Человеко-машинный интерфейс Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС Луков Д.К.

Луков Дмитрий Константинович - студент магистратуры, Институт микроприборов и систем управления,

Научно-исследовательский университет Московский институт электронной техники,

г. Зеленоград

Аннотация: в данной статье рассмотрены предпосылки появления человеко-машинного интерфейса. Описана классификация интерфейсов в зависимости от способа предоставления информации. Рассмотрены основные проблемы применения человеко-машинного интерфейса и методы его модернизации, а также применения БСАБА-пакетов для программирования автоматизированных систем управления и упрощения создания интерфейса. Выявлены перспективные направления оптимизации человеко-машинного взаимодействия. Сделаны выводы о целесообразности использования человеко-машинного интерфейса для контроля над состоянием сложных многопараметрических систем.

Ключевые слова: интерфейс, человеко-машинный интерфейс, искусственный интеллект, АСУ, гибридный интеллект, многомодальный интерфейс.

УДК 004.514.62

Современное состояние науки и техники позволяет создавать устройства, снабженные программным обеспечением, позволяющие пользователю осуществлять эффективное взаимодействие с механизмами в различных целях. Значимость эффективности такого взаимодействия особенно велика при разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами, применении решений по автоматизации в сложных и опасных для человека условиях. Эффективность такого взаимодействия часто зависит от того, каким именно образом организован механизм взаимодействия, составляющий человеко-машинный интерфейс.

Длительное время существования и развития механизмов взаимодействия между человеком и машиной не привело к исключению (преодолению) всех существующих проблем. Рассмотрим существующие проблемы реализации человеко-машинного интерфейса.

Использование мощных 8САЭА-технологий позволило преодолеть проблемы программирования автоматизированных систем управления. На этом фоне исследователями в качестве одной из проблем называется слабый учет человеческого фактора. Для пользователя программных продуктов часто именно пользовательский интерфейс составляет фактор, определяющий предпочтение в выборе конечного продукта. Что вызывает необходимость поиска направлений повышения удобства взаимодействия пользователя и системы, т.е. полномерной реализации «дружественного» интерфейса, включающего управляемость и легкость применения, адаптируемость, соответствие ожиданиям пользователя и устойчивость к ошибкам.

Д.С. Сверчковым приводится классификация реализованных в настоящее время пользовательских интерфейсов [5]. В частности, в зависимости от способа представления информации следует различать:

- приборные интерфейсы (аналоговые и цифровые приборы, индикаторы дающие наглядное представление о состоянии системы и возможность управления ею);

- схематические интерфейсы (с высокой степенью концентрации управляемых элементов, обеспечение визуализации процесса в целом и отдельных элементов);

- экологические интерфейсы (ориентация на визуализацию процессов, ускорение сопоставления сравниваемых величин, отражение физических закономерностей среды);

- функциональные интерфейсы (реализуется подход контроля общих для подсистем функций, позволяют провести быструю оценку состояния технологических процессов);

- иммерсивные интерфейсы (реализация наиболее правдоподобного воспроизведения реального мира (виртуальная реальность) [5, с. 185-186].

В соответствии с принципом отбора информации интерфейсы могут быть обзорными, задачными и системными.

Существующая в настоящее время тенденция унификации пользовательских интерфейсов реализуется в основном в традиционных "ШМР-интерфейсах. Необходимость обеспечения управления сложными технологическими и организационными объектами вызывает поиск новых, нетрадиционных путей реализации взаимодействия между оператором и машиной, выработки уникальных решений. Современные технические, программные средства и технологии реализации человеко-машинных интерфейсов с успехом применяют возможности виртуальной реальности, сенсорных технологий, беспроводной связи и др.

АН. Анохиным при изучении проблем реализации автоматизации управления сложными технологическими процессами (АЭС) среди проблем выделяются проблемы распределения функций между человеком и автоматикой, проблемы огромного массива данных, управления вниманием, виртуализации внимания [1]. Ввиду названных проблем можно выделить основные направления модернизации существующих решений в отношении человеко-машинного взаимодействия:

- перераспределение функций между человеком и машиной в сторону передачи большинства функционала автоматическим системам управления (АСУ), в том числе создание возможностей для решения на уровне АСУ сложных, аварийных, непредвиденных ситуаций, что предполагает включение самообучающихся компонентов в АСУ на основе интеллектуальных нейронных сетей с целью наиболее полной алгоритмизации реакции, повышения надежности АСУ как субъекта управления;

- решение проблемы поддержки когнитивной деятельности с помощью ввода компонентов компьютерной имитации рассуждений человека и вывода оптимального решения, либо посредством использования когнитивной графики для активизации и ускорения мышления.

Ввиду сказанного, интересным представляется исследование К.В. Петрина с соавт., выдвигающих идею о необходимости наделения эргатических систем управления свойствами адаптации, позволяющими организовать наиболее гибкое взаимодействие пользователя и машины с помощью средств компьютерного интеллекта. Дальнейшее развитие взаимодействия человек-машина предполагается на основе принципов «гибридного интеллекта», интеллектуализации интерфейса [3].

Как отмечает Ю.Н. Косников, наиболее интересным современным направлением выработки неординарных решений в реализации человеко-машинного взаимодействия выступает создание интерфейсного пространства, максимально приближенного к реальности (виртуальное окружение) [2].

Одним из наиболее прогрессивных направлений развития человеко-машинных интерфейсов является включение во взаимодействие «человек—машина» элементов искусственного интеллекта, в данном случае такой интерфейс должен обеспечивать не только восприятие состояния элементов окружающей среды (подконтрольной среды), но и качественную переработку полученной информации, предоставление готовых выводов о состоянии системы неподготовленному пользователю. Подобные механизмы А.Л. Ронжиным, Р.М. Юсуповым предлагается реализовать в виде многомодальных интерфейсов при эксплуатации автономных мобильных робототехнических комплексов [4]. Названные авторы предлагают для обеспечения интуитивно понятного взаимодействия оператор - робототехническая система реализовать посредством многомодальных интерфейсов, включающих обработку естественных для человека способов коммуникации.

19

Таким образом, можно сделать ряд выводов. Усложнение технических и технологических процессов вызвало необходимость автоматизации управления, контроля за состоянием сложных, многопараметрических систем. Эффективность взаимодействия пользователя с программным обеспечением автоматизированных систем управления во многом определяется качеством человеко-машинного интерфейса. Изучение научных источников позволило выявить актуальные направления и перспективы развития человеко-машинного интерфейса. В настоящее время перспективными направлениями организации взаимодействия «человек-машина» выступают: применение процедур обоснованного распределения функций при разработке человеко-машинного интерфейса, максимальное использование возможностей интеллектуализации интерфейса, применение многомодальных интерфейсов для решения сложных и многомерных технических задач, использование потенциала искусственных нейронных сетей для обеспечения оптимального функционала интерфейса.

Список литературы

1. Анохин А.Н. Проблемы организации человеко-машинного интерфейса АСУ ТП АЭС // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, 2015. № 2 (88). С. 104-108.

2. Косников Ю.Н. Построение интерфейса человек-компьютер для системы автоматизированного управления сложными объектами // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2014. № 4 (32). С. 82-92

3. Петрин К.В., Теряев Е.Д., Филимонов А.Б., Филимонов Н.Б. Мультиагентные технологии в эргатических системах управления // Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2010. № 3. С. 7-13.

4. Ронжин А.Л., Юсупов Р.М. Многомодальные интерфейсы автономных мобильных робототехнических комплексов // Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2015. № 1 (162). С. 195-206.

5. Сверчков Д.С. Разработка человеко-машинного интерфейса, его применение в системах управления // Труды Крыловского государственного научного центра, 2018. № Спецвыпуск 1. С. 184-190.