеграла (1) по формуле трапеций ошибка зависит от возможных резких перепадов напряженности деятельности оператора [т. е. от скорости изменения подынтегральной функции Эта ошибка может быть вычислена по формуле

Д =

} /(№ --

/ (0) + НТ)

т- / оТ)

п

12п

(5)

Для более-менее стабильной деятельности без резких изменений напряженности возможно не очень большое число п, т. е. не очень частое предъявление картинки-вопроса оператору. Очевидно, что для деятельности с резкими перепадами напряженности (рис. 5) достаточно редкое фиксирование субъективной оценки напряженности оператора могло бы привести к значительному искажению результата, однако на самом деле это не совсем так. Такое искажение имело бы место в случае мгновенного (без запаздывания) изменения самооценки напряженности. В реальности происходит некоторое запаздывание самооценки, и поэтому искажение получается меньше (рис. 5).

Запаздывание зависит как от напряженности деятельности и скорости ее изменения, так и от тренированности и личностных особенностей оператора. Более частое предъявление информации для деятельности с сильно изменяющейся напряженностью операторов, которые уже адаптировались к таким изменениям и внутренняя напряженность которых при этом слабо изменяется, нецелесообразно. Реализация данного подхода для операторов, выполняющих профессионально одну и ту же деятельность, целесообразна, по-видимому, только на отдельных интервалах времени, характеризующихся постоянной высокой напряженностью.

Адаптивное предъявление. Адаптивное предъявление вопросника предполагает (по умолчанию) более частый опрос оператора при достаточно рез-

Человеко-машинные системы

Аг Аг

Рис. 5 Самооценка напряженности без запаздывания и с запаздыванием:

А — оценка с запаздыванием; ф — оценка без запаздывания; Д — изменение напряженности

ком изменении напряженности деятельности. Однако следует заметить, что при изменении (повышении) напряженности деятельности необходимая адаптация оператора не позволяет его часто отвлекать от основного вида деятельности, так как это может вызвать негативное отношение оператора. При снижении напряженности деятельности адаптация оператора запаздывает, что тоже не предполагает частые опросы.

Таким образом, следует применять регулярный (периодический) автоматизированный опрос.

Частота опроса может быть определена на основе установления наиболее благоприятного (в психологическом смысле) соотношения Т /Д^ где Тотв — время реакции и ответа на заданный вопрос, а Дt — интервал между вопросами. Необходимо заметить, что при малом соотношении Тoтв/Дt предъявление каждого вопроса может быть неожиданным, т. е. субъективно увеличивается Тотв. При увеличении соотношения Т /Д^ уменьшается время, отводимое оператору на основную работу. Предполагается, что соотношение Тoтв/Дt должно находиться в интервале 1-3 % [5, 6, 8\. Тогда, принимая во внимание тот факт, что при данном построении опросного материала Тотв находится в интервале 3-5 с, частота предъявления материала должна находиться в пределах 5-10 мин. Для длительной работы это должно быть, по-видимому, около 10 мин, для кратковременной работы 30 мин — 1ч — около 3-5 мин, для работы 1-2 ч — около 5-8 мин.

Выводы

Автоматизированный модуль оценки напряженности деятельности реализует опросник, позволяющий параллельно с основной деятельностью оператора фиксировать самооценку напряженности его деятельности в конкретные моменты времени. Автоматизированный опросник не вызывает негативных ощущений у оператора, не влияет на напря-

женность и результативность его деятельности, позволяет без использования специальных технических средств (датчиков и другой аппаратуры) получить среднюю оценку напряженности деятельности оператора в течение произвольного интервала времени, хорошо адаптирован за счет эргономического интерфейса (картинок), достаточно прост и не требует специальных знаний (время ознакомления оператора с опросником — 1-2 мин). Предъявление опросной информации пользователю организовано в виде всплывающих картинок через определенные интервалы времени, сопровождаемых приятным звуковым сигналом. Мнение оператора фиксируется кликом по соответствующей картинке, параллельно проводится обработка полученных результатов.

Области применения модуля:

• оценка качества разрабатываемых информационно-программных средств и технологий на этапах проектирования на основе оценки напряженности деятельности оператора;

• оценка удобства и совершенствование создаваемых электронных учебников, учебных пособий и других материалов.

Особенно эффективно использование предлагаемого подхода при тестировании (конечным пользователем) информационно-программных продуктов. Реакция тестируемого поможет выявить слабые места как с точки зрения представления, так и с точки зрения изложения материала.

|Л и т е р а т у р а |

1. Бионические принципы синтезаэргатических систем повышения надежности/ В. М. А х у т и н, Г. С. Н е й м а р к, А. Е. И о р ш, М. И. Ш и ф (Препринт докл.). М.-Л.: АН СССР, 1975.

2. Ашеров А. Т., Капленко С. А., Чубук В. В. Эргономика информационных технологий. Харьков: ХГЭУ, 2000.

3. Биотехнические системы/В. М. А х у т и н, А. П. Н е-мирко, Е. П. Попечителев и др. Л.:Изд-во ЛГУ, 1981. 220 с.

4. Герасимов Б. М. Автоматизация эргономического обеспечения человеко-машинных систем. Киев: Знание, 1991.

5. Дружинин Г. В. Учет свойств человека в моделях технологий. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000. 327 с.

6. Зараковский Г. М., Павлов В. В. Закономерности функционирования эргатических систем. М.: Радио и связь, 1987.

7. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: Справ./А. Н. А д а м е н к о, А. Т. А ш е р о в, И. Л. Бердников и др.; под общ. ред. А. И. Г у-бинского и В. Г. Евграфова. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.

8. Падерно П. И., Попечителев Е. П. Надежность и эргономика биотехнических систем/Под общ. ред. проф. Е. П. Попечителев а. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ, 2007. 288 с.